Princípy magnetického tienenia

Na tienenie magnetického poľa sa používajú dve metódy:

Obtoková metóda;

Metóda magnetického poľa obrazovky.

Pozrime sa bližšie na každú z týchto metód.

Metóda posunu magnetického poľa clonou.

Metóda posunu magnetického poľa clonou sa používa na ochranu pred konštantným a pomaly sa meniacim striedavým magnetickým poľom. Sitá sú vyrobené z feromagnetických materiálov s vysokou relatívnou magnetickou permeabilitou (oceľ, permalloy). V prítomnosti clony prechádzajú čiary magnetickej indukcie hlavne pozdĺž jej stien (obrázok 8.15), ktoré majú nízky magnetický odpor v porovnaní so vzdušným priestorom vo vnútri clony. Kvalita tienenia závisí od magnetickej permeability tienenia a odporu magnetického obvodu, t.j. čím je sito hrubšie a čím menej švov, spojov prebiehajúcich v smere magnetických indukčných čiar, tým vyššia bude účinnosť tienenia.

Metóda posunutia magnetického poľa obrazovkou.

Metóda vytesňovania magnetického poľa clonou sa používa na tienenie striedavých vysokofrekvenčných magnetických polí. V tomto prípade sa používajú obrazovky vyrobené z nemagnetických kovov. Tienenie je založené na fenoméne indukcie. Tu je užitočný fenomén indukcie.

Do cesty rovnomerného striedavého magnetického poľa sme položili medený valec (obrázok 8.16, a). Budú v ňom vybudené premenlivé ED, ktoré naopak vytvoria premenlivé indukčné vírivé prúdy (Foucaultove prúdy). Magnetické pole týchto prúdov (obrázok 8.16, b) bude uzavreté; vo vnútri valca bude smerovať k vzrušujúcemu poľu a mimo neho - v rovnakom smere ako vzrušujúce pole. Výsledné pole (obrázok 8.16, c) sa ukáže ako oslabené na valci a zosilnené mimo neho, t.j. pole je posunuté z priestoru, ktorý zaberá valec, čo je jeho tieniaci účinok, ktorý bude tým účinnejší, čím nižší bude elektrický odpor valca, t.j. tým väčšie vírivé prúdy ním prechádzajú.

V dôsledku povrchového efektu („efekt pokožky“) hustota vírivých prúdov a intenzita striedavého magnetického poľa exponenciálne klesajú, keď ideme hlbšie do kovu.

, (8.5)

kde (8.6)

- ukazovateľ poklesu poľa a prúdu, ktorý je tzv ekvivalentná hĺbka prieniku.

Tu je relatívna magnetická permeabilita materiálu;

- magnetická permeabilita vákua rovná 1,25 * 108 gn * cm -1;

- špecifický odpor materiálu, Ohm * cm;

- frekvencia Hz.

Tieniaci účinok vírivých prúdov je vhodné charakterizovať hodnotou ekvivalentnej hĺbky prieniku. Čím menšie x 0, tým väčšie magnetické pole, ktoré vytvárajú, premiestňuje vonkajšie pole zdroja snímania z priestoru, ktorý zaberá obrazovka.

Pre nemagnetický materiál vo vzorci (8.6) = 1 je tieniaci účinok určený iba a. A ak je obrazovka vyrobená z feromagnetického materiálu?

Ak sa rovná, efekt bude lepší, pretože > 1 (50..100) a x 0 budú menšie.

Takže x 0 je kritériom pre tieniaci účinok vírivých prúdov. Je zaujímavé odhadnúť, koľkokrát sa hustota prúdu a intenzita magnetického poľa znížia v hĺbke x 0 v porovnaní s povrchom. Ak to chcete urobiť, dosaďte x = x 0 do vzorca (8.5).

z čoho je vidieť, že v hĺbke x 0 sa prúdová hustota a intenzita magnetického poľa znížia faktorom e, t.j. na hodnotu 1 / 2,72, čo je 0,37 hustoty a napätia na povrchu. Keďže oslabenie poľa je len 2,72 krát v hĺbke x 0 nedostatočné na charakterizáciu tieniaceho materiálu, potom použijú ďalšie dve hodnoty hĺbky prieniku x 0,1 a x 0,01, ktoré charakterizujú pokles hustoty prúdu a napätia poľa o faktor 10 a 100 od ich hodnôt na povrchu.

Vyjadrime hodnoty x 0,1 a x 0,01 cez hodnotu x 0, preto na základe výrazu (8.5) zostavíme rovnicu

A ,

rozhodnutie, ktoré dostaneme

x 0,1 = x 0 ln10 = 2,3 x 0; (8,7)

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

Na základe vzorcov (8.6) a (8.7) sú hodnoty hĺbok prieniku uvedené v literatúre pre rôzne tieniace materiály. Kvôli prehľadnosti uvádzame rovnaké údaje vo forme tabuľky 8.1.

Z tabuľky je zrejmé, že pre všetky vysoké frekvencie, počnúc od rozsahu stredných vĺn, je veľmi účinná clona z akéhokoľvek kovu s hrúbkou 0,5 až 1,5 mm. Pri výbere hrúbky a materiálu sita by sa nemalo vychádzať z elektrických vlastností materiálu, ale riadiť sa nimi úvahy o mechanickej pevnosti, tuhosti, odolnosti voči korózii, pohodlnosti spájania jednotlivých častí a realizácii prechodových kontaktov medzi nimi s nízkou odolnosťou, jednoduchosti spájkovania, zvárania atď.

Z údajov v tabuľke to vyplýva pre frekvencie nad 10 MHz poskytuje film z medi a navyše zo striebra s hrúbkou menšou ako 0,1 mm významný tieniaci efekt... Preto je pri frekvenciách nad 10 MHz celkom prípustné používať obrazovky vyrobené z getinaxu potiahnutého fóliou alebo iného izolačného materiálu s medeným alebo strieborným povlakom.

Oceľ môže byť použitá ako tienenie, len si pamätajte, že kvôli vysokému mernému odporu a javu hysterézie môže oceľový štít spôsobiť značné straty v tieniacich obvodoch.

Filtrácia

Filtrácia je hlavným prostriedkom na tlmenie konštruktívneho rušenia vytváraného v napájacích a spínacích obvodoch DC a AC ES. Filtre na potlačenie šumu navrhnuté na tento účel môžu znížiť rušenie vedením z vonkajších aj vnútorných zdrojov. Účinnosť filtrácie je určená vložným útlmom filtra:

dB,

Na filter sú kladené tieto základné požiadavky:

Zabezpečenie špecifikovanej účinnosti S v požadovanom frekvenčnom rozsahu (berúc do úvahy vnútorný odpor a zaťaženie elektrického obvodu);

Obmedzenie prípustného poklesu jednosmerného alebo striedavého napätia na filtri pri maximálnom zaťažovacom prúde;

Zabezpečenie prípustného nelineárneho skreslenia napájacieho napätia, ktoré určuje požiadavky na linearitu filtra;

Konštrukčné požiadavky - účinnosť tienenia, minimálne celkové rozmery a hmotnosť, zabezpečenie bežných tepelných podmienok, odolnosť voči mechanickým a klimatickým vplyvom, vyrobiteľnosť konštrukcie a pod.;

Filtračné prvky by sa mali vyberať s prihliadnutím na menovité prúdy a napätia elektrického obvodu, ako aj nimi spôsobené prepätia a prúdy spôsobené nestabilitou elektrického režimu a prechodnými javmi.

Kondenzátory. Používajú sa ako nezávislé prvky na potlačenie šumu a ako paralelné filtračné články. Štrukturálne sa odrušovacie kondenzátory delia na:

Dvojpólový typ K50-6, K52-1B, ETO, K53-1A;

Typ podpery KO, KO-E, KDO;

Kontrolné body nekoaxiálny typ K73-21;

Puzdro koaxiálne typu KTP-44, K10-44, K73-18, K53-17;

Kondenzačné jednotky;

Hlavnou charakteristikou kondenzátora na potlačenie hluku je závislosť jeho impedancie od frekvencie. Na tlmenie rušenia vo frekvenčnom rozsahu do cca 10 MHz môžete použiť dvojpólové kondenzátory, berúc do úvahy malú dĺžku ich vývodov. Referenčné kondenzátory na potlačenie šumu sa používajú do frekvencií 30-50 MHz. Vyvážené priechodné kondenzátory sa používajú v dvojvodičovom obvode až do frekvencií rádovo 100 MHz. Prietokové kondenzátory pracujú v širokom frekvenčnom rozsahu až do cca 1000 MHz.

Indukčné prvky... Používajú sa ako samostatné prvky potláčania šumu a ako následné články filtrov na potláčanie šumu. Štrukturálne sú najbežnejšie tlmivky špeciálnych typov:

Navinutý na feromagnetickom jadre;

Bez cievky.

Hlavnou charakteristikou odrušovacej tlmivky je závislosť jej impedancie od frekvencie. Pri nízkych frekvenciách sa odporúča použiť magnetodielektrické jadrá akosti PP90 a PP250, vyrobené na báze m-permaloy. Na potlačenie rušenia v obvodoch zariadení s prúdmi do 3A sa odporúča použiť VF tlmivky typu DM, pri vysokých menovitých prúdoch - tlmivky radu D200.

Filtre. Keramické priepustné filtre typu B7, B14, B23 sú určené na potlačenie šumu v obvodoch jednosmerného, ​​pulzujúceho a striedavého prúdu vo frekvenčnom rozsahu od 10 MHz do 10 GHz. Konštrukcia takýchto filtrov je znázornená na obrázku 8.17.

Útlm zavedený filtrami B7, B14, B23 vo frekvenčnom rozsahu 10..100 MHz sa zvyšuje približne z 20..30 na 50..60 dB a presahuje 50 dB vo frekvenčnom rozsahu nad 100 MHz.

Keramické in-line filtre typu B23B sú postavené na báze keramických diskových kondenzátorov a bezotáčkových feromagnetických tlmiviek (obrázok 8.18).

Bezotáčkové tlmivky sú rúrkové feromagnetické jadro vyrobené z feritu triedy 50 VCh-2, osadené na priechodnom výstupe. Indukčnosť tlmivky je 0,08 ... 0,13 μH. Teleso filtra je vyrobené z keramického materiálu UV-61 s vysokou mechanickou pevnosťou. Telo je pokovené vrstvou striebra, aby bol zaistený nízky prechodový odpor medzi vonkajšou doskou kondenzátora a uzemňovacím závitovým puzdrom, ktorým je filter upevnený. Kondenzátor pozdĺž vonkajšieho obvodu je prispájkovaný k krytu filtra a pozdĺž vnútorného obvodu k priechodnému otvoru. Filter je utesnený naplnením koncov krytu zmesou.

Pre filtre B23B:

nominálne filtračné kapacity - od 0,01 do 6,8 μF,

menovité napätie 50 a 250 V,

menovitý prúd do 20A,

Rozmery filtra:

L = 25 mm, D = 12 mm

Útlm zavedený filtrami B23B vo frekvenčnom rozsahu od 10 kHz do 10 MHz sa zvyšuje približne od 30..50 do 60..70 dB a presahuje 70 dB vo frekvenčnom rozsahu nad 10 MHz.

Pre palubné elektrárne je perspektívne použitie špeciálnych vodičov na potlačenie hluku s ferónovými výplňami s vysokou magnetickou permeabilitou a vysokými špecifickými stratami. Takže pre drôty značky OOP sa vložená strata vo frekvenčnom rozsahu 1 ... 1000 MHz zvyšuje od 6 do 128 dB / m.

Známa je konštrukcia viacpólových konektorov, v ktorých je na každom kontakte inštalovaný jeden odrušovací filter v tvare U.

Celkové rozmery vstavaného filtra:

dĺžka 9,5 mm,

priemer 3,2 mm.

Vložená strata filtra v 50-ohmovom obvode je 20 dB pri 10 MHz a až 80 dB pri 100 MHz.

Filtrácia silových obvodov digitálnych OZE.

Impulzný šum v napájacích zberniciach, ktorý vzniká v procese prepínania digitálnych integrovaných obvodov (DIC), ako aj prenikajúci zvonka, môže viesť k poruchám činnosti zariadení na spracovanie digitálnych informácií.

Na zníženie hladiny hluku v napájacích zberniciach sa používajú metódy návrhu obvodov:

Zníženie indukčnosti "výkonových" zberníc, berúc do úvahy vzájomnú magnetickú väzbu predných a spätných vodičov;

Zníženie dĺžok sekcií "silových" zberníc, ktoré sú spoločné pre prúdy pre rôzne ICS;

Spomalenie okrajov impulzných prúdov v "výkonových" zberniciach pomocou kondenzátorov na potlačenie šumu;

Racionálna topológia výkonových obvodov na doske plošných spojov.

Zväčšenie prierezu vodičov vedie k zníženiu vlastnej indukčnosti zberníc a tiež znižuje ich aktívny odpor. To posledné je dôležité najmä v prípade uzemňovacej zbernice, ktorá je spätným vodičom pre signálne obvody. Preto je vo viacvrstvových doskách s plošnými spojmi žiaduce vyrobiť "napájacie" zbernice vo forme vodivých rovín umiestnených v susedných vrstvách (obrázok 8.19).

Sklopné napájacie koľajnice používané v zostavách plošných spojov založených na digitálnych integrovaných obvodoch majú v porovnaní so zbernicami vyrobenými vo forme tlačených vodičov väčšie priečne rozmery a následne nižšiu indukčnosť a odpor. Ďalšie výhody vonkajších napájacích koľajníc sú:

Zjednodušené smerovanie signálnych obvodov;

Zvýšenie tuhosti DPS vytvorením dodatočných rebier, ktoré fungujú ako obmedzovače, ktoré chránia IO s namontovaným ERE pred mechanickým poškodením počas inštalácie a nastavovania produktu (obrázok 8.20).

Vysoká vyrobiteľnosť rozlišuje "napájacie" prípojnice, vyrobené metódou tlače a namontované vertikálne na doske plošných spojov (obrázok 6.12c).

Známe konštrukcie sklopných pneumatík inštalovaných pod puzdrom IC, ktoré sú umiestnené na doske v radoch (obrázok 8.22).

Uvažované konštrukcie „silových“ zberníc poskytujú aj veľkú lineárnu kapacitu, čo vedie k zníženiu vlnovej impedancie „výkonového“ vedenia a následne k zníženiu úrovne impulzného šumu.

Rozdelenie napájania IC na doske plošných spojov by sa nemalo vykonávať sériovo (obrázok 8.23a), ale paralelne (obrázok 8.23b)

Je potrebné použiť rozvod energie vo forme uzavretých okruhov (obrázok 8.23c). Táto konštrukcia sa svojimi elektrickými parametrami približuje k pevným napájacím rovinám. Na ochranu pred vplyvom vonkajšieho magnetického poľa prenášajúceho rušenie by mala byť pozdĺž obvodu dosky plošných spojov zabezpečená vonkajšia uzavretá slučka.

Uzemnenie

Uzemňovací systém je elektrický obvod, ktorý má vlastnosť udržiavať minimálny potenciál, ktorý je referenčnou úrovňou v konkrétnom produkte. Uzemňovací systém v ES musí poskytovať obvody spätného signálu a napájania, chrániť ľudí a zariadenia pred poruchami v obvodoch napájania a odstraňovať statický náboj.

Na uzemňovacie systémy sa kladú tieto základné požiadavky:

1) minimalizácia celkovej impedancie pozemnej zbernice;

2) absencia uzavretých zemných slučiek, ktoré sú citlivé na účinky magnetických polí.

ES vyžaduje aspoň tri samostatné uzemňovacie obvody:

Pre signálne obvody s nízkymi prúdmi a napätím;

Pre silové obvody s vysokou úrovňou spotreby energie (napájacie zdroje, ES koncové stupne atď.)

Pre obvody podvozku (šasi, panely, obrazovky a oplechovanie).

Elektrické obvody v ES sú uzemnené nasledujúcimi spôsobmi: v jednom bode a v niekoľkých bodoch najbližšie k referenčnému bodu zeme (obrázok 8.24)

Podľa toho sa uzemňovacie systémy môžu nazývať jednobodové a viacbodové.

Najväčšia úroveň rušenia sa vyskytuje v jednobodovom uzemňovacom systéme so spoločnou sériovo pripojenou "zemnou" zbernicou (obrázok 8.24 a).

Čím ďalej je uzemňovací bod, tým vyšší je jeho potenciál. Nemal by sa používať pre obvody s veľkým rozptylom spotreby energie, pretože výkonné FU vytvárajú veľké spätné zemné prúdy, ktoré môžu ovplyvniť FU s malým signálom. Ak je to potrebné, najkritickejší FU by mal byť pripojený čo najbližšie k referenčnému bodu zeme.

Pre vysokofrekvenčné obvody (f≥10 MHz) by sa mal použiť viacbodový uzemňovací systém (Obrázok 8.24 c), ktorý spája FU RES v bodoch najbližšie k referenčnému bodu zeme.

Pre citlivé obvody sa používa plávajúci uzemňovací obvod (obrázok 8.25). Takýto uzemňovací systém vyžaduje úplnú izoláciu obvodu od puzdra (vysoký odpor a nízka kapacita), inak je neúčinný. Solárne články alebo batérie môžu byť použité ako zdroje energie pre obvody a signály musia vstupovať a opúšťať obvod cez transformátory alebo optočleny.

Príklad implementácie uvažovaných princípov uzemnenia pre deväťstopú digitálnu páskovú mechaniku je znázornený na obrázku 8.26.

Existujú nasledujúce pozemné koľajnice: tri signálne, jedna napájacia a jedna rámová. Najcitlivejšie analógové FU (deväťzmyslové zosilňovače) sú uzemnené pomocou dvoch samostatných uzemňovacích koľajníc. Deväť záznamových zosilňovačov pracujúcich na úrovni signálu vyšších ako čítacie zosilňovače, ako aj riadiace integrované obvody a obvody rozhrania dátových produktov, je pripojených k tretiemu signálovému vedeniu „uzemnenie“. Tri jednosmerné motory a ich riadiace obvody, relé a solenoidy sú pripojené k napájacej uzemňovacej koľajnici. Najcitlivejší riadiaci obvod motora hnacieho hriadeľa je pripojený najbližšie k referenčnému bodu zeme. Rámová zbernica "zem" sa používa na spojenie rámu a plášťa. Signálové, napájacie a rámové uzemňovacie zbernice sú spolu spojené v jednom bode na sekundárnom napájacom zdroji. Je potrebné poznamenať, že pri navrhovaní rádiových elektronických zariadení je vhodné vypracovať schémy štrukturálneho zapojenia.

Kúpou a používaním neodýmových magnetov potvrdzujete, že ste si pozorne prečítali a porozumeli všetkým nasledujúcim upozorneniam !!!

Za škody spôsobené nesprávnym použitím neodýmových magnetov nenesieme žiadnu zodpovednosť.Ak neodýmové magnety darujete tretím osobám, vysvetlite im potenciálne riziká pri manipulácii s nimi.

Bezpečnostné pravidlá
pri manipulácii s neodýmovými magnetmi.

Čo sa dá a nedá robiť s neodýmovými magnetmi?

Každý deň pracujeme s vysokovýkonnými magnetmi. Vieme, že ide o kvalitný produkt. To znamená, že naše magnety sú veľmi silné! A máme vás na čo upozorniť.Pozorne si prečítajte tieto pravidlá a odporúčania. To vám pomôže udržať vaše magnety, prsty a možno aj život a zdravie vašich blízkych nedotknuté.

POZOR!
KĽÚČOVÉ UPOZORNENIE: NEDÁVAJTE ICH SVOJIM MALÝM DEŤOM!
TOTO NIE JE HRAČKA!

Malé magnety sú rovnako nebezpečné ako veľké. Ak dieťa náhodou prehltne takýto magnet, je to už katastrofa. Po prvé, hoci sú všetky neodýmové magnety pokryté odolným ochranným povlakom, existuje nebezpečenstvo ťažkej otravy, ak sa povlak poruší v dôsledku nárazu alebo z technologických dôvodov. Po druhé, ak dieťa prehltne dva takéto magnety, môžu sa „zlepiť spolu“ v susedných častiach čreva. A to už hrozí pri zápale pobrušnice (perforácia črevnej steny). Každý civilizovaný človek počul o následkoch zápalu pobrušnice. V tomto prípade bude potrebná naliehavá operácia a jej realizácia bude mimoriadne náročná, pretože magnety sa môžu pritiahnuť k chirurgickým nástrojom alebo ich pritiahnuť k sebe.

Čo sa týka veľkých neodýmových magnetov, nedávajte ich deťom! Rozdrvené kosti prstov, úlomky magnetov rozsypané od nárazu, poškodené televízory, počítače, pamäťové médiá... V zozname by sa dalo pokračovať ešte dlho, no stačí len prvý bod. Dať ich deťom je ako dať dieťaťu hrať sa s motorovou pílou alebo niečím podobným.

Takže, aby som to zopakoval, super magnety sú len pre dospelých!

Teraz informácie pre dospelých:

PRI MANIPULÁCII S NEDYME SUPERMAGNETMI

BUĎ OPATRNÝ!

Tieto magnety sú také silné, že vás môžu ľahko zraniť!

Mnohé z magnetov majú príťažlivú silu desiatok alebo dokonca stoviek kilogramov, pričom veľkosť nie je väčšia ako päsť! Malá veľkosť takýchto magnetov vytvára klamlivý dojem o ich slabosti. Ale predstavte si, čo sa stane, ak sa vaše prsty zachytia medzi dve kovové kocky, ktoré sa zmršťujú silou 400 kilogramov!? Napríklad drevená ceruzka sa zmení na tenký "koláč"! Veľmi nepríjemné je aj to, ak sa takýto magnet pritiahne ku karosérii vášho auta alebo ešte horšie k stene vozňa okoloidúceho vlaku metra.

Pozorne preto dodržiavajte bezpečnostné opatrenia, najmä pri veľkých (viac ako 5 centimetrov v ľubovoľnej veľkosti) neodýmových magnetoch.

Pred prilepením takéhoto magnetu na masívny železný predmet si pomyslite: budete mať silu ho neskôr odtrhnúť?

Ak potrebujete odpojiť takéto supervýkonné neodýmové magnety - nesnažte sa ich roztrhnúť. Je nepravdepodobné, že sa vám podarí vyvinúť námahu viac ako 30 kilogramov a snažiť sa držať v prstoch hladký magnet veľkosti kocky cukru. Aj keď sa vám ich podarí trochu od seba odtrhnúť, existuje nebezpečenstvo, že sa jeden z nich vytrhne z rúk a opäť ho okamžite pritiahne druhý. To môže poškodiť prsty a samotné magnety.

Najbezpečnejším spôsobom, ako oddeliť magnety, je umiestniť ich na okraj pevného (nemagnetického) stola tak, aby spojovacia línia bola presne pozdĺž okraja stola. Aplikovaním zvislej sily posuňte magnet, ktorý vyčnieva za okraj, a okamžite ho vezmite na stranu - dole zo stola alebo ho dokonca hoďte na zem (ak podlaha nie je železná a nie príliš tvrdá). Takto je možné oddeliť aj magnety s príťažlivou silou až 100 kg. Výkonnejšie magnety môžu dokonca vyžadovať špeciálny hardvér na odpojenie.

Nebezpečenstvo silných magnetických polí na predmetoch a zariadeniach

Magnetické pole neodýmového magnetu siaha vo vesmíre oveľa ďalej ako pole bežných magnetov, je také silné, že pri nesprávnom zaobchádzaní môže narušiť činnosť elektronických zariadení, narušiť činnosť kompasov na veľkú vzdialenosť, skresliť obraz na televíznych a počítačových obrazovkách, okamžite priťahujte iné magnety a kovové predmety (vrátane nožov, skrutkovačov, ihiel) na značnú vzdialenosť - buďte opatrní! Nôž zo stola, priťahovaný magnetom a letiaci pol metra vzduchom k magnetu vo vašej ruke, je veľmi vážna hrozba! Najmä ak stojíte tak, že vám letová línia prechádza telom, chyťte napríklad magnet do ruky a otočte sa chrbtom k nožu, skrutkovaču, klincom a pod., ležiacim na stole.

Neudierajte, nezahrievajte!

Je tiež dôležité počítať s tým, že neodýmové magnety sa môžu pri silnom náraze roztrieštiť (napríklad ak sa nechajú nekontrolovateľne ťahať k sebe z veľkej vzdialenosti).Nikdy sa nepokúšajte neodýmové magnety opracovávať (vŕtanie, brúsenie, sústruženie atď.). ), počas ktorých môže magnet dosiahnuť vysoké teploty! Pri zahriatí nad 80 stupňov Celzia začnú neodýmové magnety nenávratne strácať svoje magnetické vlastnosti. A pri zahriatí na vyššie teploty sa môžu vznietiť s uvoľňovaním jedovatého dymu.

Biologické účinky silných magnetických polí

Aj keď sa dnes veľa píše o magnetoterapii, priaznivom vplyve magnetických polí na biochemické procesy v ľudskom organizme – chceme varovať pred neriadenými experimentmi na sebe i na iných. Dôsledky vystavenia supersilným magnetickým poliam ešte neboli dostatočne preskúmané. Preto sa snažte nezdržiavať príliš dlho v blízkosti obzvlášť silných magnetov a nenoste ich vo vreckách, na tele a pod. Magnetické náramky, malé magnety na magnetoterapiu sú dnes považované za bezpečné. Ale v každom prípade - používate ich na vlastné nebezpečenstvo a riziko.

Nepokúšajte sa magnety skúšať na ušných lalôčikoch (najmä na cudzom), nosných prepážkach atď. Boli ste varovaní!

Neodymové supervýkonné magnety by sa tiež nemali približovať k meracím prístrojom (merače, mechanické váhy), čo môže viesť k nesprávnemu odčítaniu alebo zastaveniu.

Kardiostimulátor

Magnety môžu rušiť činnosť kardiostimulátorov a implantovaných defibrilátorov. Kardiostimulátor sa môže prepnúť do testovacieho režimu a spôsobiť nepohodlie. Defibrilátor môže prestať fungovať. Ak nosíte alebo nosíte takéto zariadenia, udržiavajte medzi nimi a magnetmi dostatočnú vzdialenosť. Pozor nositeľov takýchto zariadení od približujúcich sa magnetov.

Alergia na nikel

Mnohé z našich magnetov obsahujú vo svojich povlakoch nikel. Niektorí ľudia sú alergickí na nikel. Nepoužívajte magnety, ak ste už alergický na nikel.

Magnetické pole

Magnety vytvárajú veľmi silné magnetické pole, ktoré pôsobí na značnú vzdialenosť. Môžu poškodiť najmä televízory a prenosné počítače, pevné disky počítačov, kreditné a európske šekové karty, pamäťové médiá, mechanické hodinky, načúvacie prístroje a reproduktory. značnú vzdialenosť od akýchkoľvek zariadení a predmetov, ktoré môžu byť poškodené silnými magnetickými poľami.

poštovné

Magnetické polia magnetov, ktoré nie sú správne zabalené, môžu spôsobiť poruchu triediaceho zariadenia a poškodiť obsah iných balíkov. Na balenie používajte veľké nádoby a magnety umiestnite do stredu balíka, vyplňte medzery výplňovým materiálom. Magnety umiestnite do obal tak, aby sa magnetické polia vzájomne neutralizovali.V prípade potreby použite na odtienenie magnetického poľa plechy.

Ako zabezpečiť, aby dva magnety umiestnené vedľa seba necítili vzájomnú prítomnosť? Aký materiál by mal byť medzi nimi umiestnený, aby siločiary magnetického poľa jedného magnetu nedosiahli druhý magnet?

Táto otázka nie je taká triviálna, ako by sa na prvý pohľad mohlo zdať. Musíme skutočne izolovať dva magnety. To znamená, že tieto dva magnety je možné rôznymi spôsobmi otáčať a rôznymi spôsobmi voči sebe pohybovať a napriek tomu sa každý z týchto magnetov správa tak, ako keby v blízkosti nebol žiadny iný magnet. Akékoľvek triky s umiestnením tretieho magnetu alebo feromagnetu vedľa seba, aby sa vytvorila nejaká špeciálna konfigurácia magnetických polí s kompenzáciou všetkých magnetických polí v jednom konkrétnom bode, preto zásadne nefungujú.

Diamagnet???

Niekedy sa mylne domnieva, že takýmto izolantom magnetického poľa môže byť diamagnet... Ale to nie je pravda. Diamagnet skutočne oslabuje magnetické pole. Ale zoslabuje magnetické pole len v hrúbke samotného diamagnetu, vo vnútri diamagnetu. Z tohto dôvodu si mnohí mylne myslia, že ak sú jeden alebo oba magnety zamurované v kuse diamagnetu, potom sa údajne oslabí ich príťažlivosť alebo odpudivosť.

Ale to nie je riešenie problému. Po prvé, siločiary jedného magnetu sa stále dostanú k druhému magnetu, to znamená, že magnetické pole sa iba zmenšuje v hrúbke diamagnetu, ale úplne nezmizne. Po druhé, ak sú magnety zamurované v hrúbke diamagnetu, nemôžeme ich navzájom pohybovať a otáčať.

A ak vytvoríte jednoduchú plochú obrazovku z diamagnetu, potom táto obrazovka bude prenášať magnetické pole cez seba. Navyše za touto clonou bude magnetické pole presne také isté, ako keby táto diamagnetická clona vôbec neexistovala.

To naznačuje, že ani magnety vložené do diamagnetu nezaznamenajú vzájomné oslabenie magnetického poľa. Vskutku, tam, kde sa nachádza obmurovaný magnet, jednoducho v objeme tohto magnetu nie je žiadny diamagnet. A keďže tam, kde sa nachádza zamurovaný magnet, nie je diamagnet, znamená to, že oba zamurované magnety spolu vlastne interagujú rovnako, ako keby v diamagnete neboli zamurované. Diamagnet okolo týchto magnetov je rovnako zbytočný ako plochý diamagnetický štít medzi magnetmi.

Ideálny diamagnet

Potrebujeme materiál, ktorý by vo všeobecnosti neprešiel cez seba siločiary magnetického poľa. Je potrebné, aby siločiary magnetického poľa boli vytlačené z takéhoto materiálu. Ak siločiary magnetického poľa prechádzajú materiálom, potom za clonou vyrobenou z takéhoto materiálu úplne obnovia všetku svoju silu. Vyplýva to zo zákona zachovania magnetického toku.

V diamagnete dochádza k oslabeniu vonkajšieho magnetického poľa v dôsledku indukovaného vnútorného magnetického poľa. Toto indukované magnetické pole vytvára kruhové prúdy elektrónov v atómoch. Keď sa zapne vonkajšie magnetické pole, elektróny v atómoch sa musia začať pohybovať okolo siločiar vonkajšieho magnetického poľa. Je to indukovaný kruhový pohyb elektrónov v atómoch a vytvára dodatočné magnetické pole, ktoré je vždy nasmerované proti vonkajšiemu magnetickému poľu. Preto je celkové magnetické pole v hrúbke diamagnetu menšie ako vonku.

Nedochádza však k úplnej kompenzácii vonkajšieho poľa v dôsledku indukovaného vnútorného poľa. V atómoch diamagnetu nie je dostatočný kruhový prúd na vytvorenie presne rovnakého magnetického poľa ako vonkajšie magnetické pole. Preto siločiary vonkajšieho magnetického poľa zostávajú v hrúbke diamagnetu. Vonkajšie magnetické pole akoby „preráža“ materiál diamagnetu skrz naskrz.

Jediný materiál, ktorý zo seba vytláča siločiary magnetického poľa, je supravodič. Vonkajšie magnetické pole v supravodiči indukuje také kruhové prúdy okolo siločiar vonkajšieho poľa, ktoré vytvárajú opačne smerované magnetické pole presne rovnaké ako vonkajšie magnetické pole. V tomto zmysle je supravodič ideálny diamagnet.

Na povrchu supravodiča smeruje vektor sily magnetického poľa vždy pozdĺž tohto povrchu tangenciálne k povrchu supravodivého telesa. Vektor magnetického poľa na povrchu supravodiča nemá zložku smerujúcu kolmo na povrch supravodiča. Preto siločiary magnetického poľa vždy obiehajú supravodivé teleso akéhokoľvek tvaru.

Ohýbanie okolo supravodiča magnetickými siločiarami

To ale vôbec neznamená, že ak sa medzi dva magnety umiestni supravodivá clona, ​​problém to vyrieši. Faktom je, že siločiary magnetického poľa magnetu pôjdu na iný magnet a obídu supravodičový štít. Preto z plochej supravodivej obrazovky dôjde len k oslabeniu vplyvu magnetov na seba.

Toto oslabenie interakcie dvoch magnetov bude závisieť od toho, o koľko sa zväčšila dĺžka siločiary, ktorá spája dva magnety navzájom. Čím väčšia je dĺžka spojovacích siločiar, tým menšia je interakcia dvoch magnetov medzi sebou.

Je to presne ten istý efekt, ako keby ste zväčšili vzdialenosť medzi magnetmi bez akejkoľvek supravodivej clony. Ak zväčšíte vzdialenosť medzi magnetmi, zväčšia sa aj dĺžky siločiar magnetického poľa.

To znamená, že na zväčšenie dĺžok siločiar, ktoré spájajú dva magnety obchádzajúce supravodivé sito, je potrebné zväčšiť rozmery tohto plochého sita ako na dĺžku, tak aj na šírku. To povedie k zvýšeniu dĺžky obtokových siločiar. A čím väčšia je veľkosť plochej obrazovky v porovnaní so vzdialenosťou medzi magnetmi, tým menšia je interakcia medzi magnetmi.

Interakcia medzi magnetmi úplne zmizne až vtedy, keď sa obe veľkosti plochej supravodivej obrazovky stanú nekonečnými. Toto je analógia situácie, keď boli magnety oddelené na nekonečne veľkú vzdialenosť, a preto sa dĺžka magnetických siločiar, ktoré ich spájali, stala nekonečnou.

Teoreticky to samozrejme úplne rieši danú úlohu. Ale v praxi nedokážeme vyrobiť supravodivý plochý displej nekonečných rozmerov. Chcel by som mať riešenie, ktoré sa dá prakticky implementovať v laboratóriu alebo vo výrobe. (Už nehovoríme o životných podmienkach, keďže v každodennom živote nie je možné vyrobiť supravodič.)

Oddelenie priestoru supravodičom

Inými slovami, nekonečne veľká plochá obrazovka sa dá interpretovať ako oddelenie celého trojrozmerného priestoru na dve časti, ktoré nie sú navzájom spojené. Nie je to však len plochá obrazovka nekonečných rozmerov, ktorá dokáže rozdeliť priestor na dve časti. Akýkoľvek uzavretý povrch tiež rozdeľuje priestor na dve časti, na objem vnútri uzavretého povrchu a objem mimo uzavretého povrchu. Napríklad každá guľa rozdeľuje priestor na dve časti: guľu vo vnútri gule a všetko vonku.

Preto je supravodivá guľa ideálnym izolátorom magnetického poľa. Ak umiestnite magnet do takejto supravodivej gule, potom žiadne zariadenia nikdy nezistia, či je vo vnútri tejto gule magnet alebo nie.

A naopak, ak ste umiestnení vo vnútri takejto gule, vonkajšie magnetické polia na vás nebudú pôsobiť. Napríklad magnetické pole Zeme nie je možné vo vnútri takejto supravodivej gule zistiť žiadnymi prístrojmi. Vo vnútri takejto supravodivej gule bude možné detekovať len magnetické pole z tých magnetov, ktoré budú aj vo vnútri tejto gule.

Aby teda dva magnety navzájom neinteragovali, jeden z týchto magnetov musí byť umiestnený vo vnútri supravodivej gule a druhý musí byť ponechaný vonku. Potom bude magnetické pole prvého magnetu úplne sústredené vo vnútri gule a nepresiahne túto guľu. Preto druhý magnet nebude cítiť prítomnosť prvého. Rovnako tak magnetické pole druhého magnetu sa nebude môcť plaziť do vnútra supravodivej gule. A preto prvý magnet nepocíti blízku prítomnosť druhého magnetu.

Nakoniec môžeme obidva magnety otáčať a posúvať tak, ako chceme voči sebe navzájom. Je pravda, že prvý magnet je obmedzený vo svojich pohyboch polomerom supravodivej gule. Ale to sa len zdá. V skutočnosti interakcia dvoch magnetov závisí iba od ich vzájomnej polohy a ich rotácie okolo ťažiska zodpovedajúceho magnetu. Preto stačí umiestniť ťažisko prvého magnetu do stredu gule a tam umiestniť počiatok súradníc do stredu gule. Všetky možné možnosti umiestnenia magnetov budú určené iba všetkými možnými možnosťami usporiadania druhého magnetu vzhľadom na prvý magnet a ich uhlami natočenia okolo ich ťažísk.

Samozrejme, namiesto gule môžete mať akýkoľvek iný tvar povrchu, napríklad elipsoid alebo povrch v tvare krabice atď. Keby len rozdelila priestor na dve časti. To znamená, že tento povrch by nemal mať otvor, cez ktorý by sa mohla plaziť siločiara, ktorá spojí vnútorný a vonkajší magnet.

Tienenie magnetických polí je možné vykonať dvoma spôsobmi:

Tienenie feromagnetickými materiálmi.

Tienenie vírivých prúdov.

Prvá metóda sa zvyčajne používa na skríning konštantných MF a nízkofrekvenčných polí. Druhá metóda poskytuje významnú účinnosť pri tienení vysokofrekvenčného MF. V dôsledku povrchového efektu sa hustota vírivých prúdov a intenzita striedavého magnetického poľa exponenciálne znižujú, keď ideme hlbšie do kovu:

Miera poklesu poľa a prúdu, ktorá sa nazýva ekvivalentná hĺbka prieniku.

Čím menšia je hĺbka prieniku, tým väčší prúd prúdi v povrchových vrstvách sita, tým väčší je ním vytvorený reverzný MF, ktorý vytláča vonkajšie pole zdroja snímania z priestoru, ktorý zaberá sito. Ak je tienenie vyrobené z nemagnetického materiálu, potom bude tieniaci účinok závisieť len od vodivosti materiálu a frekvencie tieniaceho poľa. Ak je clona vyrobená z feromagnetického materiálu, potom, ak sú všetky ostatné veci rovnaké, bude v nej vonkajším poľom indukovaná veľká emisia. atď. v dôsledku väčšej koncentrácie magnetických siločiar. Pri rovnakej vodivosti materiálu sa zvýšia vírivé prúdy, čo povedie k menšej hĺbke prieniku a lepšiemu tieniacemu efektu.

Pri výbere hrúbky a materiálu sita by sa nemalo vychádzať z elektrických vlastností materiálu, ale riadiť sa úvahami o mechanickej pevnosti, hmotnosti, tuhosti, odolnosti proti korózii, jednoduchosti spájania jednotlivých častí a vytváraní prechodových kontaktov s nízkym odporom. medzi nimi, jednoduchosť spájkovania, zvárania atď.

Z údajov v tabuľke je vidieť, že pre frekvencie nad 10 MHz poskytujú medený a navyše strieborný film s hrúbkou cca 0,1 mm výrazný tieniaci efekt. Preto je pri frekvenciách nad 10 MHz celkom prijateľné použiť obrazovky vyrobené z fóliou potiahnutého getinaxu alebo sklolaminátu. Pri vyšších frekvenciách má oceľ väčší tieniaci účinok ako nemagnetické kovy. Malo by sa však pamätať na to, že takéto obrazovky môžu spôsobiť značné straty v tienených obvodoch v dôsledku vysokého odporu a javu hysterézie. Preto sú takéto obrazovky použiteľné iba v prípadoch, keď je možné ignorovať stratu vloženia. Taktiež pre väčšiu účinnosť tienenia musí mať clona menší magnetický odpor ako vzduch, potom majú siločiary magnetického poľa tendenciu prechádzať po stenách clony a v menšom počte prenikajú do priestoru mimo clony. Takáto clona je rovnako vhodná na ochranu pred účinkami magnetického poľa a na ochranu vonkajšieho priestoru pred vplyvom magnetického poľa vytváraného zdrojom vo vnútri clony.

Existuje mnoho druhov ocele a permalloy s rôznymi hodnotami magnetickej permeability, preto je potrebné pre každý materiál vypočítať hodnotu hĺbky prieniku. Výpočet sa vykonáva podľa približnej rovnice:

1) Chránené pred vonkajším magnetickým poľom

Magnetické siločiary vonkajšieho magnetického poľa (indukčné čiary magnetického poľa rušenia) budú prechádzať najmä cez hrúbku stien obrazovky, ktorá má nízky magnetický odpor v porovnaní s odporom vnútorného priestoru. obrazovke. V dôsledku toho vonkajšie magnetické pole rušenia neovplyvní prevádzkový režim elektrického obvodu.

2) Tienenie vlastného magnetického poľa

Takéto tienenie sa používa, ak je úlohou chrániť vonkajšie elektrické obvody pred vplyvom magnetického poľa vytvoreného prúdom cievky. Indukčnosť L, teda keď je potrebné prakticky lokalizovať rušenie spôsobené indukčnosťou L, potom sa takýto problém rieši pomocou magnetického tienenia, ako je schematicky znázornené na obrázku. Tu budú takmer všetky siločiary poľa induktora uzavreté cez hrúbku stien obrazovky bez toho, aby prekročili ich hranice, pretože magnetický odpor obrazovky je oveľa menší ako odpor obrazovky. okolitý priestor.

3) Dvojitá obrazovka

Na dvojitom magnetickom tienidle si možno predstaviť, že časť magnetických siločiar, ktorá presahuje hrúbku stien jednej obrazovky, bude uzavretá cez hrúbku stien druhej obrazovky. Rovnakým spôsobom si možno predstaviť pôsobenie dvojitého magnetického tienenia pri lokalizácii magnetického rušenia vytváraného prvkom elektrického obvodu nachádzajúceho sa vo vnútri prvého (vnútorného) tienenia: prevažná časť magnetických siločiar (magnetické rozptylové čiary ) sa uzavrie cez steny vonkajšieho štítu. Samozrejme, v dvojitých obrazovkách treba racionálne zvoliť hrúbku stien a vzdialenosť medzi nimi.

Celkový tieniaci faktor dosahuje najväčšiu hodnotu v tých prípadoch, keď sa hrúbka steny a medzera medzi clonami zväčšujú úmerne so vzdialenosťou od stredu clony a veľkosť medzery je geometrickým priemerom hrúbok steny clony. obrazoviek vedľa nej. V tomto prípade skríningový faktor:

L = 20 lg (H / Ne)

Výroba dvojitých sít v súlade s týmto odporúčaním je z technologických dôvodov prakticky náročná. Oveľa vhodnejšie je zvoliť vzdialenosť medzi plášťami susediacimi so vzduchovou medzerou sít väčšiu ako je hrúbka prvého sita, približne rovnajúcu sa vzdialenosti medzi zväzkom prvého sita a okrajom prvku tieneného obvodu ( napríklad indukčná cievka). Voľba jednej alebo druhej hrúbky stien magnetického štítu nemôže byť jednoznačná. Stanoví sa racionálna hrúbka steny. materiál tienenia, frekvenciu rušenia a špecifikovaný tieniaci faktor. Pritom je užitočné zvážiť nasledujúce.

1. So zvyšovaním frekvencie rušenia (frekvencie striedavého magnetického poľa rušenia) sa magnetická permeabilita materiálov znižuje a spôsobuje zníženie tieniacich vlastností týchto materiálov, keďže so znižovaním magnetickej permeability sa znižuje odpor proti magnetický tok vyvíjaný štítom sa zvyšuje. Pokles magnetickej permeability so zvyšujúcou sa frekvenciou je spravidla najintenzívnejší pre tie magnetické materiály, ktoré majú najvyššiu počiatočnú magnetickú permeabilitu. Napríklad elektrooceľový plech s nízkou počiatočnou magnetickou permeabilitou mení len málo hodnoty jx so zvyšujúcou sa frekvenciou a permalloy, ktorá má veľké počiatočné hodnoty magnetickej permeability, je veľmi citlivá na zvýšenie frekvencie magnetického poľa; jeho magnetická permeabilita prudko klesá s frekvenciou.

2. V magnetických materiáloch vystavených vysokofrekvenčnému magnetickému poľu rušenia sa výrazne prejavuje povrchový efekt, tj posunutie magnetického toku na povrch stien obrazovky, čo spôsobí zvýšenie magnetického odporu obrazovky. obrazovke. Za takýchto podmienok sa zdá, že je takmer zbytočné zväčšovať hrúbku stien obrazovky nad hodnoty, ktoré zaberá magnetický tok pri danej frekvencii. Tento záver je nesprávny, pretože zvýšenie hrúbky steny vedie k zníženiu magnetického odporu obrazovky, a to aj za prítomnosti povrchového efektu. V tomto prípade je zároveň potrebné vziať do úvahy zmenu magnetickej permeability. Nakoľko sa jav povrchového efektu v magnetických materiáloch zvyčajne začína prejavovať výraznejšie ako pokles magnetickej permeability v nízkofrekvenčnej oblasti, vplyv oboch faktorov na výber hrúbky steny obrazovky bude rozdielny. rôzne frekvenčné rozsahy magnetického rušenia. Pokles tieniacich vlastností so zvýšením interferenčnej frekvencie je spravidla výraznejší u tienenia z materiálov s vysokou počiatočnou magnetickou permeabilitou. Vyššie uvedené vlastnosti magnetických materiálov poskytujú základ pre odporúčania týkajúce sa výberu materiálov a hrúbky steny magnetických štítov. Tieto odporúčania možno zhrnúť takto:

A) tienenia vyrobené z bežnej elektrotechnickej (transformátorovej) ocele, ktoré majú nízku počiatočnú magnetickú permeabilitu, možno použiť, ak je to potrebné, na zabezpečenie malých koeficientov tienenia (Ke 10); takéto obrazovky poskytujú takmer konštantný tieniaci faktor v dosť širokom frekvenčnom pásme, až niekoľko desiatok kilohertzov; hrúbka takýchto obrazoviek závisí od frekvencie rušenia a čím nižšia je frekvencia, tým hrubšia je potrebná obrazovka; napríklad pri frekvencii interferenčného magnetického poľa 50-100 Hz by hrúbka stien obrazovky mala byť približne rovná 2 mm; ak je potrebné zvýšiť koeficient tienenia alebo veľká hrúbka sita, potom je vhodné použiť niekoľko tieniacich vrstiev (dvojité alebo trojité sito) menšej hrúbky;

b) tienenia vyrobené z magnetických materiálov s vysokou počiatočnou permeabilitou (napríklad permalloy) sa odporúčajú použiť, ak je potrebné zabezpečiť veľký koeficient tienenia (Ke> 10) v relatívne úzkom frekvenčnom pásme a hrúbku každého plášťa magnetického obrazovka je nepraktická na výber viac ako 0,3-0,4 mm; tieniaci účinok takýchto obrazoviek začína zreteľne klesať pri frekvenciách nad niekoľko stoviek alebo tisíc hertzov, v závislosti od počiatočnej priepustnosti týchto materiálov.

Všetko, čo bolo povedané vyššie o magnetických štítoch, platí pre slabé magnetické polia rušenia. Ak sa obrazovka nachádza v blízkosti silných zdrojov rušenia a objavujú sa v nej magnetické toky s vysokou magnetickou indukciou, potom, ako je známe, je potrebné vziať do úvahy zmenu magnetickej dynamickej permeability v závislosti od indukcie; je potrebné počítať aj so stratou hrúbky sita. V praxi sa s takýmito silnými zdrojmi magnetických polí rušenia, pri ktorých by sa muselo rátať s ich vplyvom na obrazovky, s výnimkou niektorých špeciálnych prípadov, ktoré neumožňujú rádioamatérsku prax a bežné prevádzkové podmienky rádia, nestretávame. inžinierske zariadenia so širokým využitím.

Test

1. S magnetickým tienením by mal štít:
1) Majú nižší magnetický odpor ako vzduch
2) majú magnetický odpor rovný vzduchu
3) majú vyšší magnetický odpor ako vzduch

2. Pri tienení magnetického poľa Uzemnenie tienenia:
1) Neovplyvňuje účinnosť tienenia
2) Zvyšuje účinnosť magnetického tienenia
3) Znižuje účinnosť magnetického tienenia

3. Pri nízkych frekvenciách (<100кГц) эффективность магнитного экранирования зависит от:
a) Hrúbka sita, b) Magnetická priepustnosť materiálu, c) Vzdialenosti medzi sitom a inými magnetickými obvodmi.
1) Iba a a b sú pravdivé
2) Iba b a c sú pravdivé
3) Iba a a b sú pravdivé
4) Všetky možnosti sú správne

4. Magnetické tienenie pri nízkych frekvenciách využíva:
1) Meď
2) Hliník
3) Permalloy.

5. Magnetické tienenie pri vysokých frekvenciách používa:
1) Železo
2) Permalloy
3) Meď

6. Pri vysokých frekvenciách (> 100 kHz) účinnosť magnetického tienenia nezávisí od:
1) Hrúbka obrazovky

2) Magnetická priepustnosť materiálu
3) Vzdialenosti medzi tienením a inými magnetickými obvodmi.

Použitá literatúra:

2. Semenenko, V. A. Informačná bezpečnosť / V. A. Semenenko - Moskva, 2008.

3. Yarochkin, V. I. Informačná bezpečnosť / V. I. Yarochkin - Moskva, 2000.

4. Demirchan, KS Teoretické základy elektrotechniky Volume III / KS Demirchan S.-P, 2003.

V internetovom obchode stránka predáva neodýmové magnety, ktorých adhézna sila je desaťkrát vyššia ako u feritových náprotivkov. Existujú univerzálne produkty, ako sú disky, obdĺžniky, tyče, krúžky. A cieľové: vyhľadávače, držiaky, držiaky do auta a iné. Všetky produkty v relatívne malej veľkosti sú veľmi výkonné. Zaujímalo by ma, aké pole vytvárajú tieto silné neodýmové magnety a odkiaľ pochádza?

Magnetická citlivosť

Aby sme pochopili, prečo je taký silný magnet neodým a odkiaľ pochádza jeho magnetické pole, je potrebné pochopiť (bez vŕtania sa v zložitých vzorcoch a grafoch) aspoň základné fyzikálne pojmy konštantnej magnetizácie.

Začnime magnetickou susceptibilitou. Toto je názov bezrozmernej veličiny (označenej ako), ktorá charakterizuje schopnosť látky magnetizovať potom, čo sa nachádza v silovom poli. (Mimochodom, magnetické pole neodýmového magnetu je také, že samo môže magnetizovať produkty z iných zliatin).

Magnetizácia

Numericky sa magnetická susceptibilita rovná magnetizácii látky pri jednotkovej intenzite poľa. Magnetizácia (označená J) charakterizuje magnetický stav konkrétneho fyzického tela. Ak sa umiestni do silového poľa, potom dostane určitý magnetický moment M. V tomto prípade sa jeho magnetizácia bude rovnať magnetickému momentu na jednotku objemu V. Ak je teleso zmagnetizované rovnomerne, potom J = M / V . Magnetizácia je priamo úmerná sile silového poľa, ktoré ju vyvolalo. V jednej z fáz výroby produktov NdFeB sú umiestnené vo veľmi silnom silovom poli, ktoré dáva vysokú magnetizáciu. Preto má neodýmový magnet obrovskú priľnavosť.

Magnetický moment

Magnetický moment je vektor charakteristický pre látku, ktorá je zdrojom magnetického poľa. (Ak sa napríklad železný ingot vloží do silového poľa a zmagnetizuje, potom sa sám stane zdrojom magnetizmu). Vzniká magnetickými momentmi elementárnych častíc (atómov), ktoré majú usporiadanú orientáciu v priestore, a preto sú sčítané. Sila neodýmového magnetu je veľká najmä vďaka tomu, že má výrazný magnetický moment.

Intenzita magnetického poľa

Intenzita magnetického poľa je vektorová veličina (označená H), ktorá kvantitatívne charakterizuje silové pole magnetu. Vo vákuu sa rovná magnetickej indukcii B. Ak sa ukáže, že látka vytvárajúca silové pole je v akomkoľvek médiu, ktoré má vlastnú hodnotu magnetizácie J, potom H bude menšie ako B o J. V sústave SI , H sa meria v ampéroch na meter (A / m). Intenzita poľa neodýmového magnetu je veľmi vysoká.

Magnetická indukcia

Hodnota zvyškovej magnetickej indukcie (označenie B r) umožňuje pochopiť, aký hustý tok sily alebo aké silné magnetické pole daný magnet vytvára v uzavretom systéme. Magnetická indukcia (označenie B) je údaj gaussovho merača získaný meraním sily silového poľa na povrchu konkrétneho magnetu. Obe veličiny sú vyjadrené v Tesla alebo Gauss (1 Tesla = 10 000 Gauss). Pretože magnetizácia neodýmového magnetu je významná, jeho magnetická indukcia je tiež vysoká, od 1,0 do 1,4 T. Pre porovnanie, ferity majú od 0,1 do 0,4 T.

Objemová magnetická susceptibilita akejkoľvek látky sa číselne rovná magnetizácii jej jednotkového objemu vydelenej intenzitou magnetizačného silového poľa: c = J / H. V paramagnetoch je magnetická susceptibilita kladná, pretože smer poľa molekulárnych prúdov sa zhoduje so smerom vonkajšieho silového poľa. (Pre diamagnety je to naopak).

Magnetizácia paramagnetov

Neodymový magnet, ktorého súdržná sila je taká veľká, je paramagnetický. Má pozitívnu magnetickú susceptibilitu. V normálnom stave nemá žiadne viditeľné magnetické vlastnosti. Dôvodom je toto. V ňom, podobne ako v iných paramagnetoch, sú magnetické momenty kompenzované, pretože neexistuje žiadne usporiadané usporiadanie elementárnych častíc. To znamená, že v prípade, že neexistuje vonkajšie magnetizačné pole, každý atóm neodýmu má stále nejaký "mikroskopický" magnetický moment. Ale neodým nemá takú štruktúru, aká je vlastná feromagnetom. Preto sú atómy orientované chaoticky, magnetické momenty smerujú rôznymi smermi. Vektorový súčet ich číselných hodnôt má za následok nulu, čo znamená, že magnetizácia celého ingotu je tiež nulová. Ako je možné, že neodýmový magnet má takú príťažlivú silu?

Všetko je veľmi jednoduché. Keď paramagnet vstúpi do vonkajšieho magnetického poľa, jeho atómy sa rozvinú (orientujú) v jednom smere. Potom sa vektorový súčet jednotkových momentov už nebude rovnať nule. V dôsledku toho neodým dostáva celkový magnetický moment J. Je priamo úmerný sile vonkajšieho poľa H a smeruje pozdĺž tohto poľa. Pri výrobe neodýmového magnetu sa vytvorí magnetické pole na jeho magnetizáciu s indukciou rádovo 3-4T.

Je tu jeden dôležitý bod, ktorý je užitočný pre tých, ktorí sa zaujímajú o vlastnosti NdFeB. Proti magnetickému usporiadaniu atómov pôsobí tepelná energia látky. Napriek tomu, že neodymové magnety vyvíjajú veľmi veľkú silu, paramagnetická susceptibilita hlavného prvku Nd je do značnej miery závislá od teploty. Preto sa zliatina NdFeB nemôže zahriať na + 80 ° C a viac - atómy stratia orientáciu a vektorový súčet ich magnetických momentov bude opäť nulový.

Tak znie vysvetlenie, prečo majú neodýmové magnety vôbec príťažlivú silu a dokonca takú veľkú. Dva hlavné body sú, že Nd je paramagnetický a na jeho magnetizáciu sa vytvára veľké silové pole. Toto je, samozrejme, zjednodušený pohľad. Aby sme pochopili, prečo neodýmový magnet vystužený železom a bórom, musíme ovládať kvantovú fyziku.