Cum să umbriți un câmp magnetic

Poate fi umbrit câmpul magnetic astfel încât magnetul să atragă doar dintr-o singură parte? Cum putem face ca doi magneți să nu se mai atragă sau să se respingă? Trebuie să protejați un dispozitiv sensibil de efectele unui câmp magnetic?

Dacă plasați lemn, plastic, sticlă, aluminiu sau hârtie între magnet și capsele din ilustrație, capsele vor continua să fie atrase de magnet. Dacă puneți un cuțit de oțel sub magnet, capsele vor cădea:

Cuțitul a umbrit câmpul magnetic și capsele au încetat să fie atrase. Cum este posibil?

Deviația liniilor de câmp magnetic

Liniile de câmp magnetic formează întotdeauna bucle închise. Ele trec prin întregul magnet, ies din polul nord și intră în polul sud. O densitate mai mare a liniilor înseamnă un câmp magnetic mai puternic. Cel mai puternic este câmpul magnetic din interiorul magnetului și de la poli. Pe măsură ce distanța față de magnet crește, densitatea liniilor de câmp magnetic scade.

Niciun material nu poate opri liniile de câmp magnetic. Cu toate acestea, există materiale, cum ar fi oțelul, care le pot devia. Dacă plasați o tablă de oțel lângă magnet, liniile câmpului magnetic vor începe să treacă prin tablă până la polul sud, ceea ce reprezintă o cale de cea mai mică rezistență pentru ele. Nu există linii ale câmpului magnetic în dreapta tablei, prin urmare forța magnetică nu va acționa asupra obiectelor metalice din spatele tablei.

Dacă trebuie să umbriți un dispozitiv sensibil de câmpurile magnetice, îl puteți plasa într-o carcasă de oțel. Liniile câmpului magnetic vor trece prin ambalaj, iar dispozitivul nu va fi afectat:

Scut magnetic de protecție — Ambalaj antimagnetic: obiectele din interior nu vor fi expuse la câmpuri magnetice.

Ce materiale pot umbri?

Orice material feromagnetic:

fier
nichel
cobalt
materiale care conțin aceste metale (de exemplu, oțel sau ferită)
unii compuși metalici de pământuri rare (de exemplu, CrO2)

Toate celelalte materiale (metale nemagnetice, lemn, plastic, sticlă, carton, polistiren…) nu au niciun efect asupra liniilor de câmp magnetic.

Orice material care este atras de magneți poate umbri câmpul magnetic. Oțelul este cel mai des utilizat pentru magneți puternici, deoarece este ușor accesibil și poate absorbi o cantitate mare de linii de câmp magnetic. Vă rugăm să rețineți că unele tipuri de oțel inoxidabil nu sunt feromagnetice și nu pot fi utilizate pentru umbrire. Materialul special de umbrire MuMetal este cel mai adesea utilizat pentru câmpurile magnetice slabe.

Nu toate materialele feromagnetice sunt la fel de eficiente. Caracteristicile importante sunt permeabilitatea ridicată și punctul de saturație.

Permeabilitate

Liniile câmpului magnetic încearcă să ajungă de la Polul Nord la Polul Sud prin cea mai mică rezistență. În condiții normale, ele vor alege cea mai scurtă cale. În același timp, ele păstrează distanța față de alte linii de forță, ca și cum liniile de forță s-ar respinge reciproc.

Permeabilitatea măsoară cât de bun este un „conductor” de câmp magnetic. Liniile de câmp magnetic sunt ușor de parcurs prin materiale foarte permeabile. Prin urmare, ele preferă uneori să călătorească prin materiale permeabile, chiar dacă sunt mai lungi și mai apropiate de alte linii de câmp magnetic:

Liniile de câmp care trec prin MuMetal — MuMetal

Cu cât este mai mare permeabilitatea materialului, cu atât atrage mai bine liniile din jur. Oțelul are o permeabilitate de 2000 de ori mai mare decât aerul. Materialul specializat de umbrire magnetică MuMetal are o permeabilitate de până la 300.000 de ori mai mare decât aerul.

Punctul de saturație

Punctul de saturație determină densitatea maximă a liniilor de câmp magnetic pe care le poate transporta materialul. Dacă există prea multe linii, materialul devine saturat și nu mai poate absorbi linii suplimentare, reducând astfel efectul său de umbrire. Materialele cu permeabilitate ridicată tind să se satureze mai repede decât materialele mai puțin permeabile.

MuMetal este ideal pentru câmpuri slabe, deoarece nu captează decât foarte puține linii de câmp magnetic datorită permeabilității sale ridicate. Cu toate acestea, în cazul câmpurilor magnetice puternice, se va produce saturarea și liniile în exces nu vor fi umbrite. Oțelul poate absorbi mult mai multe linii de câmp magnetic, dar are o permeabilitate mai mică și va lăsa întotdeauna să treacă o mică parte din câmpul magnetic.

	Aer	Oțel	MuMetal
Permeabilitatea relativă	1	2 000	300 000
Punctul de saturație	infinitatea	22 000 Gauss	8 000 Gauss

În majoritatea cazurilor, oțelul este un material adecvat. De asemenea, folosim oțelul pentru a umbri pachetele atunci când trimitem magneți puternici prin poștă.

Dacă aveți o problemă de saturație, puteți încerca:

Folosiți o foaie mai groasă. Totuși, acest lucru va crește greutatea și costul materialului de umbrire/protejare.
Utilizați un material cu un punct de saturație mai ridicat (de exemplu, oțel în loc de MuMetal). Cu toate acestea, acest lucru va reduce permeabilitatea.
Așezați foaia mai departe de magnet, unde câmpul magnetic este mai slab, dar placa trebuie să fie atunci mai mare.
Rotiți tabla perpendicular pe câmpul magnetic terestru, care altfel contribuie și el la saturație.

Sfaturi și recomandări de la Orodian.ro

Material de umbrire/protecție pe toate laturile

Dacă doriți să umbriți un magnet sau un dispozitiv sensibil, înconjurați-l cu material de protejare pe toate laturile (nu numai spre magnet). Acest lucru va crea un circuit magnetic închis care umbrește mai bine.

Limitarea decalajelor

Permiteți ca liniile de câmp magnetic să se deplaseze fără probleme de la o placă la alta. Liniile de câmp magnetic pot depăși un spațiu mic de aer, iar golurile mai mari pot slăbi efectul de umbrire. Dacă folosiți plăci, acestea trebuie să se suprapună:

Rezultatul va fi și mai bun dacă presați plăcile împreună și măriți suprafața de contact.

Mai multe straturi

Mai multe straturi mai subțiri protejează mai bine decât un singur strat gros. Puteți separa plăcile de protecție cu plastic, carton sau alt material:

Marginile rotunjite

Liniile câmpului magnetic nu își pot schimba brusc direcția cu 90 °. La marginile ascuțite, acestea vor continua drept și vor părăsi placa. Încercați să rotunjiți cât mai mult posibil marginile plăcilor.

Folosește o protecție mai mică

Este mai bine să înfășurați obiectele sensibile cu un scut mai mic. Scutul mare modifică semnificativ traiectoria liniilor de câmp magnetic, ceea ce necesită o permeabilitate ridicată.

Comparația scuturilor magnetice — Un scut mic protejează mai bine decât unul mare. Un scut rotund apără mai bine decât un scut cu margini ascuțite.

Frecvență ridicată

În cazul unui câmp magnetic alternativ, permeabilitatea materialului de protecție tinde să fie mai mică. Efectul de protecție începe să slăbească în cazul majorității materialelor la frecvențe de aproximativ 1kHz:

Pentru câmpurile de înaltă frecvență sunt potrivite materiale de umbrire precum Finemet (câteva kHz de frecvență) sau CobalTex (câteva MHz de frecvență).

Oțel + MuMetal

Dacă aveți nevoie atât de un punct de saturație ridicat, cât și de o permeabilitate ridicată, puteți utiliza o combinație de oțel și un material cu permeabilitate ridicată:

O combinație de oțel și material cu permeabilitate ridicată care deviază câmpul magnetic. — Oțelul va umbri majoritatea liniilor de câmp magnetic, dar o parte din ele oricum trec. Mumetal va devia liniile rămase.

Alte materiale

Deși MuMetal este cea mai frecventă alegere în câmpurile slabe, există alternative pe piață cu diferite puncte de permeabilitate și saturație. Puteți încerca:

Giron
Magnet Shield
PaperShield
Shieldene (nu ruginește)
Jointshield

Doi magneți

Cum se umbriți forța de tracțiune

Dacă aveți nevoie ca cei doi magneți să nu se mai atragă, situația este mai complicată. Când plasați placa de oțel între magneți, aceștia nu vor mai interacționa, dar cei doi vor fi atrași de placa dintre ei. Deoarece placa este mai aproape decât cel de-al doilea magnet, forța dintre magnet și placă va fi chiar mai mare decât forța dintre magneți înainte. În cele din urmă, magneții vor fi atrași spre cel de-al doilea magnet chiar mai puternic decât înainte.

Există un material de umbrire care să nu atragă magneții?

Nu. Orice material cu permeabilitate ridicată va atrage magneții. Dacă materialul nu este atras de magneți, acesta nu poate afecta traseul liniilor de câmp magnetic.

Această problemă poate fi rezolvată prin utilizarea a două plăci. Magnetul din stânga va fi atras de placa din stânga. Magnetul din dreapta va fi atras de placa din dreapta. Magneții și plăcile nu se mai atrag reciproc. Puteți plasa un material de umplutură, cum ar fi polistirenul, între magnet și placă. Sau așezați placa direct pe magnet. Cu toate acestea, se poate produce atunci o saturație, în funcție de forța de forța de atragere a magnetului, de grosimea plăcii și de materialul din care este fabricată placa.

Sunt necesare două plăci pentru a umbri forța de atragere dintre cei doi magneți.

Cum să umbriți forța de atracție repulsivă

Pentru magneții care se resping reciproc, este suficient să se folosească o singură placă. Cu o grosime adecvată a plăcii și o distanță corespunzătoare între magneți, se poate obține ca forța de atragere dintre magnet și placă să fie aceeași cu forța de respingere dintre magneți. Forțele se anulează reciproc, iar magneții rămân la locul lor.

Desigur, este în continuare posibil să se utilizeze două plăci, ca în cazul anterior.