Che chắn từ trường nam châm vĩnh cửu, che chắn từ trường xen kẽ

Để giảm cường độ từ trường của nam châm vĩnh cửu hoặc từ trường xoay chiều tần số thấp có dòng điện xoay chiều trong một vùng không gian nhất định, ta dùng che chắn từ tính… So với điện trường, được ứng dụng che chắn khá dễ dàng Tế bào Faraday, từ trường không thể bị cản trở hoàn toàn, nó chỉ có thể bị suy yếu ở một mức độ nào đó tại một vị trí nhất định.

Trong thực tế, với mục đích nghiên cứu khoa học, trong y học, địa chất, trong một số lĩnh vực kỹ thuật liên quan đến vũ trụ và năng lượng hạt nhân, từ trường rất yếu thường được che chắn, hướng dẫn mà hiếm khi vượt quá 1 nT.

Chúng ta đang nói về cả từ trường vĩnh cửu và từ trường biến thiên trên một dải tần số rộng. Ví dụ, cảm ứng từ trường của Trái đất trung bình không vượt quá 50 μT; một trường như vậy, cùng với tiếng ồn tần số cao, sẽ dễ dàng giảm bớt hơn bằng cách che chắn từ tính.

Khi nói đến việc che chắn từ trường lạc trong điện tử công suất và kỹ thuật điện (nam châm vĩnh cửu, máy biến áp, mạch dòng điện cao), thường chỉ cần khoanh vùng một phần quan trọng của từ trường thay vì cố gắng loại bỏ hoàn toàn là đủ. Lá chắn sắt từ - để che chắn từ trường vĩnh cửu và tần số thấp

Cách đầu tiên và dễ nhất để bảo vệ từ trường là việc sử dụng tấm chắn sắt từ (cơ thể) ở dạng hình trụ, tấm hoặc hình cầu. Vật liệu của lớp vỏ như vậy phải có tính thấm từ tính cao Và lực cưỡng chế thấp.

Khi một tấm chắn như vậy được đặt trong từ trường bên ngoài, cảm ứng từ trong sắt từ của chính tấm chắn đó mạnh hơn bên trong khu vực được che chắn, nơi cảm ứng sẽ thấp hơn tương ứng.

Hãy xem xét một ví dụ về màn hình ở dạng hình trụ rỗng.

Hình vẽ cho thấy các đường cảm ứng của từ trường bên ngoài xuyên qua thành của màn hình sắt từ dày lên bên trong nó và trực tiếp trong khoang xi lanh, do đó các đường cảm ứng sẽ hiếm hơn. Tức là từ trường bên trong hình trụ sẽ ở mức tối thiểu. Đối với hiệu suất chất lượng cao của hiệu ứng cần thiết, vật liệu sắt từ có tính thấm từ tính cao được sử dụng, chẳng hạn như permaloid hoặc mu-metal.

Nhân tiện, chỉ làm dày thành màn hình không phải là cách tốt nhất để cải thiện chất lượng của nó.Hiệu quả hơn nhiều là các tấm chắn sắt từ nhiều lớp có khoảng cách giữa các lớp tạo nên tấm chắn, trong đó hệ số che chắn sẽ bằng tích của các hệ số che chắn cho các lớp riêng lẻ — chất lượng che chắn của tấm chắn nhiều lớp sẽ tốt hơn tác dụng của một lớp liên tục có độ dày bằng tổng các lớp trên.

Nhờ các màn hình sắt từ nhiều lớp, có thể tạo ra các phòng được che chắn từ tính cho các nghiên cứu khác nhau. Các lớp bên ngoài của màn hình như vậy được tạo ra trong trường hợp này là sắt từ bão hòa ở giá trị cảm ứng cao, trong khi các lớp bên trong của chúng là kim loại mu, permaloid, metglass, v.v. — từ sắt từ bão hòa ở giá trị thấp hơn của cảm ứng từ.

Lá chắn đồng — để che chắn từ trường xen kẽ

Nếu cần che chắn một từ trường xen kẽ, thì các vật liệu có độ dẫn điện cao được sử dụng, chẳng hạn như Mật ong.

Trong trường hợp này, từ trường bên ngoài thay đổi sẽ tạo ra dòng điện cảm ứng trong màn hình dẫn điện, dòng điện này sẽ bao phủ không gian của thể tích được bảo vệ và hướng từ trường của các dòng điện cảm ứng này trong màn hình sẽ ngược với từ trường bên ngoài , sự bảo vệ từ đó được sắp xếp như vậy. Do đó, từ trường bên ngoài sẽ được bù đắp một phần.

Ngoài ra, tần số của dòng điện càng cao thì hệ số che chắn càng cao. Theo đó, đối với tần số thấp hơn và thậm chí nhiều hơn đối với từ trường không đổi, màn hình sắt từ là phù hợp nhất.

Hệ số sàng K, tùy thuộc vào tần số của từ trường xen kẽ f, kích thước của màn hình L, độ dẫn điện của vật liệu sàng và độ dày d của nó, có thể được tính gần đúng theo công thức:

Ứng dụng của màn hình siêu dẫn

Như bạn đã biết, một chất siêu dẫn có thể dịch chuyển hoàn toàn từ trường ra khỏi chính nó. Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng Meissner… Dựa theo Quy tắc Lenz, bất kỳ thay đổi nào trong từ trường trong chất siêu dẫn tạo ra các dòng điện cảm ứng, cùng với từ trường của chúng, bù đắp cho sự thay đổi của từ trường trong chất siêu dẫn.

Nếu chúng ta so sánh nó với một dây dẫn thông thường, thì trong một chất siêu dẫn, dòng điện cảm ứng không yếu đi và do đó có thể tạo ra hiệu ứng từ bù trong một thời gian dài (về mặt lý thuyết) vô hạn.

Nhược điểm của phương pháp có thể được coi là chi phí cao, sự hiện diện của từ trường dư bên trong màn hình đã có trước khi vật liệu chuyển sang trạng thái siêu dẫn, cũng như độ nhạy của chất siêu dẫn với nhiệt độ. Trong trường hợp này, cảm ứng từ tới hạn đối với chất siêu dẫn có thể đạt tới hàng chục tesla.

Phương pháp che chắn có bù chủ động

Để giảm từ trường bên ngoài, một từ trường bổ sung có độ lớn tương đương nhưng ngược hướng với từ trường bên ngoài mà một khu vực nhất định sẽ được che chắn có thể được tạo ra một cách cụ thể.

Điều này đạt được thông qua việc thực hiện cuộn dây bù đặc biệt (cuộn dây Helmholtz) - một cặp cuộn dây mang dòng giống hệt nhau được bố trí đồng trục cách nhau một khoảng bằng bán kính cuộn dây. Giữa các cuộn dây như vậy thu được một từ trường khá đều.

Để đạt được mức bù cho toàn bộ thể tích của một khu vực nhất định, bạn cần ít nhất sáu cuộn dây như vậy (ba cặp), được đặt theo một nhiệm vụ cụ thể.

Các ứng dụng điển hình cho hệ thống bù như vậy là bảo vệ chống nhiễu tần số thấp do mạng điện tạo ra (50 Hz), cũng như che chắn từ trường của trái đất.

Thông thường, các hệ thống loại này hoạt động cùng với các cảm biến từ trường. Không giống như các tấm chắn từ tính làm giảm từ trường cùng với tiếng ồn trong toàn bộ âm lượng được bao quanh bởi tấm chắn, bảo vệ chủ động sử dụng cuộn dây bù cho phép loại bỏ nhiễu từ chỉ trong khu vực cục bộ mà nó được điều chỉnh.

Bất kể thiết kế của hệ thống chống nhiễu từ là gì, mỗi hệ thống đều cần được bảo vệ chống rung, vì các rung động của màn hình và cảm biến góp phần tạo ra nhiễu từ bổ sung từ chính màn hình rung.