Suojaus magneettikenttiä vastaan. Magneettieriste ja magneettikenttäsuojaus

Kuinka voit saada kaksi vierekkäistä magneettia tuntemaan toistensa läsnäoloa? Mitä materiaalia niiden väliin pitää laittaa sähkölinjat magneettikenttä yhdestä magneetista ei päästä toiseen magneettiin?

Tämä kysymys ei ole niin triviaali kuin miltä ensi silmäyksellä näyttää. Meidän on todella eristettävä kaksi magneettia. Toisin sanoen, jotta näitä kahta magneettia voidaan pyörittää eri tavalla ja siirtää eri tavalla toistensa suhteen ja kuitenkin niin, että jokainen näistä magneeteista käyttäytyy ikään kuin toista magneettia ei olisi lähellä. Siksi mitkään temput, joissa kolmas magneetti tai ferromagneetti asetetaan lähelle magneettikenttien erityisen konfiguraation luomiseksi kompensoimalla kaikki magneettikentät jossakin tietyssä kohdassa, eivät toimi periaatteessa.

Diamagneettinen???

Joskus he ajattelevat virheellisesti, että tällainen magneettikentän eriste voi toimia diamagneettinen. Mutta tämä ei ole totta. Diamagneettinen materiaali itse asiassa heikentää magneettikenttää. Mutta se heikentää magneettikenttää vain itse diamagneettisen paksuudessa, diamagneettisen sisällä. Tästä johtuen monet ihmiset ajattelevat virheellisesti, että jos toinen tai molemmat magneetit upotetaan diamagneettiseen materiaaliin, niiden vetovoima tai hylkiminen heikkenee.

Mutta tämä ei ole ratkaisu ongelmaan. Ensinnäkin yhden magneetin kenttäviivat saavuttavat edelleen toisen magneetin, eli magneettikenttä vain pienenee diamagneettisen paksuudessa, mutta ei katoa kokonaan. Toiseksi, jos magneetit ovat jääneet diamagneettisen materiaalin paksuuteen, emme voi siirtää tai pyörittää niitä suhteessa toisiinsa.

Ja jos teet vain litteän näytön diamagneettisesta materiaalista, tämä näyttö lähettää magneettikentän läpi itsensä. Lisäksi tämän näytön takana magneettikenttä on täsmälleen sama kuin jos tätä diamagneettista näyttöä ei olisi ollenkaan.

Tämä viittaa siihen, että edes diamagneettiseen materiaaliin upotetut magneetit eivät koe toistensa magneettikentän heikkenemistä. Itse asiassa, missä seinämäinen magneetti sijaitsee, tämän magneetin tilavuudessa ei yksinkertaisesti ole diamagneettista materiaalia. Ja koska seinämäisen magneetin sijaintipaikassa ei ole diamagneettista materiaalia, se tarkoittaa, että molemmat seinämäiset magneetit ovat itse asiassa vuorovaikutuksessa toistensa kanssa täsmälleen samalla tavalla kuin jos niitä ei olisi seinätetty diamagneettiseen materiaaliin. Näiden magneettien ympärillä oleva diamagneettinen materiaali on yhtä hyödytöntä kuin magneettien välinen litteä diamagneettinen suoja.

Ihanteellinen diamagneettinen

Tarvitsemme materiaalia, joka ei päästä magneettikenttälinjoja kulkemaan itsensä läpi ollenkaan. On välttämätöntä, että magneettikenttäviivat työnnetään ulos tällaisesta materiaalista. Jos magneettikenttäviivat kulkevat materiaalin läpi, tällaisesta materiaalista tehdyn näytön takana ne palauttavat kokonaan kaiken voimansa. Tämä seuraa magneettivuon säilymisen laista.

Diamagneettisessa materiaalissa ulkoisen magneettikentän heikkeneminen tapahtuu indusoidun sisäisen magneettikentän vuoksi. Tämä indusoitu magneettikenttä syntyy pyöreät virrat elektroneja atomien sisällä. Kun ulkoinen magneettikenttä kytketään päälle, atomien elektronien pitäisi alkaa liikkua ulkoisen magneettikentän voimalinjojen ympäri. Tämä elektronien indusoitu ympyräliike atomeissa luo ylimääräisen magneettikentän, joka on aina suunnattu ulkoista magneettikenttää vastaan. Siksi kokonaismagneettikenttä diamagneettisen sisällä tulee pienemmäksi kuin sen ulkopuolella.

Mutta ulkoisen kentän täydellistä kompensointia indusoidun sisäisen kentän vuoksi ei tapahdu. Diamagneettisissa atomeissa ei ole tarpeeksi ympyrävirtaa luomaan täsmälleen saman magneettikentän kuin ulkoinen magneettikenttä. Siksi ulkoisen magneettikentän voimalinjat pysyvät diamagneettisen materiaalin paksuudessa. Ulkoinen magneettikenttä ikään kuin "lävistää" diamagneettisen materiaalin läpi ja läpi.

Ainoa materiaali, joka työntää magneettikenttäviivat itsestään, on suprajohde. Suprajohteessa ulkoinen magneettikenttä indusoi pyöreitä virtoja ulkoisten kenttälinjojen ympärille, jotka luovat vastakkaiseen suuntaan suunnatun magneettikentän, joka on täsmälleen yhtä suuri kuin ulkoinen magneettikenttä. Tässä mielessä suprajohde on ihanteellinen diamagneettinen.

Suprajohteen pinnalla magneettikentän voimakkuusvektori suuntautuu aina tätä pintaa pitkin, tangentiaalisesti suprajohtavan kappaleen pintaan nähden. Suprajohteen pinnalla magneettikenttävektorissa ei ole komponenttia, joka on suunnattu kohtisuoraan suprajohteen pintaan nähden. Siksi magneettikenttäviivat aina taipuvat minkä tahansa muotoisen suprajohtavan kappaleen ympärille.

Suprajohteen taivutus magneettikentällä

Mutta tämä ei tarkoita ollenkaan, että jos suprajohtava näyttö asetetaan kahden magneetin väliin, se ratkaisee ongelman. Tosiasia on, että magneetin magneettikenttäviivat menevät toiseen magneetiin ohittaen suprajohdenäytön. Siksi litteä suprajohtava näyttö vain heikentää magneettien vaikutusta toisiinsa.

Tämä kahden magneetin välisen vuorovaikutuksen heikkeneminen riippuu siitä, kuinka paljon magneetteja toisiinsa yhdistävän kenttäviivan pituus on kasvanut. Mitä pitempi yhdistävät kenttäviivat ovat, sitä vähemmän kahden magneetin vuorovaikutusta keskenään.

Tämä on täsmälleen sama vaikutus kuin jos lisäisit magneettien välistä etäisyyttä ilman suprajohtavaa näyttöä. Jos lisäät magneettien välistä etäisyyttä, myös magneettikenttäviivojen pituudet kasvavat.

Tämä tarkoittaa, että kahden suprajohtavan ruudun ohittavan magneettia yhdistävien voimalinjojen pituuksien lisäämiseksi on tarpeen kasvattaa tämän litteän näytön mittoja sekä pituuden että leveyden suhteen. Tämä johtaa ohitusvoimalinjojen pituuksien pidentämiseen. Ja mitä suuremmat litteän näytön mitat ovat magneettien väliseen etäisyyteen verrattuna, sitä vähemmän magneettien välistä vuorovaikutusta tulee.

Magneettien välinen vuorovaikutus katoaa kokonaan vasta, kun litteän suprajohtavan näytön molemmat mitat muuttuvat äärettömiksi. Tämä on analogia tilanteesta, jossa magneetit erotettiin äärettömän suurelle etäisyydelle ja siksi niitä yhdistävien magneettikenttälinjojen pituudesta tuli ääretön.

Teoriassa tämä tietysti ratkaisee ongelman täysin. Mutta käytännössä emme voi tehdä suprajohtavaa litteää näyttöä, jonka mitat ovat äärettömät. Haluaisin sellaisen ratkaisun, joka voidaan toteuttaa käytännössä laboratoriossa tai tuotannossa. (Noin elinolot ei ole enää kysymystä, koska suprajohteen valmistaminen jokapäiväisessä elämässä on mahdotonta.)

Avaruuden jako suprajohteen avulla

Muuten litteä näyttö on loputon suuret koot voidaan tulkita koko kolmiulotteisen avaruuden jakamiseksi kahteen osaan, jotka eivät ole yhteydessä toisiinsa. Mutta se ei ole vain äärettömän kokoinen litteä näyttö, joka voi jakaa tilan kahteen osaan. Mikä tahansa suljettu pinta jakaa myös tilan kahteen osaan, suljetun pinnan sisällä olevaan tilavuuteen ja suljetun pinnan ulkopuoliseen tilavuuteen. Esimerkiksi mikä tahansa pallo jakaa tilan kahteen osaan: palloon pallon sisällä ja kaikkeen sen ulkopuolella.

Siksi suprajohtava pallo on ihanteellinen magneettikentän eriste. Jos sijoitat magneetin sellaiseen suprajohtavaan palloon, mikään instrumentti ei voi koskaan havaita, onko tämän pallon sisällä magneetti vai ei.

Ja päinvastoin, jos sinut asetetaan tällaisen pallon sisään, ulkoiset magneettikentät eivät vaikuta sinuun. Esimerkiksi Maan magneettikenttää ei voida havaita tällaisen suprajohtavan pallon sisällä millään instrumentilla. Tällaisen suprajohtavan pallon sisällä on mahdollista havaita vain magneettikenttä niistä magneeteista, jotka myös sijaitsevat tämän pallon sisällä.

Näin ollen, jotta kaksi magneettia ei olisi vuorovaikutuksessa toistensa kanssa, toinen näistä magneeteista on sijoitettava suprajohtavan pallon sisään ja toinen on jätettävä ulkopuolelle. Sitten ensimmäisen magneetin magneettikenttä keskittyy täysin pallon sisään eikä ylitä tämän pallon rajoja. Siksi toinen magneetti ei tunne ensimmäisen läsnäoloa. Samoin toisen magneetin magneettikenttä ei pysty tunkeutumaan suprajohtavan pallon sisään. Ja siksi ensimmäinen magneetti ei havaitse toisen magneetin läheistä läsnäoloa.

Lopuksi voimme pyörittää ja siirtää molempia magneetteja toistensa suhteen haluamallamme tavalla. Totta, ensimmäisen magneetin liikkeitä rajoittaa suprajohtavan pallon säde. Mutta siltä se vain näyttää. Itse asiassa kahden magneetin vuorovaikutus riippuu vain niiden suhteellisesta sijainnista ja niiden pyörimisestä vastaavan magneetin painopisteen ympärillä. Siksi riittää, että ensimmäisen magneetin painopiste asetetaan pallon keskelle ja koordinaattien origo asetetaan sinne pallon keskelle. Vain kaikki määrittävät kaikki mahdolliset magneettien sijainnin vaihtoehdot mahdollisia vaihtoehtoja toisen magneetin sijainti suhteessa ensimmäiseen magneetiin ja niiden pyörimiskulmat niiden massakeskipisteiden ympärillä.

Tietysti pallon sijaan voit ottaa minkä tahansa muun pintamuodon, esimerkiksi ellipsoidin tai laatikon muotoisen pinnan jne. Jos se vain jakaisi tilan kahteen osaan. Toisin sanoen tässä pinnassa ei saa olla reikää, jonka läpi virtajohto voi kulkea sisäisen ja ulkoisen magneetin yhdistämiseksi.

Magneettikentän suojaamiseen käytetään kahta menetelmää:

Ohitusmenetelmä;

Näytön magneettikenttämenetelmä.

Tarkastellaanpa kutakin näistä menetelmistä tarkemmin.

Menetelmä magneettikentän ohittamiseksi näytöllä.

Menetelmää, jossa magneettikenttä ohitetaan näytöllä, käytetään suojaamaan jatkuvaa ja hitaasti muuttuvaa vaihtuvaa magneettikenttää vastaan. Suodattimet on valmistettu ferromagneettisista materiaaleista, joilla on korkea suhteellinen magneettinen tunkeutuminen (teräs, permalloy). Jos on näyttö, magneettisen induktion viivat kulkevat pääosin sen seiniä pitkin (Kuva 8.15), joilla on alhainen magneettivastus verrattuna näytön sisällä olevaan ilmatilaan. Suojauksen laatu riippuu suojuksen magneettisesta läpäisevyydestä ja magneettipiirin resistanssista, ts. Mitä paksumpi näyttö ja mitä vähemmän saumoja ja liitoksia kulkee magneettisten induktiolinjojen suunnassa, sitä suurempi suojaustehokkuus on.

Menetelmä magneettikentän siirtämiseksi näytöllä.

Menetelmää, jossa magneettikenttä siirretään näytöllä, käytetään vaihtelevien suurtaajuisten magneettikenttien seulomiseen. Tässä tapauksessa käytetään ei-magneettisista metalleista valmistettuja näyttöjä. Suojaus perustuu induktioilmiöön. Tässä induktioilmiö on hyödyllinen.

Asetetaan kuparinen sylinteri tasaisen vaihtuvan magneettikentän reitille (kuva 8.16a). Siinä viritetään ED-muuttujia, jotka puolestaan ​​luovat induktiivisia muuttujia pyörrevirrat(Foucault-virrat). Näiden virtojen magneettikenttä (kuva 8.16b) suljetaan; sylinterin sisällä se ohjataan jännittävää kenttää kohti ja sen ulkopuolella - samaan suuntaan kuin jännittävä kenttä. Tuloksena oleva kenttä (kuva 8.16, c) osoittautuu heikentyneeksi sylinterin lähellä ja vahvistuneeksi sen ulkopuolella, ts. kenttä siirtyy sylinterin käyttämästä tilasta, mikä on sen suojavaikutus, joka on tehokkaampi mitä pienempi sähkövastus sylinteri, ts. mitä suurempia sen läpi virtaavia pyörrevirtoja.

Pintailmiön ("ihoilmiö") ansiosta pyörrevirtojen tiheys ja vaihtuvan magneettikentän intensiteetti pienenee eksponentiaalisesti mentäessä syvemmälle metalliin

, (8.5)

Missä (8.6)

– kentän ja virran vähenemisen indikaattori, jota kutsutaan vastaava tunkeutumissyvyys.

Tässä on materiaalin suhteellinen magneettinen permeabiliteetti;

– tyhjön magneettinen permeabiliteetti, 1,25*108 g*cm -1;

– materiaalin ominaisvastus, ohm*cm;

- taajuus Hz.

Vastaavan tunkeutumissyvyyden arvo on kätevä kuvaamaan pyörrevirtojen suojausvaikutusta. Mitä pienempi x0, sitä suuremman magneettikentän ne luovat, mikä syrjäyttää poimintalähteen ulkoisen kentän näytön miehittämästä tilasta.

Ei-magneettiselle materiaalille kaavassa (8.6) =1 suojausvaikutuksen määrää vain ja . Entä jos näyttö on valmistettu ferromagneettisesta materiaalista?

Jos ne ovat yhtä suuret, vaikutus on parempi, koska >1 (50...100) ja x 0 ovat pienempiä.

Joten x 0 on pyörrevirtojen suojausvaikutuksen kriteeri. On mielenkiintoista arvioida, kuinka monta kertaa virrantiheys ja magneettikentän voimakkuus pienenevät syvyydellä x 0 verrattuna siihen, mitä ne ovat pinnalla. Tätä varten korvaamme kaavan (8.5) x = x 0

josta voidaan nähdä, että x 0 syvyydessä virrantiheys ja magneettikentän voimakkuus putoavat e kertaa, ts. arvoon 1/2,72, joka on 0,37 pinnan tiheydestä ja jännityksestä. Koska kentän heikkeneminen on vain 2,72 kertaa syvyydessä x 0 ei riitä luonnehtimaan suojamateriaalia, käytä sitten kahta muuta tunkeutumissyvyyden x 0,1 ja x 0,01 arvoa, jotka kuvaavat virrantiheyden ja kenttäjännitteen pudotusta 10- ja 100-kertaisesti niiden pinnalla olevista arvoista.

Ilmaistaan ​​arvot x 0.1 ja x 0.01 arvon x 0 kautta, tätä varten luomme lausekkeen (8.5) perusteella yhtälön

JA ,

kun olemme päättäneet kumman saamme

x 0,1 = x 0 ln10 = 2,3 x 0; (8.7)

x 0,01 = x 0 ln100 = 4,6 x 0

Eri suojamateriaalien kaavojen (8.6) ja (8.7) perusteella kirjallisuudessa on annettu tunkeutumissyvyyden arvot. Selvyyden vuoksi esitämme samat tiedot taulukon 8.1 muodossa.

Taulukosta käy ilmi, että kaikilla korkeilla taajuuksilla, keskiaaltoalueelta alkaen, mistä tahansa metallista valmistettu näyttö, jonka paksuus on 0,5...1,5 mm, on erittäin tehokas. Näytön paksuutta ja materiaalia valittaessa ei pidä lähteä materiaalin sähköisistä ominaisuuksista, vaan ohjata niitä mekaaninen lujuus, jäykkyys, korroosionkestävyys, yksittäisten osien liittämisen helppous ja niiden välisen pienen vastuksen omaavien siirtymäkoskettimien helppous, juottamisen, hitsauksen helppous jne.

Taulukon tiedoista käy ilmi, että yli 10 MHz:n taajuuksilla kuparikalvo ja vielä enemmän hopeakalvo, jonka paksuus on alle 0,1 mm, antaa merkittävän suojavaikutuksen. Siksi yli 10 MHz:n taajuuksilla on melko hyväksyttävää käyttää folio getinaxista tai muusta eristävästä materiaalista valmistettuja seuloja, joissa on kupari- tai hopeapinnoite.

Terästä voidaan käyttää suojana, mutta sinun on muistettava, että korkean resistiivisyyden ja hystereesiilmiön vuoksi teräsverkko voi aiheuttaa merkittäviä häviöitä suojauspiireihin.

MAGNEETTISUOJAUS(magneettinen suojaus) - esineen suojaaminen magneettisilta vaikutuksilta. kentät (vakio ja muuttuva). Moderni tutkimusta useilla tieteenaloilla (geologia, paleontologia, biomagnetismi) ja teknologialla (avaruustutkimus, ydinvoima, materiaalitiede) liittyvät usein erittäin heikkojen magneettikenttien mittauksiin. kentät ~10 -14 -10 -9 T laajalla taajuusalueella. Ulkoiset magneettikentät (esim. Maan kenttä T T-kohinalla, sähköverkoista ja kaupunkiliikenteestä tuleva magneettinen kohina) häiritsevät voimakkaasti erittäin herkkien laitteiden toimintaa. magnetometrinen laitteet. Magneettien vaikutuksen vähentäminen kentät määrää voimakkaasti magneettikenttien johtamismahdollisuuden. mitat (katso esim. Biologisten esineiden magneettikentät).M. e. yleisimmät ovat seuraavat.

Ferromagneettisesta aineesta valmistetun onton sylinterin suojavaikutus ( 1 -ulkoinen sylinterin pinta, 2 -sisäinen pinta). Jäännösmagneetti kenttä sylinterin sisällä

Ferromagneettinen näyttö- arkki, sylinteri, pallo (tai kuori k--l. muu muoto) materiaalista, jossa on korkea magneettinen permeabiliteetti m alhainen jäännösinduktio Vuonna r ja pieni pakkovoima N s. Tällaisen näytön toimintaperiaatetta voidaan havainnollistaa käyttämällä esimerkkiä ontosta sylinteristä, joka on sijoitettu homogeeniseen magneettikenttään. kenttä (kuva). Ulkoiset induktiolinjat mag. kentät B siirtyessään väliaineesta seulamateriaaliin ulkoiset kentät tihenevät huomattavasti ja sylinterin ontelossa induktiolinjojen tiheys pienenee, eli sylinterin sisäinen kenttä osoittautuu heikentyneeksi. Kentän heikkenemistä kuvaa f-loy

Missä D- sylinterin halkaisija, d- sen seinämän paksuus, - mag. seinämateriaalin läpäisevyys. M. e.:n tehokkuuden laskemiseksi. volyymit decom. määritykset käyttävät usein tiedostoa

missä on ekvivalenttipallon säde (melkein näytön mittojen keskiarvo kolmessa keskenään kohtisuorassa suunnassa, koska näytön muodolla on vain vähän vaikutusta magnetosähköisen järjestelmän tehokkuuteen).

Kaavoista (1) ja (2) seuraa, että korkean magneettikentän omaavien materiaalien käyttö. läpäisevyys [kuten permalloy (36-85% Ni, loput Fe ja seostavat lisäaineet) tai mu-metalli (72-76% Ni, 5% Cu, 2% Cr, 1% Mn, loput Fe)] parantaa merkittävästi näytöt (raudassa). Ilmeisen ilmeinen tapa parantaa suojaus seinän paksuuntumisen vuoksi se ei ole optimaalinen. Monikerroksiset näytöt, joissa on rakoja kerrosten välillä, toimivat tehokkaammin, minkä kertoimet ovat suojaus on yhtä suuri kuin kertoimen tulo. osastolle kerroksia. Se on monikerroksisia näyttöjä (magneettisten materiaalien ulkoiset kerrokset, jotka kyllästyvät korkeilla arvoilla SISÄÄN, sisäinen - permalloy- tai mu-metallista) muodostavat perustan magneettisesti suojattujen huoneiden suunnittelulle biomagneettista, paleomagneettista jne. tutkimukseen. On huomattava, että suojaavien materiaalien, kuten permalloyn, käyttöön liittyy useita vaikeuksia, erityisesti siihen, että niiden magnesiumia. muodonmuutosten alaisia ​​ominaisuuksia ja se tarkoittaa. lämpö heikkenee, ne eivät käytännössä salli hitsausta, mikä tarkoittaa. mutkia ja muita mekaanisia kuormia Modernissa mag. Ferromagneetteja käytetään laajalti näytöissä. metallilasit(metglasses), suljetaan magneettisesti. ominaisuudet permalloille, mutta eivät niin herkkiä mekaanisille vaikutuksille vaikutteita. Metlassista kudottu kangas mahdollistaa pehmeiden magneettien valmistamisen. mielivaltaisen muotoiset näytöt, ja monikerroksinen suojaus tällä materiaalilla on paljon yksinkertaisempaa ja halvempaa.

Seinäkkeet korkean sähkönjohtavuuden omaavasta materiaalista(Cu, A1 jne.) suojaavat vaihtuvilta magneettikentiltä. kentät. Kun vaihdat ulkoista mag. kentät näytön seinille syntyvät induktiivisesti. virrat, jotka kattavat suojatun tilavuuden. Magn. näiden virtojen kenttä on suunnattu vastapäätä ulkoista. suuttumusta ja kompensoi sen osittain. Taajuuksille, joiden kerroin on yli 1 Hz. suojaus TO kasvaa suhteessa taajuuteen:

Missä - magneettinen vakio, - seinämateriaalin sähkönjohtavuus, L- näytön koko, - seinämän paksuus, f- pyöreä taajuus.

Magn. Cu:sta ja A1:stä valmistetut näytöt ovat tehottomampia kuin ferromagneettiset, erityisesti matalataajuisten sähkömagneettisten osalta. aloilla, mutta valmistuksen helppous ja alhaiset kustannukset tekevät niistä usein parempia käytettäväksi.

Suprajohtavat näytöt. Tämäntyyppisten näyttöjen toiminta perustuu Meissner-efekti- magneetin täydellinen siirtymä. kenttiä suprajohteesta. Kaiken ulkoisen muutoksen kanssa mag. suprajohtimissa virtaa, syntyy virtoja, jotka sen mukaisesti Lenzin sääntö kompensoida näitä muutoksia. Toisin kuin tavalliset johtimet, induktiiviset suprajohteet. Virrat eivät haalistu ja siten kompensoivat vuon muutosta ulkoisen virran koko olemassaolon ajan. kentät. Se tosiasia, että suprajohtavat näytöt voivat toimia hyvin alhaisissa lämpötiloissa ja kentissä, jotka eivät ylitä kriittistä. arvot (katso Kriittinen magneettikenttä), johtaa merkittäviin vaikeuksiin suurten magneettisesti suojattujen "lämpimien" tilavuuksien suunnittelussa. Löytö kuitenkin korkean lämpötilan oksidisuprajohteet(OBC), jonka ovat valmistaneet J. Bednorz ja K. Müller (J. G. Bednorz, K. A. Miiller, 1986), luo uusia mahdollisuuksia suprajohtavien magneettien käyttöön. näytöt. Ilmeisesti tekniikan voittamisen jälkeen SBC:iden valmistuksen vaikeuksien vuoksi käytetään suprajohtavia suojuksia materiaaleista, jotka muuttuvat suprajohtaviksi typen kiehumispisteessä (ja tulevaisuudessa mahdollisesti huoneenlämmössä).

On huomattava, että suprajohteen magneettisesti suojatun tilavuuden sisällä säilyy jäännöskenttä, joka oli siinä näytön materiaalin siirtymishetkellä suprajohtavaan tilaan. Tämän jäännöskentän vähentämiseksi on tarpeen ottaa erityinen toimenpiteet. Siirrä esimerkiksi näyttö suprajohtavaan tilaan alhaisella magneettikentällä verrattuna maan magneettikenttään. kenttään suojatussa tilavuudessa tai käytä "täyttöruudut" -menetelmää, jossa näytön taitettu kuori siirretään suprajohtavaan tilaan ja laajennetaan sitten. Tällaiset toimenpiteet mahdollistavat toistaiseksi jäännöskenttien pienentämisen T-arvoon pienissä, suprajohtavien seulojen rajoittamissa tilavuuksissa.

Aktiivinen häiriösuojaus suoritetaan kompensointikeloilla, jotka luovat magneettikentän. kenttä, joka on suuruudeltaan yhtä suuri ja suunnaltaan vastakkainen häiriökentän kanssa. Kun nämä kentät lisätään algebrallisesti, ne kumoavat toisensa. Naib. Tunnetaan Helmholtz-käämiä, jotka ovat kaksi identtistä koaksiaalista pyöreää käämiä, joissa on virta ja joita erottaa käämien sädettä vastaava etäisyys. Melko homogeeninen mag. kenttä luodaan keskelle niiden väliin. Kolmen tilan kompensoimiseksi. komponentit vaativat vähintään kolme paria keloja. Tällaisille järjestelmille on monia vaihtoehtoja, ja niiden valinta määräytyy erityisten vaatimusten mukaan.

Aktiivista suojausjärjestelmää käytetään tyypillisesti vaimentamaan matalataajuisia häiriöitä (taajuusalueella 0-50 Hz). Yksi sen tarkoituksista on jälkikorvaus. mag. Maan kentät, jotka vaativat erittäin vakaita ja tehokkaita virtalähteitä; toinen on magneettisten vaihteluiden kompensointi. kenttiin, joihin voidaan käyttää magneettisensorien ohjaamia heikompia virtalähteitä. kentät, esim. magnetometrit korkea herkkyys - kalmarit tai fluxgates Nämä anturit määräävät suurelta osin kompensoinnin täydellisyyden.

Aktiivisen magneettisuojauksen välillä on tärkeä ero. näytöt. Magn. näytöt poistavat kohinaa koko näytön rajoittaman äänenvoimakkuuden ajalta aktiivinen suojaus eliminoi häiriöt vain paikallisella alueella.

Kaikki magneettiset vaimennusjärjestelmät häiriöt tarvitsevat tärinänvaimennusta. suojaa. Näyttöjen ja magneettisensorien tärinä. Itse kentästä voi tulla lisäyksiä. häiriötä

Lit.: Rose-Ince A., Roderick E., Johdanto fysiikkaan, käänn. Englannista, M., 1972; Stamberger G. A., Laitteet heikkojen vakiomagneettikenttien luomiseen, Novosibirsk, 1972; Vvedensky V.L., Ozhogin V.I., Ultrasensitive magnetometry and biomagnetism, M., 1986; Bednorz J.G., Muller K.A., Mahdollinen korkea Tc-suprajohtavuus Ba-La-Cr-O-järjestelmässä, "Z. Phys.", 1986, Bd 64, S. 189. S. P. Naurzakov.

Magneettikenttien suojaus voidaan tehdä kahdella tavalla:

Suojaus ferromagneettisilla materiaaleilla.

Suojaus pyörrevirroilla.

Ensimmäistä menetelmää käytetään yleensä suojattaessa vakiotaajuusalueita ja matalataajuisia kenttiä. Toinen menetelmä tarjoaa merkittävän tehokkuuden suurtaajuisten MP:iden suojauksessa. Pintavaikutuksesta johtuen pyörrevirtojen tiheys ja vaihtuvan magneettikentän intensiteetti pienenee eksponentiaalisesti mentäessä syvemmälle metalliin:

Kentän ja virran pienenemisen mitta, jota kutsutaan ekvivalentiksi tunkeutumissyvyydeksi.

Mitä pienempi tunkeutumissyvyys, sitä suurempi virta virtaa näytön pintakerroksissa, sitä suurempi on sen luoma käänteinen MF, joka syrjäyttää häiriölähteen ulkoisen kentän näytön miehittämästä tilasta. Jos näyttö on valmistettu ei-magneettisesta materiaalista, suojausvaikutus riippuu vain materiaalin johtavuudesta ja suojakentän taajuudesta. Jos näyttö on valmistettu ferromagneettisesta materiaalista, ulkoinen kenttä indusoi siihen suuren e:n, jos muut asiat ovat samat. d.s. magneettikenttälinjojen suuremman pitoisuuden vuoksi. Materiaalin samalla ominaisjohtavuudella pyörrevirrat kasvavat, mikä johtaa pienempään tunkeutumissyvyyteen ja parempaan suojausvaikutukseen.

Näytön paksuutta ja materiaalia valittaessa ei tule lähteä materiaalin sähköisistä ominaisuuksista, vaan huomioida mekaaninen lujuus, paino, jäykkyys, korroosionkestävyys, yksittäisten osien liittämisen helppous ja siirtymäkosketukset niiden välillä. pieni vastus, helppo juottaa, hitsata jne.

Taulukon tiedoista käy selvästi ilmi, että yli 10 MHz:n taajuuksilla kupari- ja erityisesti hopeakalvot, joiden paksuus on noin 0,1 mm, tarjoavat merkittävän suojausvaikutuksen. Siksi yli 10 MHz:n taajuuksilla on melko hyväksyttävää käyttää folio getinaxista tai lasikuidusta valmistettuja näyttöjä. Korkeilla taajuuksilla teräs tarjoaa paremman suojausvaikutuksen kuin ei-magneettiset metallit. On kuitenkin syytä ottaa huomioon, että tällaiset näytöt voivat aiheuttaa merkittäviä häviöitä suojattuihin piireihin suuren resistiivisyyden ja hystereesiilmiön vuoksi. Siksi tällaiset näytöt ovat käyttökelpoisia vain tapauksissa, joissa välityshäviöt voidaan jättää huomiotta. Lisäksi suojauksen tehokkuuden parantamiseksi näytöllä on oltava pienempi magneettinen vastus kuin ilmalla, jolloin magneettikenttäviivat pyrkivät kulkemaan näytön seiniä pitkin ja tunkeutumaan vähemmän näytön ulkopuoliseen tilaan. Tällainen näyttö soveltuu yhtä hyvin suojaamaan magneettikentän vaikutukselta kuin suojaamaan ulkotilaa näytön sisällä olevan lähteen aiheuttamalta magneettikentän vaikutukselta.

On olemassa monia teräs- ja permalloylaatuja, joilla on erilaiset magneettisen permeabiliteetin arvot, joten tunkeutumissyvyys on laskettava jokaiselle materiaalille. Laskenta tehdään likimääräisellä yhtälöllä:

1) Suojaus ulkoiselta magneettikentältä

Ulkoisen magneettikentän magneettikenttäviivat (häiriömagneettikentän induktiolinjat) kulkevat pääasiassa näytön seinämien paksuuden läpi, jolla on alhainen magneettinen resistanssi verrattuna näytön sisällä olevan tilan resistanssiin. Tämän seurauksena ulkoinen magneettikenttä ei vaikuta sähköpiirin toimintatilaan.

2) Oman magneettikentän suojaaminen

Tällaista suojausta käytetään, jos tehtävänä on suojata ulkoisia sähköpiirejä magneettikentän vaikutuksilta, virran synnyttämä kelat. Induktanssi L, eli kun induktanssin L aiheuttama häiriö on käytännössä lokalisoitava, tämä ongelma ratkaistaan ​​käyttämällä magneettisuojaa, kuten kuvassa on kaaviomaisesti esitetty. Täällä lähes kaikki induktorikelan kenttälinjat suljetaan näytön seinien paksuuden läpi ylittämättä niiden rajoja, koska näytön magneettinen vastus on paljon pienempi kuin ympäröivän tilan vastus.

3) Kaksoisnäyttö

Kaksoismagneettisessa näytössä voidaan kuvitella, että osa magneettisista voimalinjoista, jotka ulottuvat yhden seulan seinämien paksuuden yli, sulkeutuvat toisen näytön seinämien paksuuden läpi. Samalla tavalla voidaan kuvitella kaksinkertaisen magneettisen näytön toiminnan lokalisoitaessa ensimmäisen (sisäisen) näytön sisällä olevan sähköpiirin elementin aiheuttamaa magneettista häiriötä: suurin osa magneettikenttäviivoista (magneettiset sirontaviivat) sulkeutuu. ulkoseinän seinien läpi. Tietysti kaksoisseinämissä seinämän paksuudet ja niiden välinen etäisyys on valittava järkevästi.

Kokonaissuojauskerroin saavuttaa suurimman suuruutensa tapauksissa, joissa seinien paksuus ja seulojen välinen rako kasvavat suhteessa etäisyyteen näytön keskustasta ja raon arvo on seinämän paksuuksien geometrinen keskiarvo. viereiset näytöt. Tässä tapauksessa suojauskerroin on:

L = 20 lg (H/Ne)

Tämän suosituksen mukaisten kaksoisverkkojen valmistaminen on teknisistä syistä käytännössä vaikeaa. On paljon tarkoituksenmukaisempaa valita suojusten ilmaraon vieressä olevien kuorien välinen etäisyys, joka on suurempi kuin ensimmäisen seulan paksuus, joka on suunnilleen yhtä suuri kuin ensimmäisen seulan pinon ja suojatun piirin reunan välinen etäisyys. elementti (esimerkiksi kela). Magneettisuojan seinämien paksuuden valintaa ei voida tehdä yksiselitteiseksi. Järkevä seinämän paksuus määritetään. näytön materiaali, häiriötaajuus ja määritetty suojauskerroin. On hyödyllistä harkita seuraavaa.

1. Häiriöiden taajuuden kasvaessa (häiriön vaihtuvan magneettikentän taajuus) materiaalien magneettinen permeabiliteetti pienenee ja aiheuttaa näiden materiaalien suojausominaisuuksien heikkenemistä, koska magneettisen permeabiliteetin pienentyessä magneettivuon vastus näytön tarjoama kasvaa. Pääsääntöisesti magneettisen permeabiliteetin väheneminen taajuuden kasvaessa on voimakkainta niillä magneettisilla materiaaleilla, joilla on suurin alkuperäinen magneettinen permeabiliteetti. Esimerkiksi sähköteräslevy, jolla on alhainen magneettinen permeabiliteetti, muuttaa vain vähän jx:n arvoa taajuuden kasvaessa, ja permalloy, jolla on suuret magneettisen läpäisevyyden alkuarvot, on erittäin herkkä magneettikentän taajuuden kasvulle. ; sen magneettinen permeabiliteetti laskee jyrkästi taajuuden myötä.

2. Magneettisissa materiaaleissa, jotka altistetaan suurtaajuisille magneettikentän häiriöille, ilmenee selvästi pintavaikutus, eli magneettivuon siirtyminen näytön seinämien pintaan, mikä aiheuttaa näytön magneettisen vastuksen kasvun. Tällaisissa olosuhteissa näyttää melkein hyödyttömältä lisätä näytön seinämien paksuutta yli magneettivuon tietyllä taajuudella. Tämä johtopäätös on virheellinen, koska seinämän paksuuden kasvu johtaa näytön magneettisen vastuksen pienenemiseen jopa pintailmiön läsnä ollessa. Tässä tapauksessa magneettisen permeabiliteetin muutos tulee ottaa samalla huomioon. Koska pintavaikutuksen ilmiö magneettisissa materiaaleissa alkaa yleensä vaikuttaa itseensä selvemmin kuin magneettisen läpäisevyyden heikkeneminen matalataajuisella alueella, molempien tekijöiden vaikutus näytön seinämän paksuuden valintaan on erilainen eri taajuusalueilla. magneettinen häiriö. Suojausominaisuuksien heikkeneminen häiriötaajuuden kasvaessa on pääsääntöisesti selvempää näytöissä, jotka on valmistettu materiaaleista, joilla on korkea alkuperäinen magneettinen permeabiliteetti. Edellä mainitut magneettisten materiaalien ominaisuudet antavat pohjan suosituksille magneettisuojan materiaalien ja seinämän paksuuden valinnassa. Nämä suositukset voidaan tiivistää seuraavasti:

A) Tavallisesta sähkö- (muuntaja)teräksestä valmistettuja suojuksia, joilla on alhainen magneettinen permeabiliteetti, voidaan tarvittaessa käyttää varmistamaan alhaiset suojauskertoimet (Ke 10); tällaiset näytöt tarjoavat lähes vakion suojauskertoimen melko laajalla taajuuskaistalla, useisiin kymmeniin kilohertseihin asti; tällaisten näyttöjen paksuus riippuu häiriön taajuudesta, ja mitä pienempi taajuus, sitä suurempi on näytön paksuus; esimerkiksi magneettisen häiriökentän taajuudella 50-100 Hz näytön seinämien paksuuden tulisi olla noin 2 mm; jos suojauskertoimen lisäystä tai suurempaa seulan paksuutta tarvitaan, on suositeltavaa käyttää useita pienempiä suojakerroksia (kaksois- tai kolminkertaisia ​​suojakerroksia);

B) On suositeltavaa käyttää magneettisista materiaaleista valmistettuja näyttöjä, joilla on korkea alkuläpäisevyys (esim. permalloy), jos on tarpeen varmistaa suuri suojauskerroin (Ke > 10) suhteellisen kapealla taajuuskaistalla, eikä ole suositeltavaa valita kunkin magneettisen näytön kuoren paksuus yli 0,3-0,4 mm; tällaisten näyttöjen suojavaikutus alkaa heikentyä huomattavasti useiden satojen tai tuhansien hertsien taajuuksilla riippuen näiden materiaalien alkuperäisestä läpäisevyydestä.

Kaikki yllä sanottu magneettisuojista pätee heikoille magneettisille häiriökentille. Jos näyttö sijaitsee lähellä voimakkaita häiriölähteitä ja siinä syntyy magneettivuuksia, joilla on korkea magneettinen induktio, niin, kuten tiedetään, on otettava huomioon magneettisen dynaamisen permeabiliteetin muutos induktiosta riippuen; On myös tarpeen ottaa huomioon näytön paksuuden häviöt. Käytännössä sellaisia ​​voimakkaita magneettisten häiriökenttien lähteitä, joissa pitäisi ottaa huomioon niiden vaikutus ruutuihin, ei tapahdu, lukuun ottamatta joitain erikoistapauksia, joissa ei ole mahdollista radioamatööritoimintaa ja normaaleja toimintaolosuhteita laajasti. käytettyjä radiolaitteita.

Testata

1. Magneettisuojausta käytettäessä näytön tulee:
1) Niillä on vähemmän magneettista vastusta kuin ilmalla
2) omistaa yhtä kuin ilma magneettinen vastus
3) niillä on suurempi magneettivastus kuin ilmalla

2. Kun suojataan magneettikenttää Suojan maadoitus:
1) Ei vaikuta suojauksen tehokkuuteen
2) Lisää tehokkuutta magneettinen suojaus
3) Vähentää magneettisuojauksen tehokkuutta

3. Matalilla taajuuksilla (<100кГц) эффективность магнитного экранирования зависит от:
a) Näytön paksuus, b) Materiaalin magneettinen läpäisevyys, c) Etäisyys näytön ja muiden magneettipiirien välillä.
1) Vain a ja b ovat oikein
2) Vain b ja c ovat tosia
3) Vain a ja c ovat tosia
4) Kaikki vaihtoehdot ovat oikein

4. Magneettinen suojaus matalilla taajuuksilla:
1) Kupari
2) Alumiini
3) Permalloy.

5. Magneettinen suojaus korkeilla taajuuksilla:
1) rautaa
2) Permalloy
3) Kupari

6. Korkeilla taajuuksilla (>100 kHz) magneettisuojauksen tehokkuus ei riipu:
1) Näytön paksuus

2) Materiaalin magneettinen läpäisevyys
3) Näytön ja muiden magneettipiirien väliset etäisyydet.

Käytetty kirjallisuus:

2. Semenenko, V. A. Tietoturva/ V. A. Semenenko - Moskova, 2008

3. Yarochkin, V. I. Tietoturva / V. I. Yarochkin - Moskova, 2000.

4. Demirchan, K.S. Teoreettinen perusta sähkötekniikka Osa III / K. S. Demirchan S.-P, 2003.

Sivu 3

Siksi rautakunko, jonka magneettinen läpäisevyys on satoja ja tuhansia kertoja suurempi kuin jio, absorboi voimalinjoja. Magneettisuoja perustuu tähän ilmiöön.

Siksi rautakappale, jonka magneettinen permeabiliteetti on satoja ja tuhansia kertoja suurempi kuin q0, absorboi voimalinjoja. Magneettisuoja perustuu tähän ilmiöön.

On huomattava, että mitä pienempi sähködynaamisen laitteen virrankulutus, sitä heikommat sen omat magneettikentät ja vahvempi vaikutus ulkoiset kentät. Tällaiset laitteet vaativat parhaat keinot magneettinen suojaus, eroavat enemmän monimutkainen muotoilu ja ovat kalliimpia. Elektrodynaamisilla laitteilla on suhteellisen alhainen laatutekijä, eivätkä ne kestä mekaanisia vaikutuksia - iskuja, tärinää ja tärinää.

On huomattava, että mitä pienempi sähködynaamisen laitteen virrankulutus on, sitä heikommat ovat sen omat magneettikentät ja sitä voimakkaampi on ulkoisten kenttien vaikutus. Tällaiset laitteet vaativat parempia keinoja - magneettisuojausta, niillä on monimutkaisempi rakenne ja ne ovat kalliimpia.

Tärkeä myöhempää tiedon keräämistä varten nauhalla on magneettinen historia. Yksi niistä on näytteen kuumentaminen Curie-pisteen yläpuolelle, mitä seuraa jäähdytys magneettisessa suojauksessa. Tuloksena olevaa luonnollista demagnetisoitua tilaa kutsutaan absoluuttiseksi nollatilaksi.

Magneettikentän tapauksessa ohuet rautaseinät eivät suojaa sisätilaa: magneettikentät kulkevat raudan läpi ja jonkin verran magneettikenttää ilmaantuu astian sisään. Vain riittävän paksuilla rautaseinillä voi onkalon sisällä olevan kentän heikkeneminen tulla niin voimakkaaksi, että magneettisuojaus muuttuu käytännön merkitystä, vaikka tässä tapauksessa sisällä oleva kenttä ei ole täysin tuhoutunut. Ja tässä tapauksessa kentän heikkeneminen ei johdu sen katkeamisesta raudan pinnalla; Magneettikenttäviivat eivät katkea ollenkaan, mutta pysyvät silti suljettuina kulkeessaan raudan läpi. Kuvaamalla graafisesti magneettikenttäviivojen jakautumista raudan paksuudessa ja ontelossa saadaan kuva (kuva 283), josta käy ilmi, että onkalon sisällä olevan kentän heikkeneminen on seurausta suunnan muutoksesta. kenttäviivoista, ei niiden katkeamisesta.

Magneettikentän tapauksessa ohuet rautaseinät eivät suojaa sisätilaa: magneettikentät kulkevat raudan läpi ja jonkin verran magneettikenttää ilmaantuu astian sisään. Vain riittävän paksuilla rautaseinillä voi onkalon sisällä olevan kentän heikkeneminen muuttua niin voimakkaaksi, että magneettisuojauksella tulee käytännön merkitystä, vaikka sisäinen kenttä ei tässäkään tapauksessa täysin tuhoudu. Ja tässä tapauksessa kentän heikkeneminen ei johdu sen katkeamisesta raudan pinnalla; Magneettikenttäviivat eivät katkea ollenkaan, mutta pysyvät silti suljettuina kulkeessaan raudan läpi. Kuvaamalla graafisesti magneettikenttäviivojen jakautumista raudan paksuudessa ja ontelossa saadaan kuva (kuva 283), josta käy ilmi, että onkalon sisällä olevan kentän heikkeneminen on seurausta suunnan muutoksesta. kenttäviivoista, ei niiden katkeamisesta.

Yleensä lasketaan useita vaihtoehtoja ja valitaan optimaalinen. Esitetty sähködynaamisen wattimittarin laskentamenetelmä koskee vain laitteita, joissa on liikkuva osa asennettuna ytimille, ja se on epätäydellinen (esimerkiksi magneettisuojaus jne.

Kuvassa 237 esittää esimerkkiä induktiolinjojen sijainnista rungossa, jolla on korkea magneettinen permeabiliteetti μ ja jossa on onkalo. Harvinainen induktiolinjojen järjestely ontelon sisällä osoittaa heikkoa magneettikenttää ontelon sisällä. Käytännössä magneettisuojaukseen käytetään massiivisia rautakoteloita.

Tätä varten tunnelin kosketin asetettiin onttoon aaltoputkeen, joka oli upotettu kryostaattiin. Kaikenlaisten häiriöiden välttämiseksi järjestelmä ympäröi magneettinen suojaus.

Tällä hetkellä astronautit joutuvat usein lisääntyneen säteilyn alueille. Suojautuaksesi sitä vastaan ​​tarvitset magneettikentän, joka taivuttaa varautuneiden hiukkasten liikerataa ja ohjaa säteilyä. Tätä varten klo avaruusalus on oltava asennus, joka luo magneettisen suojan suprajohtavilla solenoideilla.

Aineen magneettisten ominaisuuksien vaikutus magneettikentän jakautumiseen. Jos teet ferromagneettisen kappaleen renkaan muodossa, magneettikenttäviivat eivät käytännössä tunkeudu sen sisäiseen onteloon (kuva 102) ja rengas toimii magneettinen suoja, joka suojaa sisäistä onteloa magneettikentän vaikutukselta. Tämä ferromagneettisten materiaalien ominaisuus on perusta sähköisten mittauslaitteiden ja muiden sähkölaitteiden magneettisuojalle. haitalliset vaikutukset ulkoiset magneettikentät.

Magneettisuojaa luodessaan havaitsemamme kuva muistuttaa pinnallisesti sähköstaattisen suojan luomista johtavalla kuorella. Sähköstaattisen suojauksen tapauksessa metalliseinät voivat olla halutun ohuita. Riittää esimerkiksi hopeaa sisään asetetun lasiastian pinnan sähkökenttä niin että ei ole sähkökenttä, joka irtoaa metallipinnalta. Magneettikentän tapauksessa ohuet rautaseinät eivät suojaa sisätilaa: magneettikentät kulkevat raudan läpi ja jonkin verran magneettikenttää ilmaantuu astian sisään. Vain riittävän paksuilla rautaseinillä voi onkalon sisällä olevan kentän heikkeneminen muuttua niin voimakkaaksi, että magneettisuojaus tulee käytännölliseksi, vaikka sisällä oleva kenttä ei tässäkään tapauksessa täysin tuhoudu.

Tähän temppu loppuu. Nyt tarvitsemme fysiikkaa: kuinka saada suojaava pallokerros. Fysiikka on yksinkertaista, sitä opetetaan seitsemännellä luokalla: sinun on käytettävä magneetteja. Jos putki taipuu, aseta magneetti ulkopuolelle. On mielenkiintoista huomata, että kovettavien osien haulipuhalluskoneita käytettiin laajalti ainakin neljännesvuosisata ennen tekijänoikeustodistuksen nro 2N1 207 ilmestymistä magneettisuojaukseen.