مبادئ التدريع بالمجال المغناطيسي

يتم استخدام طريقتين لفحص المجال المغناطيسي:

طريقة الالتفاف

طريقة المجال المغناطيسي للشاشة.

دعنا نلقي نظرة فاحصة على كل من هذه الطرق.

طريقة تحويل المجال المغناطيسي بواسطة شاشة.

تُستخدم طريقة تحويل المجال المغناطيسي بشاشة للحماية من مجال مغناطيسي متغير ثابت ومتغير ببطء. تصنع الشاشات من مواد مغناطيسية حديدية ذات نفاذية مغناطيسية نسبية عالية (فولاذ ، بيرمالوي). في وجود شاشة ، تمر خطوط الحث المغناطيسي بشكل أساسي على طول جدرانها (الشكل 8.15) ، والتي تتمتع بمقاومة مغناطيسية منخفضة مقارنةً بالحيز الهوائي داخل الشاشة. تعتمد جودة التدريع على النفاذية المغناطيسية للدرع ومقاومة الدائرة المغناطيسية ، أي كلما كانت الشاشة أكثر سمكًا وقلة اللحامات ، والمفاصل التي تعمل عبر اتجاه خطوط الحث المغناطيسي ، ستكون كفاءة التدريع أعلى.

طريقة إزاحة المجال المغناطيسي بواسطة الشاشة.

تُستخدم طريقة إزاحة المجال المغناطيسي بواسطة الشاشة لحماية الحقول المغناطيسية عالية التردد المتناوبة. في هذه الحالة ، يتم استخدام شاشات مصنوعة من معادن غير مغناطيسية. ويستند التدريع على ظاهرة الاستقراء. هذا هو المكان الذي تكون فيه ظاهرة الاستقراء مفيدة.

نضع أسطوانة نحاسية في مسار مجال مغناطيسي متناوب منتظم (الشكل 8.16 ، أ). سوف تكون متغيرة EDs متحمسة فيه ، والتي بدورها ستخلق تيارات إيدي متغيرة التعريفي (تيارات فوكو). سيتم إغلاق المجال المغناطيسي لهذه التيارات (الشكل 8.16 ، ب) ؛ داخل الأسطوانة سيتم توجيهها نحو الحقل المثير ، وخارجه - في نفس اتجاه الحقل المثير. تبين أن الحقل الناتج (الشكل 8.16 ، ج) ضعيف عند الأسطوانة وتم تقويته خارجها ، أي يتم إزاحة المجال من المساحة التي تشغلها الأسطوانة ، وهو تأثير التدريع الخاص بها ، والذي سيكون أكثر فاعلية ، كلما انخفضت المقاومة الكهربائية للأسطوانة ، أي كلما زادت التيارات الدوامة المتدفقة من خلاله.

بسبب تأثير السطح ("تأثير الجلد") ، تنخفض كثافة التيارات الدوامة وشدة المجال المغناطيسي المتناوب بشكل كبير كلما تعمقنا في المعدن

, (8.5)

أين (8.6)

هو مؤشر الانخفاض في المجال والتيار الذي يسمى عمق الاختراق المكافئ.

هنا النفاذية المغناطيسية النسبية للمادة ؛

- النفاذية المغناطيسية للفراغ ، تساوي 1.25 * 10 8 جم * سم -1 ؛

- مقاومة محددة للمادة ، أوم * سم ؛

- التردد هرتز.

من الملائم وصف تأثير التدريع للتيارات الدوامة بقيمة عمق الاختراق المكافئ. أصغر x 0 ، كلما زاد المجال المغناطيسي الذي أنشأته ، مما أدى إلى إزاحة المجال الخارجي لمصدر الالتقاط من المساحة التي تشغلها الشاشة.

بالنسبة للمادة غير المغناطيسية في الصيغة (8.6) = 1 ، يتم تحديد تأثير التدريع فقط بواسطة و. وإذا كانت الشاشة مصنوعة من مادة مغناطيسية؟

إذا كانت متساوية ، فسيكون التأثير أفضل ، لأن> 1 (50..100) و x 0 سيكونان أقل.

لذلك ، x 0 هو معيار لتأثير الغربلة للتيارات الدوامة. من المهم تقدير عدد المرات التي تصبح فيها كثافة التيار وقوة المجال المغناطيسي أقل عند عمق x 0 مقارنة بالسطح. للقيام بذلك ، استبدل x = x 0 في الصيغة (8.5) ، ثم

من أين يمكن ملاحظة أنه على عمق x 0 ، تنخفض كثافة التيار وشدة المجال المغناطيسي بعامل e ، أي إلى قيمة 1 / 2.72 ، وهي 0.37 من الكثافة والتوتر على السطح. منذ ضعف المجال فقط في 2.72 مرةعلى عمق x 0 غير كافية لوصف مادة التدريع، ثم استخدموا قيمتين إضافيتين لعمق الاختراق x 0.1 و x 0.01 ، والتي تميز الانخفاض في كثافة التيار والجهد الميداني بمقدار 10 و 100 مرة من قيمهما على السطح.

دعونا نعبر عن القيم x 0.1 و x 0.01 من خلال القيمة x 0 ، لذلك ، على أساس التعبير (8.5) ، نقوم بتكوين المعادلة

و ,

تحديد ما نحصل عليه

x 0.1 = x 0 ln10 = 2.3x 0 ؛ (8.7)

x 0.01 = x 0 ln100 = 4.6x 0

استنادًا إلى الصيغتين (8.6) و (8.7) ، يتم إعطاء قيم أعماق الاختراق في الأدبيات الخاصة بمواد التدريع المختلفة. من أجل الوضوح ، سنقدم أيضًا نفس البيانات في شكل الجدول 8.1.

يتضح من الجدول أنه بالنسبة لجميع الترددات العالية ، بدءًا من نطاق الموجة المتوسطة ، فإن الشاشة المصنوعة من أي معدن بسمك 0.5 ... 1.5 مم فعالة جدًا. عند اختيار سمك الشاشة ومادةها ، لا ينبغي للمرء أن ينطلق من الخواص الكهربائية للمادة ، بل أن يسترشد بها اعتبارات القوة الميكانيكية والصلابة ومقاومة التآكل وسهولة الانضمام إلى الأجزاء الفردية وتنفيذ اتصالات انتقالية بينها بمقاومة منخفضة وسهولة اللحام واللحام وما إلى ذلك.

من البيانات الواردة في الجدول يتبع ذلك بالنسبة للترددات التي تزيد عن 10 ميغا هرتز ، فإن فيلم من النحاس ، علاوة على ذلك ، من الفضة بسماكة أقل من 0.1 مم يعطي تأثير غربال كبير... لذلك ، عند الترددات التي تزيد عن 10 ميجاهرتز ، يكون من المقبول تمامًا استخدام شاشات مصنوعة من رقائق معدنية أو مواد عازلة أخرى مطلية بطبقة نحاسية أو فضية.

يمكن استخدام الفولاذ كدروع ، ولكن عليك أن تتذكر أنه نظرًا للمقاومة العالية وظاهرة التباطؤ ، يمكن للدرع الفولاذي أن يتسبب في خسائر كبيرة في دوائر التدريع.

الترشيح

الترشيح هو الوسيلة الرئيسية لتخفيف التداخل البناء الناشئ في إمداد الطاقة ودوائر التبديل في التيار المستمر والتيار المتردد. يمكن لمرشحات منع الضوضاء المصممة لهذا الغرض أن تقلل التداخل الناتج من المصادر الخارجية والداخلية. يتم تحديد كفاءة الترشيح من خلال فقد إدخال الفلتر:

ديسيبل

يتم فرض المتطلبات الأساسية التالية على المرشح:

ضمان الكفاءة المحددة S في النطاق الترددي المطلوب (مع مراعاة المقاومة الداخلية وحمل الدائرة الكهربائية) ؛

الحد من الانخفاض المسموح به في جهد التيار المستمر أو التيار المتردد عبر المرشح عند أقصى تيار حمل ؛

ضمان التشويه غير الخطي المقبول لجهد الإمداد ، والذي يحدد متطلبات خطية المرشح ؛

متطلبات التصميم - كفاءة التدريع ، والأبعاد الكلية والوزن الأدنى ، وتوفير الظروف الحرارية العادية ، ومقاومة التأثيرات الميكانيكية والمناخية ، وقابلية تصنيع الهيكل ، وما إلى ذلك ؛

يجب اختيار عناصر المرشح مع مراعاة التيارات والفولتية المقدرة للدائرة الكهربائية ، وكذلك الزيادات في الفولتية والتيارات التي تسببها بسبب عدم استقرار النظام الكهربائي والعبور.

المكثفات.يتم استخدامها كعناصر مستقلة لقمع الضوضاء وكوصلات ترشيح متوازية. من الناحية الهيكلية ، تنقسم مكثفات قمع التداخل إلى:

نوع قطب مزدوج K50-6 ، K52-1B ، ETO ، K53-1A ؛

نوع الدعم KO ، KO-E ، KDO ؛

نقاط التفتيش غير متحدة المحور من النوع K73-21 ؛

جلبة من النوع المحوري KTP-44 ، K10-44 ، K73-18 ، K53-17 ؛

كتل مكثف

السمة الرئيسية لمكثف قمع الضوضاء هي اعتماد ممانعته على التردد. لتخفيف التداخل في نطاق التردد حتى حوالي 10 ميجاهرتز ، يمكن استخدام المكثفات ثنائية القطب ، مع مراعاة الطول الصغير للخيوط. تستخدم مكثفات كبت الضوضاء المرجعية حتى ترددات 30-50 ميجا هرتز. تُستخدم مكثفات التغذية المتوازنة في دائرة ذات سلكين حتى ترددات تصل إلى 100 ميجاهرتز. تعمل مكثفات التغذية في نطاق تردد واسع يصل إلى حوالي 1000 ميجاهرتز.

العناصر الاستقرائية... يتم استخدامها كعناصر مستقلة لقمع الضوضاء وكوصلات متتالية لمرشحات قمع الضوضاء. من الناحية الهيكلية ، فإن الاختناقات الأكثر شيوعًا هي من أنواع خاصة:

ملفوف على قلب مغناطيسي حديدي ؛

خالي من اللفائف.

السمة الرئيسية لخنق قمع التداخل هي اعتماد ممانعته على التردد. عند الترددات المنخفضة ، يوصى باستخدام النوى الكهرو مغناطيسية من الدرجات PP90 و PP250 ، المصنوعة على أساس m-permaloy. لقمع التداخل في دوائر المعدات ذات التيارات حتى 3A ، يوصى باستخدام خناقات HF من النوع DM ، في التيارات عالية التصنيف - اختناقات من سلسلة D200.

المرشحات.تم تصميم مرشحات التمرير الخزفية لأنواع B7 و B14 و B23 لقمع الضوضاء في دوائر التيار المستمر والتيار النبضي والمتناوب في نطاق التردد من 10 ميجاهرتز إلى 10 جيجاهرتز. تظهر تصميمات هذه المرشحات في الشكل 8.17.

التوهين الناتج عن المرشحات B7 و B14 و B23 في نطاق التردد 10. يزيد 100 ميجاهرتز تقريبًا من 20..30 إلى 50..60 ديسيبل وفي نطاق التردد فوق 100 ميجاهرتز يتجاوز 50 ديسيبل.

تم تصميم المرشحات الخزفية من النوع B23B على أساس مكثفات القرص الخزفي والمختناقات المغناطيسية بدون دوران (الشكل 8.18).

الإختناقات بدون دوران هي نواة مغنطيسية أنبوبية مصنوعة من الفريت من الدرجة 50 VCh-2 ، يتم ارتداؤها على خرج التغذية. محاثة الخانق هي 0.08 ... 0.13 μH. غلاف المرشح مصنوع من مادة سيراميك UV-61 ذات قوة ميكانيكية عالية. الجسم مُعدن بطبقة من الفضة لضمان مقاومة انتقال منخفضة بين اللوح الخارجي للمكثف وجلبة التأريض المسننة ، والتي يتم تثبيت الفلتر بها. المكثف على طول المحيط الخارجي ملحوم بغطاء المرشح. ، وعلى طول المحيط الداخلي - إلى طرف الرصاص. يتم غلق المرشح بملء نهايات الغلاف بمركب.

لمرشحات B23B:

سعة المرشح الاسمية - من 0.01 إلى 6.8 درجة فهرنهايت ،

تصنيف الجهد 50 و 250 فولت ،

التصنيف الحالي يصل إلى 20A ،

أبعاد المرشح:

L = 25 مم ، D = 12 مم

يزيد التوهين الناتج عن مرشحات B23B في نطاق التردد من 10 كيلو هرتز إلى 10 ميجا هرتز تقريبًا من 30..50 إلى 60..70 ديسيبل ويتجاوز 70 ديسيبل في نطاق التردد فوق 10 ميجا هرتز.

بالنسبة لمحطات الطاقة الموجودة على متن الطائرة ، من الواعد استخدام أسلاك خاصة لقمع الضوضاء مع حشوات حديدية ذات نفاذية مغناطيسية عالية وخسائر محددة عالية. لذلك ، بالنسبة لأسلاك ماركة معدات الوقاية الشخصية ، فإن فقد الإدخال في نطاق التردد 1 ... يزيد 1000 ميجاهرتز من 6 إلى 128 ديسيبل / م.

التصميم المعروف للموصلات متعددة الأطراف ، حيث يتم تثبيت مرشح قمع التداخل على شكل حرف U على كل جهة اتصال.

الأبعاد الكلية للمرشح المدمج:

الطول 9.5 مم ،

قطر 3.2 مم.

يبلغ التوهين الناتج عن المرشح في دائرة 50 أوم 20 ديسيبل عند 10 ميغا هرتز ويصل إلى 80 ديسيبل عند 100 ميغا هرتز.

ترشيح دوائر الطاقة للـ RES الرقمي.

يمكن أن تؤدي الضوضاء النبضية في حافلات إمداد الطاقة ، الناشئة في عملية تبديل الدوائر الرقمية المتكاملة (DIC) ، وكذلك الاختراق الخارجي ، إلى حدوث أعطال في تشغيل أجهزة معالجة المعلومات الرقمية.

لتقليل مستوى الضوضاء في حافلات الطاقة ، يتم استخدام طرق تصميم الدوائر:

تقليل تحريض حافلات "الطاقة" ، مع مراعاة الاقتران المغناطيسي المتبادل للموصلات الأمامية والعودة ؛

تقليص أطوال أقسام حافلات "الطاقة" الشائعة للتيارات لمختلف أنظمة النقل الذكية ؛

إبطاء حواف التيارات النبضية في حافلات "الطاقة" باستخدام مكثفات كبت الضوضاء ؛

الهيكل العقلاني لدارات الطاقة على لوحة الدوائر المطبوعة.

تؤدي الزيادة في المقطع العرضي للموصلات إلى انخفاض في الحث الداخلي للحافلات ، كما يقلل من مقاومتها النشطة. هذا الأخير مهم بشكل خاص في حالة الناقل الأرضي ، وهو موصل العودة لدارات الإشارة. لذلك ، في لوحات الدوائر المطبوعة متعددة الطبقات ، من المستحسن عمل نواقل "الطاقة" في شكل طائرات موصلة تقع في الطبقات المجاورة (الشكل 8.19).

تتمتع قضبان الطاقة المفصلية المستخدمة في تجميعات الدوائر المطبوعة القائمة على الدوائر المتكاملة الرقمية بأبعاد عرضية أكبر مقارنة بالحافلات المصنوعة في شكل موصلات مطبوعة ، وبالتالي انخفاض الحث والمقاومة. المزايا الإضافية لقضبان الطاقة الخارجية هي:

توجيه مبسط لدارات الإشارة ؛

زيادة صلابة PCB عن طريق إنشاء أضلاع إضافية تعمل كمحددات تحمي الدوائر المتكاملة مع EREs المركبة من التلف الميكانيكي أثناء التثبيت وتعديل المنتج (الشكل 8.20).

يميز التصنيع العالي قضبان التوصيل "القوية" ، المصنعة بطريقة مطبوعة ومركبة على ثنائي الفينيل متعدد الكلور عموديًا (الشكل 6.12 ج).

التصاميم المعروفة للإطارات المفصلية المثبتة تحت هيكل الدائرة المتكاملة ، والموجودة على اللوحة في صفوف (الشكل 8.22).

توفر التصميمات المدروسة لحافلات "الطاقة" أيضًا سعة خطية كبيرة ، مما يؤدي إلى انخفاض مقاومة الموجة لخط "الطاقة" ، وبالتالي إلى انخفاض مستوى ضوضاء النبضات.

لا ينبغي أن يتم توزيع طاقة IC على ثنائي الفينيل متعدد الكلور في سلسلة (الشكل 8.23 ​​أ) ، ولكن بالتوازي (الشكل 8.23 ​​ب)

من الضروري استخدام توزيع الطاقة في شكل دوائر مغلقة (الشكل 8.23 ​​ج). نهج مثل هذا التصميم في المعلمات الكهربائية لطائرات الإمداد الصلبة. للحماية من تأثير مجال مغناطيسي خارجي يحمل التداخل ، يجب توفير حلقة خارجية مغلقة على طول محيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور.

التأريض

نظام التأريض عبارة عن دائرة كهربائية لها خاصية الحفاظ على الحد الأدنى من الإمكانات ، وهو المستوى المرجعي في منتج معين. يجب أن يوفر نظام التأريض في ES دوائر إشارة وإرجاع طاقة ، وحماية الأشخاص والمعدات من الأعطال في دوائر إمداد الطاقة ، وإزالة الشحنات الساكنة.

يتم فرض المتطلبات الأساسية التالية على أنظمة التأريض:

1) تقليل المعاوقة الكلية للحافلة الأرضية ؛

2) عدم وجود حلقات أرضية مغلقة حساسة لتأثيرات المجالات المغناطيسية.

يتطلب ES ثلاث دوائر أرضية منفصلة على الأقل:

لدوائر الإشارة ذات التيارات والفولتية المنخفضة ؛

لدوائر الطاقة ذات المستوى العالي من استهلاك الطاقة (مزودات الطاقة ، ومراحل إخراج ES ، وما إلى ذلك)

لدوائر الشاسيه (الشاسيه واللوحات والشاشات والطلاء).

يتم تأريض الدوائر الكهربائية في ES بالطرق التالية: عند نقطة واحدة وفي عدة نقاط الأقرب إلى نقطة مرجعية الأرض (الشكل 8.24)

وفقًا لذلك ، يمكن تسمية أنظمة التأريض بنقطة واحدة ومتعددة النقاط.

يحدث أعلى مستوى من التداخل في نظام تأريض من نقطة واحدة مع ناقل "أرضي" مشترك متصل بالتسلسل (الشكل 8.24 أ).

كلما ابتعدت نقطة التأريض ، زادت إمكاناتها. لا ينبغي استخدامه للدوائر ذات الانتشار الكبير في استهلاك الطاقة ، لأن الوحدات المقتطفة القوية تخلق تيارات أرضية عائدة كبيرة ، والتي يمكن أن تؤثر على وحدات FU ذات الإشارة الصغيرة. إذا لزم الأمر ، يجب توصيل FU الأكثر أهمية بالقرب من نقطة مرجعية الأرض قدر الإمكان.

يجب استخدام نظام تأريض متعدد النقاط (الشكل 8.24 ج) للدوائر عالية التردد (f≥10 MHz) ، التي تربط FU RES في النقاط الأقرب للنقطة المرجعية الأرضية.

بالنسبة للدوائر الحساسة ، يتم استخدام دائرة أرضية عائمة (الشكل 8.25). يتطلب نظام التأريض هذا عزلًا كاملاً للدائرة عن العلبة (مقاومة عالية وسعة منخفضة) ، وإلا فهو غير فعال. يمكن استخدام الخلايا الشمسية أو البطاريات كمصادر طاقة للدوائر ، ويجب أن تدخل الإشارات وتغادر الدائرة من خلال المحولات أو المحولات البصرية.

يوضح الشكل 8.26 مثالاً على تنفيذ مبادئ التأريض المدروسة لمحرك شريط رقمي ذي تسعة مسارات.

هناك الحافلات الأرضية التالية: ثلاث إشارات ، قوة واحدة وإطار واحد. يتم تأريض وحدات FU التناظرية الأكثر حساسية (تسعة مكبرات صوت) باستخدام قضيبين أرضيين منفصلين. تسعة مضخمات تسجيل تعمل عند مستويات إشارة أكبر من مضخمات الإحساس ، بالإضافة إلى دوائر التحكم المتكاملة ودوائر واجهة منتج البيانات ، متصلة بخط الإشارة الثالث "أرضي". يتم توصيل محركات التيار المستمر الثلاثة ودوائر التحكم والمرحلات والملفات اللولبية بحافلة الطاقة الأرضية. يتم توصيل دائرة التحكم في محرك عمود الإدارة الأكثر حساسية بالقرب من نقطة مرجعية الأرض. يتم استخدام ناقل الإطار "أرضي" لتوصيل الغلاف والغلاف. يتم توصيل الحافلات الأرضية للإشارة والطاقة والإطار معًا في نقطة واحدة في مصدر الطاقة الثانوي. وتجدر الإشارة إلى جدوى رسم مخططات الأسلاك الهيكلية في تصميم الأجهزة الإلكترونية الراديوية.

يمكن عمل حماية المجالات المغناطيسية بطريقتين:

التدريع بالمواد المغناطيسية.

التدريع الحالي إيدي.

تُستخدم الطريقة الأولى عادةً لفحص الحقول ذات الترددات الهكتومترية الثابتة والمجالات منخفضة التردد. توفر الطريقة الثانية كفاءة كبيرة في التدريع MF عالي التردد. بسبب تأثير السطح ، تنخفض كثافة تيار الدوامة وقوة المجال المغناطيسي المتناوب بشكل كبير كلما تعمقنا في المعدن:

مقياس الانخفاض في المجال والتيار ، والذي يسمى عمق الاختراق المكافئ.

كلما كان عمق الاختراق أصغر ، كلما زاد تدفق التيار في الطبقات السطحية للشاشة ، زاد MF العكسي الذي أنشأته ، مما أدى إلى إزاحة المجال الخارجي لمصدر الالتقاط من المساحة التي تشغلها الشاشة. إذا كان الدرع مصنوعًا من مادة غير مغناطيسية ، فإن تأثير التدريع سيعتمد فقط على موصلية المادة وتردد مجال التدريع. إذا كانت الشاشة مصنوعة من مادة مغنطيسية حديدية ، فعندئذ ، إذا كانت كل الأشياء الأخرى متساوية ، فسيحدث انبعاث كبير فيها بواسطة مجال خارجي. إلخ. مع. بسبب التركيز الأكبر لخطوط القوة المغناطيسية. في نفس الموصلية المادية ، ستزداد التيارات الدوامة ، مما سيؤدي إلى عمق اختراق ضحل وتأثير تدريع أفضل.

عند اختيار سمك الشاشة ومادةها ، لا ينبغي للمرء أن ينطلق من الخواص الكهربائية للمادة ، ولكن يجب أن يسترشد باعتبارات القوة الميكانيكية والوزن والصلابة ومقاومة التآكل وسهولة الانضمام إلى الأجزاء الفردية وإجراء اتصالات انتقالية بمقاومة منخفضة فيما بينها ، سهولة اللحام واللحام وما إلى ذلك.

من البيانات الواردة في الجدول ، يمكن ملاحظة أنه بالنسبة للترددات فوق 10 ميجاهرتز ، فإن الأفلام النحاسية والأكثر من ذلك التي يبلغ سمكها حوالي 0.1 مم تعطي تأثيرًا تدريعًا كبيرًا. لذلك ، عند الترددات التي تزيد عن 10 ميجاهرتز ، من المقبول تمامًا استخدام شاشات مصنوعة من getinax المطلي بالرقائق أو الألياف الزجاجية. عند الترددات العالية ، يكون للصلب تأثير تدريع أكبر من المعادن غير المغناطيسية. ومع ذلك ، يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن مثل هذه الشاشات يمكن أن تسبب خسائر كبيرة في الدوائر المحمية بسبب المقاومة العالية وظاهرة التباطؤ. لذلك ، فإن هذه الشاشات قابلة للتطبيق فقط في الحالات التي يمكن فيها تجاهل فقدان الإدراج. أيضًا ، من أجل زيادة كفاءة التدريع ، يجب أن تتمتع الشاشة بمقاومة مغناطيسية أقل من الهواء ، ثم تميل خطوط قوة المجال المغناطيسي إلى المرور على طول جدران الشاشة وفي عدد أقل تخترق الفضاء خارج الشاشة. هذه الشاشة مناسبة بنفس القدر للحماية من تأثيرات المجال المغناطيسي ولحماية الفضاء الخارجي من تأثير المجال المغناطيسي الناتج عن مصدر داخل الشاشة.

هناك العديد من درجات الصلب والبرمالوي بقيم مختلفة للنفاذية المغناطيسية ، لذلك يجب حساب قيمة عمق الاختراق لكل مادة. يتم الحساب وفقًا للمعادلة التقريبية:

1) محمي ضد المجال المغناطيسي الخارجي

ستمر الخطوط المغناطيسية للقوة للمجال المغناطيسي الخارجي (خطوط تحريض المجال المغناطيسي للتداخل) بشكل أساسي من خلال سمك جدران الشاشة ، والتي تتميز بمقاومة مغناطيسية منخفضة مقارنة بمقاومة الفضاء داخل الشاشة . نتيجة لذلك ، لن يؤثر المجال المغناطيسي الخارجي للتداخل على وضع تشغيل الدائرة الكهربائية.

2) حماية المجال المغناطيسي الداخلي

يتم استخدام هذا التدريع إذا كانت المهمة هي حماية الدوائر الكهربائية الخارجية من تأثير المجال المغناطيسي الناتج عن تيار الملف. الحث L ، أي عندما يكون مطلوبًا عمليًا توطين التداخل الناتج عن المحاثة L ، يتم حل هذه المشكلة باستخدام درع مغناطيسي ، كما هو موضح تخطيطيًا في الشكل. هنا ، سيتم إغلاق جميع خطوط القوة تقريبًا الخاصة بمجال المحرِّض من خلال سماكة جدران الشاشة ، دون تجاوز حدودها نظرًا لحقيقة أن المقاومة المغناطيسية للشاشة أقل بكثير من مقاومة الشاشة. المساحة المحيطة.

3) شاشة مزدوجة

في شاشة مغناطيسية مزدوجة ، يمكن للمرء أن يتخيل أن جزءًا من خطوط القوة المغناطيسية ، والذي سيتجاوز سمك جدران شاشة واحدة ، سيتم إغلاقه من خلال سمك جدران الشاشة الثانية. بنفس الطريقة ، يمكن للمرء أن يتخيل عمل درع مغناطيسي مزدوج في توطين التداخل المغناطيسي الناتج عن عنصر الدائرة الكهربائية الموجود داخل الدرع الأول (الداخلي): الجزء الأكبر من خطوط القوة المغناطيسية (خطوط الانتثار المغناطيسية ) سيغلق من خلال جدران الدرع الخارجي. بالطبع ، في الشاشات المزدوجة ، يجب اختيار سمك الجدران والمسافة بينها بعقلانية.

يصل عامل التدريع الكلي إلى أكبر قيمة في تلك الحالات عندما يزداد سمك الجدار والفجوة بين الشاشات بما يتناسب مع المسافة من مركز الشاشة ، ويكون حجم الفجوة هو المتوسط ​​الهندسي لسمك الجدار للجدار. الشاشات المجاورة. في هذه الحالة عامل الفحص:

L = 20lg (H / Ne)

يعد تصنيع شاشات مزدوجة وفقًا لهذه التوصية أمرًا صعبًا لأسباب تقنية. من الأنسب كثيرًا اختيار المسافة بين الأصداف المجاورة للفجوة الهوائية للشاشات التي تكون أكبر من سمك الشاشة الأولى ، والتي تساوي تقريبًا المسافة بين كومة الشاشة الأولى وحافة الدائرة التي تم فحصها عنصر (على سبيل المثال ، ملف استقرائي). لا يمكن جعل اختيار سمك جدار أو ذاك لجدران الدرع المغناطيسي واضحًا. يتم تحديد سمك الجدار العقلاني. مادة الشاشة وتكرار التداخل وعامل الفرز المحدد. عند القيام بذلك ، من المفيد مراعاة ما يلي.

1. مع زيادة وتيرة التداخل (تردد المجال المغناطيسي المتناوب للتداخل) ، تقل النفاذية المغناطيسية للمواد وتسبب انخفاضًا في خصائص التدريع لهذه المواد ، نظرًا لانخفاض النفاذية المغناطيسية ، فإن مقاومة يزيد التدفق المغناطيسي الذي يمارسه الدرع. كقاعدة عامة ، يكون الانخفاض في النفاذية المغناطيسية مع زيادة التردد أكثر كثافة بالنسبة لتلك المواد المغناطيسية التي لديها أعلى نفاذية مغناطيسية أولية. على سبيل المثال ، صفائح الفولاذ الكهربائية ذات النفاذية المغناطيسية الأولية المنخفضة تغير قليلاً من قيمة jx مع زيادة التردد ، و permalloy ، التي لها قيم أولية كبيرة للنفاذية المغناطيسية ، حساسة للغاية لزيادة تواتر المجال المغناطيسي ؛ تنخفض نفاذية المغناطيسية بشكل حاد مع التردد.

2. في المواد المغناطيسية المعرضة لمجال مغناطيسي عالي التردد من التداخل ، يتجلى تأثير السطح بشكل ملحوظ ، أي إزاحة التدفق المغناطيسي إلى سطح جدران الشاشة ، مما يتسبب في زيادة المقاومة المغناطيسية للشاشة. شاشة. في ظل هذه الظروف ، يبدو أنه من غير المجدي تقريبًا زيادة سمك جدران الشاشة بما يتجاوز تلك القيم التي يشغلها التدفق المغناطيسي عند تردد معين. هذا الاستنتاج غير صحيح ، لأن الزيادة في سمك الجدار تؤدي إلى انخفاض المقاومة المغناطيسية للشاشة ، حتى في وجود تأثير السطح. في هذه الحالة ، في نفس الوقت ، ينبغي للمرء أن يأخذ في الاعتبار التغيير في النفاذية المغناطيسية. نظرًا لأن ظاهرة تأثير السطح في المواد المغناطيسية تبدأ عادةً في الظهور بشكل أكثر وضوحًا من انخفاض النفاذية المغناطيسية في منطقة التردد المنخفض ، فإن تأثير كلا العاملين على اختيار سمك جدار الشاشة سيكون مختلفًا عند تردد مختلف نطاقات التداخل المغناطيسي. كقاعدة عامة ، يكون الانخفاض في خصائص التدريع مع زيادة تردد التداخل أكثر وضوحًا في الدروع المصنوعة من مواد ذات نفاذية مغناطيسية أولية عالية. توفر الميزات المذكورة أعلاه للمواد المغناطيسية أساسًا للتوصيات بشأن اختيار المواد وسماكة جدار الدروع المغناطيسية. يمكن تلخيص هذه التوصيات على النحو التالي:

أ) يمكن استخدام الشاشات المصنوعة من الفولاذ الكهربائي العادي (المحولات) ، ذات نفاذية مغناطيسية أولية منخفضة ، إذا لزم الأمر ، لتوفير معاملات غربلة صغيرة (Ke 10) ؛ توفر هذه الشاشات عامل غربلة ثابتًا تقريبًا في نطاق تردد عريض إلى حد ما ، يصل إلى عدة عشرات من كيلوهرتز ؛ يعتمد سمك هذه الشاشات على تردد التداخل ، وكلما انخفض التردد ، زادت سماكة الشاشة ؛ على سبيل المثال ، عند تردد المجال المغناطيسي للتداخل من 50 إلى 100 هرتز ، يجب أن تكون سماكة جدران الشاشة مساوية تقريبًا لـ 2 مم ؛ في حالة الحاجة إلى زيادة معامل التدريع أو زيادة سماكة الشاشة ، فمن المستحسن استخدام طبقات حماية متعددة (دروع مزدوجة أو ثلاثية) بسماكة أصغر ؛

ب) يُنصح باستخدام الشاشات المصنوعة من مواد مغناطيسية ذات نفاذية أولية عالية (على سبيل المثال ، permalloy) إذا كان من الضروري توفير معامل غربلة كبير (Ke> 10) في نطاق تردد ضيق نسبيًا ، وسماكة كل غلاف من الشاشة المغناطيسية غير عملية لاختيار أكثر من 0.3-0.4 مم ؛ يبدأ تأثير التدريع لهذه الشاشات في الانخفاض بشكل ملحوظ عند ترددات أعلى من عدة مئات أو آلاف هرتز ، اعتمادًا على النفاذية الأولية لهذه المواد.

كل ما قيل أعلاه عن الدروع المغناطيسية ينطبق على المجالات المغناطيسية الضعيفة للتداخل. إذا كانت الشاشة تقع بالقرب من مصادر قوية للتداخل وتظهر فيها تدفقات مغناطيسية ذات حث مغناطيسي عالٍ ، عندئذٍ ، كما هو معروف ، من الضروري مراعاة التغيير في النفاذية الديناميكية المغناطيسية اعتمادًا على الحث ؛ من الضروري أيضًا مراعاة الخسارة في سمك الشاشة. من الناحية العملية ، لا يتم مصادفة مثل هذه المصادر القوية لمجالات التداخل المغناطيسي ، والتي يتعين على المرء أن يحسب حساب تأثيرها على الشاشات ، باستثناء بعض الحالات الخاصة التي لا توفر ممارسة راديو الهواة وظروف التشغيل العادية لهندسة الراديو الأجهزة ذات الاستخدام الواسع.

اختبار

1. مع التدريع المغناطيسي ، يجب على الدرع:
1) لديها مقاومة مغناطيسية أقل من الهواء
2) لها مقاومة مغناطيسية مساوية للهواء
3) لديها مقاومة مغناطيسية أعلى من الهواء

2. عند تدريع المجال المغناطيسي ، تأريض الدرع:
1) لا يؤثر على كفاءة التدريع
2) يزيد من كفاءة التدريع المغناطيسي
3) يقلل من فعالية التدريع المغناطيسي

3. بترددات منخفضة (<100кГц) эффективность магнитного экранирования зависит от:
أ) سماكة الشاشة ، ب) النفاذية المغناطيسية للمادة ، ج) المسافات بين الشاشة والدوائر المغناطيسية الأخرى.
1) فقط أ و ب صحيحان
2) فقط ب و ج صحيحان
3) فقط أ و ب صحيحان
4) جميع الخيارات صحيحة

4. يستخدم التدريع المغناطيسي عند الترددات المنخفضة:
1) النحاس
2) الألومنيوم
3) بيرمالوي.

5. التدريع المغناطيسي عند الترددات العالية يستخدم:
1) الحديد
2) بيرمالوي
3) النحاس

6. عند الترددات العالية (> 100 كيلو هرتز) ، لا تعتمد فعالية التدريع المغناطيسي على:
1) سماكة الشاشة

2) النفاذية المغناطيسية للمادة
3) المسافات بين الدرع والدوائر المغناطيسية الأخرى.

الأدب المستخدم:

2. Semenenko، V. A. Information Security / V. A. Semenenko - Moscow، 2008.

3. Yarochkin، V. I. Information Security / V. I. Yarochkin - Moscow، 2000.

4. Demirchan، KS Theoretical أسس الهندسة الكهربائية المجلد الثالث / كانساس Demirchan S.-P، 2003.

درع مغناطيسي(الحماية المغناطيسية) - حماية الجسم من تأثيرات المغناطيس. الحقول (ثابت ومتغير). حديث غالبًا ما ترتبط الأبحاث في عدد من مجالات العلوم (الجيولوجيا وعلم الأحافير والمغناطيسية الحيوية) والتكنولوجيا (أبحاث الفضاء والطاقة النووية وعلوم المواد) بقياسات مغناطيسية ضعيفة جدًا. المجالات ~ 10-14-10-9 T في نطاق تردد واسع. المجالات المغناطيسية الخارجية (على سبيل المثال ، مجال الأرض T مع ضوضاء T ، والضوضاء المغناطيسية من الشبكات الكهربائية وحركة المرور في المدينة) تخلق تداخلًا قويًا لتشغيل الأجهزة شديدة الحساسية. المغناطيسية معدات. الحد من تأثير المغن. المجالات إلى حد كبير يحدد إمكانيات تنفيذ ماغنوم. القياسات (انظر ، على سبيل المثال ، المجالات المغناطيسية للأجسام البيولوجيةمن بين طرق M. e. الأكثر شيوعًا هي ما يلي.

تأثير التدريع لأسطوانة مجوفة مصنوعة من مادة مغناطيسية مع ( 1 - تحويلة. سطح الاسطوانة ، 2 -intr. سطح - المظهر الخارجي). المغناطيسية المتبقية المجال داخل الاسطوانة

درع مغناطيسي- صفيحة ، أسطوانة ، كرة (أو غلاف إلى - لتر من شكل مختلف) مصنوعة من مادة عالية النفاذية المغناطيسيةم منخفضة الحث المتبقي في صوالصغيرة القوة القسرية H مع... يمكن توضيح مبدأ تشغيل هذه الشاشة من خلال مثال أسطوانة مجوفة موضوعة في مغناطيس متجانس. حقل (شكل). خطوط الاستقراء تحويلة. ماغن. مجالات بخارجياً ، عند الانتقال من الوسط c إلى مادة الغربال ، فإنها تتكاثف بشكل ملحوظ ، وفي تجويف الأسطوانة تنخفض كثافة خطوط الحث ، أي أن الحقل داخل الأسطوانة أصبح ضعيفًا. تم وصف ضعف المجال بواسطة f-loy

أين د- قطر الاسطوانة ، د- سمك جدارها ، - ماج. نفاذية مواد الجدار. لحساب كفاءة M. e. الأحجام فك. غالبًا ما تستخدم التكوينات f-lu

أين هو نصف قطر الكرة المكافئة (عمليًا ، قارن حجم الشاشة في ثلاثة اتجاهات متعامدة بشكل متبادل ، نظرًا لأن شكل الشاشة له تأثير ضئيل على كفاءة العنصر المغناطيسي).

من f-l (1) و (2) يتبع ذلك استخدام المواد ذات المغناطيس العالي. النفاذية [مثل بيرمالوي (36-85٪ نيكل ، وباقي إضافات الحديد والسبائك) أو مو ميتال (72-76٪ نيكل ، 5٪ نحاس ، 2٪ كروم ، 1٪ منغنيز ، باقي الحديد)] تحسن بشكل كبير جودة الشاشات (للحديد). طريقة واضحة على ما يبدو لتحسين التدريعليس الأمثل بسبب سماكة الجدار. تعمل الشاشات متعددة الطبقات بشكل أكثر كفاءة مع وجود فجوات بين الطبقات ، والتي لها معاملات. التدريع يساوي ناتج المعامل. لقسم. طبقات. على وجه التحديد ، شاشات متعددة الطبقات (طبقات خارجية من المواد المغناطيسية التي تشبع بقيم عالية في، داخلية - مصنوعة من بيرمالوي أو معدن مو) تشكل أساس هياكل الغرف المحمية مغناطيسيًا للدراسات المغناطيسية الحيوية ، والمغناطيسية القديمة ، وما إلى ذلك. وتجدر الإشارة إلى أن استخدام المواد الواقية مثل بيرمالوي يرتبط بعدد من الصعوبات ، على وجه الخصوص ، مع حقيقة أن حجمها. خصائص تحت التشوهات وبالتالي. تتدهور التدفئة ، فهي لا تسمح عمليًا باللحام ، مما يعني. الانحناءات والميكانيكية الأخرى الأحمال. في الحاضر. ماغن. تستخدم الشاشات المغناطيسية على نطاق واسع. زجاج معدني(metglass) ، قريب في magn. خصائص بيرمالوي ، ولكنها ليست حساسة للغاية للميكانيكية. تأثيرات. يسمح النسيج المنسوج من شرائط من المعدن بإنتاج مغناطيس ناعم. شاشات ذات شكل تعسفي ، وتدريع متعدد الطبقات بهذه المادة أبسط وأرخص بكثير.

شاشات من مواد عالية التوصيل(Cu ، A1 ، إلخ) تعمل على الحماية من المغناطيس المتغير. مجالات. عند تغيير تحويلة. ماغن. تظهر الحقول في جدران الشاشة الاستقراء. التيارات ، لتغطية الجاودار الحجم المحمي. Magn. يتم توجيه مجال هذه التيارات بشكل معاكس إلى تحويلة. السخط ويعوض عنه جزئيا. بالنسبة للترددات التي تزيد عن 1 هرتز ، يكون المعامل. التدريع لينمو بما يتناسب مع التردد:

أين - ثابت مغناطيسي، - التوصيل الكهربائي لمواد الجدار ، إل- حجم الشاشة - سمك الجدار ، F- تردد دائري.

Magn. تكون الدروع المصنوعة من النحاس و A1 أقل فاعلية من الدروع المغناطيسية ، خاصة في حالة المغناطيس الكهربائي منخفض التردد. الحقول ، ولكن سهولة التصنيع وقلة التكلفة تجعلها أكثر تفضيلًا للاستخدام.

الشاشات فائقة التوصيل... يعتمد عمل هذا النوع من الشاشات على تأثير مايسنر- الإزاحة الكاملة للمغنطيس. الحقول من موصل فائق. مع أي تغيير في السابق. ماغن. التدفق في الموصلات الفائقة ، تنشأ التيارات ، والتي تتوافق مع حكم لينزلتعويض هذه التغييرات. على عكس الموصلات التقليدية في الموصلات الفائقة ، الحث. التيارات لا تبلل وبالتالي تعوض عن التغير في التدفق خلال كامل عمر الامتداد. مجالات. حقيقة أن الشاشات فائقة التوصيل يمكن أن تعمل في درجات حرارة منخفضة للغاية ولا تتجاوز المجالات الحرجة. القيم (انظر المجال المغناطيسي الحرج) ، يؤدي إلى صعوبات كبيرة في تصميم أحجام كبيرة محمية مغناطيسيًا "دافئة". ومع ذلك ، فإن الاكتشاف أكسيد النواقل الفائقة لدرجات الحرارة العالية(OBC) ، الذي صنعه J.Pdnorz و K.Müller (J.G. Bednorz ، K.A Miiller ، 1986) ، يخلق إمكانيات جديدة في استخدام المغناطيسات فائقة التوصيل. شاشات. على ما يبدو ، بعد التغلب على التكنولوجيا. الصعوبات في تصنيع SMO ، سيتم استخدام شاشات فائقة التوصيل من المواد التي تصبح موصلات فائقة عند نقطة غليان النيتروجين (وفي المستقبل ، ربما ، في درجات حرارة الغرفة).

وتجدر الإشارة إلى أن المجال المتبقي الذي كان موجودًا فيه وقت انتقال مادة الغربال إلى حالة الموصلية الفائقة يتم الاحتفاظ به داخل الحجم المحمي مغناطيسيًا بواسطة الموصل الفائق. لتقليل هذا المجال المتبقي ، من الضروري أن تأخذ خاصًا. مقاسات. على سبيل المثال ، لنقل الشاشة إلى حالة فائقة التوصيل عندما يكون الحجم صغيرًا مقارنة بالحالة الأرضية. في الحجم المحمي أو استخدم طريقة "شاشات الانتفاخ" ، وفي هذه الحالة يتحول غلاف الشاشة المطوي إلى حالة فائقة التوصيل ، ثم يتم تقويمه. تسمح هذه التدابير في الوقت الحالي بأحجام صغيرة ، محدودة بشاشات فائقة التوصيل ، لتقليل الحقول المتبقية إلى قيمة T.

نشط مضاد للتدخليتم تنفيذه بمساعدة الملفات التعويضية التي تخلق المغنطيس. المجال يساوي في الحجم والمعاكس في اتجاه مجال التداخل. بإضافة جبريًا ، تلغي هذه الحقول بعضها البعض. نائب. لفائف هيلمهولتز معروفة ، وهما ملفان دائريان متماثلان متطابقان مع التيار ، متباعدتان بمسافة مساوية لنصف قطر الملفات. ماج متجانس بما فيه الكفاية. يتم إنشاء الحقل في الوسط بينهما. للتعويض عن ثلاث مسافات. تتطلب المكونات ما لا يقل عن ثلاثة أزواج من الملفات. هناك العديد من الخيارات لمثل هذه الأنظمة ، ويتم تحديد اختيارهم من خلال متطلبات محددة.

عادة ما يتم استخدام نظام الحماية النشط لقمع تداخل التردد المنخفض (في نطاق التردد 0-50 هرتز). أحد أغراضها هو تعويض ما بعد. ماغن. حقول الأرض ، والتي تتطلب مصادر تيار قوية ومستقرة للغاية ؛ والثاني هو التعويض عن الاختلافات في المغنطيس. الحقول ، للقطع ، يمكن استخدام مصادر التيار الأضعف التي يتحكم فيها المغناطيس. الحقول ، على سبيل المثال مقياس المغناطيسيةحساسية عالية - الحبار أو بوابات التدفقإلى حد كبير ، يتم تحديد اكتمال التعويض بواسطة هذه المستشعرات.

هناك فرق مهم بين الحماية النشطة من المغناطيس. شاشات. Magn. تقضي الشاشات على الضوضاء في الحجم الكامل الذي تحدده الشاشة ، بينما تقضي الحماية النشطة على التداخل في المنطقة المحلية فقط.

جميع أنظمة قمع Magn. تدخل تحتاج إلى مكافحة الاهتزاز. الحماية. اهتزاز الشاشات والحساسات المغناطيسية. يمكن أن يصبح المجال نفسه مصدرًا للمكملات. التشوش.

أشعل .: Rose-Ince A. ، Roderick E. ، مقدمة في الفيزياء ، العابرة. من الإنجليزية. ، M. ، 1972 ؛ Shtamberger GA ، أجهزة لإنشاء مجالات مغناطيسية ضعيفة وثابتة ، نوفوسيب ، 1972 ؛ Vvedensky VL ، Ozhogin VI ، قياس المغنطيسية فائقة الحساسية والمغناطيسية الحيوية ، M. ، 1986 ؛ Bednorz J. G.، Muller K.A. ممكن عالية الموصلية الفائقة Tc في نظام Ba-La-Cr-O ، "Z. Phys."، 1986، Bd 64، S. 189. S. P. Naurzakov.

كيف تتأكد من أن مغناطيسين بجوار بعضهما البعض لا يشعران بوجود بعضهما البعض؟ ما المادة التي يجب وضعها بينهما حتى لا تصل خطوط المجال المغناطيسي من مغناطيس واحد إلى المغناطيس الثاني؟

هذا السؤال ليس تافهاً كما قد يبدو للوهلة الأولى. نحتاج حقًا إلى عزل المغناطيسين. أي ، بحيث يمكن قلب هذين المغناطيسين بطرق مختلفة وتحريكهما بطرق مختلفة بالنسبة لبعضهما البعض ، ومع ذلك ، بحيث يتصرف كل من هذين المغناطيسين كما لو أنه لا يوجد مغناطيس آخر قريب. لذلك ، فإن جميع أنواع الحيل مع وضع مغناطيس ثالث أو مغناطيس حديدي بجانب بعضها البعض ، من أجل إنشاء بعض التكوين الخاص للحقول المغناطيسية مع تعويض جميع المجالات المغناطيسية في نقطة معينة ، لا تعمل بشكل أساسي.

دياماجنيت ؟؟؟

في بعض الأحيان يُعتقد خطأً أن مثل هذا العازل للمجال المغناطيسي يمكن أن يكون كذلك الماس... ولكن هذا ليس صحيحا. الماس مغناطيسي يضعف المجال المغناطيسي حقًا. لكنه يضعف المجال المغناطيسي فقط في سمك المغناطيس نفسه ، داخل قطر المغناطيس. لهذا السبب ، يعتقد الكثيرون خطأً أنه إذا تم وضع أحد المغناطيسين أو كليهما في قطعة من المغناطيس ، فمن المفترض أن يضعف جاذبيتهما أو تنافرهما.

لكن هذا ليس حلاً للمشكلة. أولاً ، ستظل خطوط القوة لأحد المغناطيس تصل إلى المغناطيس الآخر ، أي أن المجال المغناطيسي يتناقص فقط في سمك المغناطيس ، لكنه لا يختفي تمامًا. ثانيًا ، إذا كان المغناطيس محاطًا بجدار بسمك المغناطيس ، فلا يمكننا تحريكها وتدويرها بالنسبة لبعضها البعض.

وإذا صنعت شاشة مسطحة بسيطة من مغناطيس قطني ، فإن هذه الشاشة ستنقل مجالًا مغناطيسيًا من خلال نفسها. علاوة على ذلك ، خلف هذه الشاشة ، سيكون المجال المغناطيسي هو نفسه تمامًا كما لو أن هذه الشاشة المغناطيسية لن تكون موجودة على الإطلاق.

يشير هذا إلى أنه حتى المغناطيسات المضمنة في مغناطيس قطري لن تعاني من ضعف المجال المغناطيسي لبعضها البعض. في الواقع ، حيث يوجد المغناطيس المحاط بالجدار ، لا يوجد ببساطة مغناطيس مغناطيسي في حجم هذا المغناطيس. ونظرًا لعدم وجود مغناطيس مغناطيسي حيث يوجد المغناطيس الحوائط ، فهذا يعني أن كلا المغناطيسين المحاطين بالجدران يتفاعلان بالفعل مع بعضهما البعض بنفس الطريقة كما لو لم يتم تثبيتهما في المغناطيس. إن المغناطيس المغناطيسي حول هذه المغناطيسات عديم الفائدة مثل الدرع الماس المغنطيسي المسطح بين المغناطيسات.

الماس المثالي

نحتاج إلى مادة ، بشكل عام ، لن تمرر خطوط المجال المغناطيسي من خلالها. من الضروري أن يتم إخراج خطوط القوة للمجال المغناطيسي من هذه المواد. إذا كانت خطوط قوة المجال المغناطيسي تمر عبر المادة ، فعندئذٍ ، خلف حاجز مصنوع من هذه المادة ، تستعيد قوتها بالكامل. هذا يتبع من قانون الحفاظ على التدفق المغناطيسي.

في قطر مغناطيسي ، يحدث ضعف المجال المغناطيسي الخارجي بسبب المجال المغناطيسي الداخلي المستحث. يخلق هذا المجال المغناطيسي المستحث تيارات دائرية للإلكترونات داخل الذرات. عند تشغيل مجال مغناطيسي خارجي ، يجب أن تبدأ الإلكترونات الموجودة في الذرات في التحرك حول خطوط قوة المجال المغناطيسي الخارجي. إنها حركة دائرية مستحثة للإلكترونات في الذرات وتخلق مجالًا مغناطيسيًا إضافيًا ، والذي يتم توجيهه دائمًا ضد المجال المغناطيسي الخارجي. لذلك ، يصبح المجال المغناطيسي الكلي في سمك قطر المغناطيس أصغر من الخارج.

ومع ذلك ، لا يوجد تعويض كامل للحقل الخارجي بسبب المجال الداخلي المستحث. لا يوجد تيار دائري كافٍ في ذرات المغناطيس لتكوين نفس المجال المغناطيسي تمامًا مثل المجال المغناطيسي الخارجي. لذلك ، تظل خطوط القوة للمجال المغناطيسي الخارجي في سمك قطر المغناطيس. المجال المغناطيسي الخارجي ، كما كان ، "يخترق" مادة قطرها من خلال ومن خلال.

المادة الوحيدة التي تدفع خطوط المجال المغناطيسي خارج نفسها هي موصل فائق. في الموصل الفائق ، يحرض مجال مغناطيسي خارجي مثل هذه التيارات الدائرية حول خطوط قوة المجال الخارجي التي تخلق مجالًا مغناطيسيًا موجهًا بشكل معاكس يساوي تمامًا المجال المغناطيسي الخارجي. وبهذا المعنى ، فإن الموصل الفائق هو مغناطيس مغناطيسي مثالي.

على سطح الموصل الفائق ، يتم توجيه متجه شدة المجال المغناطيسي دائمًا على طول هذا السطح بشكل عرضي إلى سطح الجسم فائق التوصيل. على سطح الموصل الفائق ، لا يحتوي متجه المجال المغناطيسي على مكون موجه بشكل عمودي على سطح الموصل الفائق. لذلك ، فإن خطوط القوة للمجال المغناطيسي تدور دائمًا حول جسم فائق التوصيل من أي شكل.

الانحناء حول موصل فائق بواسطة خطوط المجال المغناطيسي

لكن هذا لا يعني على الإطلاق أنه إذا تم وضع شاشة فائقة التوصيل بين مغناطيسين ، فإنها ستحل المشكلة. الحقيقة هي أن خطوط القوة للمجال المغناطيسي للمغناطيس ستنتقل إلى مغناطيس آخر ، متجاوزة درع الموصل الفائق. لذلك ، من شاشة مسطحة فائقة التوصيل ، لن يكون هناك سوى ضعف في تأثير المغناطيس على بعضها البعض.

سيعتمد هذا الضعف في تفاعل المغناطيسين على مقدار زيادة طول خط القوة الذي يربط المغناطيسين ببعضهما البعض. كلما زاد طول خطوط القوة المتصلة ، قل تفاعل مغناطيسين مع بعضهما البعض.

هذا هو بالضبط نفس التأثير كما لو قمت بزيادة المسافة بين المغناطيس دون أي شاشة فائقة التوصيل. إذا قمت بزيادة المسافة بين المغناطيس ، فإن أطوال خطوط قوة المجال المغناطيسي تزداد أيضًا.

هذا يعني أنه لزيادة أطوال خطوط القوة التي تربط مغناطيسين متجاوزين الشاشة فائقة التوصيل ، من الضروري زيادة أبعاد هذه الشاشة المسطحة من حيث الطول والعرض. سيؤدي ذلك إلى زيادة أطوال خطوط التجاوز للقوة. وكلما زاد حجم الشاشة المسطحة مقارنة بالمسافة بين المغناطيسات ، أصبح التفاعل بين المغناطيسين أصغر.

يختفي التفاعل بين المغناطيس تمامًا فقط عندما يصبح حجم الشاشة فائقة التوصيل المسطحة غير محدود. هذا تناظري للوضع عندما تم فصل المغناطيسات إلى مسافة كبيرة لا متناهية ، وبالتالي أصبح طول خطوط المجال المغناطيسي التي تربطها بلا حدود.

من الناحية النظرية ، هذا ، بالطبع ، يحل المهمة المطروحة تمامًا. لكن من الناحية العملية ، لا يمكننا صنع شاشة مسطحة فائقة التوصيل ذات أبعاد لا نهائية. أرغب في الحصول على حل يمكن تنفيذه عمليًا في المختبر أو في الإنتاج. (لم نعد نتحدث عن الظروف المعيشية ، لأنه من المستحيل صنع موصل فائق في الحياة اليومية).

فصل الفضاء بواسطة موصل فائق

بمعنى آخر ، يمكن تفسير الشاشة المسطحة ذات الأبعاد الكبيرة بشكل لا نهائي على أنها مقسم للفضاء ثلاثي الأبعاد بأكمله إلى جزأين غير متصلين ببعضهما البعض. لكنها ليست مجرد شاشة مسطحة ذات أبعاد لا نهائية يمكنها تقسيم المساحة إلى جزأين. يقسم أي سطح مغلق أيضًا المساحة إلى قسمين ، إلى حجم داخل سطح مغلق وحجم خارج سطح مغلق. على سبيل المثال ، أي كرة تقسم الفضاء إلى جزأين: الكرة داخل الكرة وكل شيء في الخارج.

لذلك ، فإن الكرة فائقة التوصيل هي عازل مجال مغناطيسي مثالي. إذا وضعت مغناطيسًا في مثل هذه الكرة فائقة التوصيل ، فلن تتمكن أي أداة على الإطلاق من اكتشاف ما إذا كان هناك مغناطيس داخل هذا المجال أم لا.

وعلى العكس من ذلك ، إذا تم وضعك داخل مثل هذا المجال ، فلن تعمل الحقول المغناطيسية الخارجية عليك. على سبيل المثال ، لا يمكن اكتشاف المجال المغناطيسي للأرض داخل مثل هذا المجال فائق التوصيل بواسطة أي أجهزة. داخل هذه الكرة فائقة التوصيل ، سيكون من الممكن اكتشاف المجال المغناطيسي فقط من تلك المغناطيسات التي ستكون أيضًا داخل هذا المجال.

وبالتالي ، حتى لا يتفاعل المغناطيسان مع بعضهما البعض ، يجب وضع أحد هذين المغناطيسين داخل الكرة فائقة التوصيل ، ويجب ترك الآخر بالخارج. ثم المجال المغناطيسي للمغناطيس الأول سوف يتركز بالكامل داخل الكرة ولن يتجاوز هذا المجال. لذلك ، لن يشعر المغناطيس الثاني بوجود الأول. وبالمثل ، لن يتمكن المجال المغناطيسي للمغناطيس الثاني من الزحف إلى داخل الكرة فائقة التوصيل. وبالتالي ، لن يشعر المغناطيس الأول بالوجود الوثيق للمغناطيس الثاني.

أخيرًا ، يمكننا تحويل وتحريك كلا المغناطيسين كما نحب. صحيح أن المغناطيس الأول محدود في تحركاته بنصف قطر الكرة فائقة التوصيل. لكن يبدو ذلك فقط. في الواقع ، يعتمد تفاعل مغناطيسين فقط على موقعهما النسبي ودورانهما حول مركز ثقل المغناطيس المقابل. لذلك ، يكفي وضع مركز جاذبية المغناطيس الأول في مركز الكرة ووضع أصل الإحداثيات هناك في مركز الكرة. سيتم تحديد جميع الخيارات الممكنة لموقع المغناطيس فقط من خلال جميع الخيارات الممكنة لموقع المغناطيس الثاني بالنسبة للمغناطيس الأول وزوايا دورانها حول مراكز كتلتها.

بالطبع ، بدلاً من الكرة ، يمكنك أن تأخذ أي شكل سطح آخر ، على سبيل المثال ، بيضاوي الشكل أو سطح مربع الشكل ، إلخ. لو فقط قسمت المساحة إلى قسمين. بمعنى ، لا ينبغي أن يكون هناك ثقب في هذا السطح يمكن من خلاله أن يزحف خط القوة ، والذي سيربط المغناطيس الداخلي والخارجي.