Hogyan árnyékoljunk le egy mágneses mezőt?
Lehet-e a mágneses mezőt úgy árnyékolni, hogy a mágnes csak az egyik oldaláról vonzzon? Hogyan lehet elérni, hogy két mágnes ne vonzza vagy taszítsa egymást? Meg kell-e védeni egy érzékeny eszközt a mágneses mező hatásaitól?
Ha fát, műanyagot, üveget, alumíniumot vagy papírt helyez az ábrán látható mágnes és a kapcsok közé, a kapcsok továbbra is vonzódni fognak a mágneshez. Ha egy acélkést tesz a mágnes alá, a kapcsok leesnek:
A kés leárnyékolta a mágneses mezőt, és a kapcsok nem vonzódtak többé. Hogyan lehetséges ez?
A mágneses mező vonalainak eltérítése
A mágneses mező vonalai mindig zárt hurkokat alkotnak. A hurkok a mágnes egészén áthaladnak, az északi pólusból lépnek ki, és a déli pólusba érkeznek. A vonalak nagyobb sűrűsége erősebb mágneses teret jelent. A legerősebb a mágnes belsejében és a pólusoknál lévő mágneses tér. A mágnestől való távolság növekedésével a mágneses mező vonalainak sűrűsége csökken.
Semmilyen anyag nem állítja meg a mágneses mező erővonalait. Ugyanakkor léteznek olyan anyagok, mint például az acél, amelyek képesek őket eltéríteni. Ha egy acéllemezt helyezünk a mágnes mellé, akkor a mágneses erővonalak a mágneses lemezen keresztül a déli pólus felé kezdenek haladni, ami kisebb ellenállású utat jelent számukra. A lemez jobb oldalán nincsenek mágneses erővonalak, így a mágnes vonzóereje nem hat a lemez mögötti fémtárgyakra.
Ha egy érzékeny készüléket kell megvédenie a mágneses mezőktől, akkor acéltokba helyezheti. A mágneses erővonalak áthaladnak a burkolaton, és nem lesznek hatással a készülékre:
Milyen anyagok árnyékolhatnak?
Bármilyen ferromágneses anyag:
- vas
- nikkel
- kobalt
- ezeket a fémeket tartalmazó anyagok (például acél vagy ferrit)
- néhány ritkaföldfém vegyület (pl. CrO2)
Semmilyen más anyag (nem mágneses fémek, fa, műanyag, üveg, karton, polisztirol stb.) nincs hatással a mágneses erővonalakra.
Bármilyen anyag, amely vonzza a mágneseket, leárnyékolhatja a mágneses mezőt. Az erős mágnesekhez leggyakrabban az acélt használják, mert könnyen hozzáférhető és nagy mennyiségű mágneses erővonalat képes elnyelni. Felhívjuk figyelmét, hogy a rozsdamentes acél egyes típusai nem ferromágnesesek, és nem használhatók árnyékolásra. A MuMetal speciális árnyékoló anyagot leggyakrabban gyenge mágneses mezők árnyékolásához használják.
Nem minden ferromágneses anyag egyformán hatékony. Fontos jellemzők a magas permeabilitás és a telítési mágnesezettség.
Permeabilitás (áteresztőképesség)
A mágneses mezővonalak a legkisebb ellenállás mentén próbálnak eljutni az északi pólusból a déli pólusba. Normál körülmények között a legrövidebb utat választják. Ugyanakkor távolságot tartanak más erővonalaktól, mintha az erővonalak taszítanák egymást.
A permeabilitás azt méri, hogy a mágneses mező milyen jó „vezető”. A mágneses erővonalak könnyen áthaladnak a nagy áteresztőképességű anyagokon, ezért néha szívesebben haladnak át az áteresztő anyagon, még akkor is, ha az a hosszabb út, és közelebb van más mágneses erővonalakhoz.
Minél nagyobb az anyag áteresztőképessége, annál jobban vonzza a környező vonalakat. Az acél 2000-szer nagyobb áteresztőképességgel rendelkezik, mint a levegő. A MuMetal speciális mágneses árnyékoló anyag permeabilitása akár 300 000-szer nagyobb, mint a levegőé.
Telítési mágnesezettség
Az anyag telítési mágnesezettsége a mágneses erővonalak maximális sűrűsége, amelyet az anyag még képes hordozni. Ha túl sok az erővonal, az anyag telítődik, és nem képes további vonalakat elnyelni, így csökken az árnyékoló hatása. A nagy permeabilitású anyagok általában gyorsabban telítődnek, mint a kevésbé áteresztő anyagok.
A MuMetal ideális a gyenge mezőkhöz, mert nagy permeabilitása miatt sok mágneses erővonalat fog be. Erős mágneses mezők esetén azonban telítődés lép fel, és a fennmaradó vonalak nem árnyékolódnak. Az acél sokkal több mágneses erővonalat képes elnyelni, de kisebb a permeabilitása, így sosem árnyékolja a mágneses mező teljes részét.
| Levegő | Acél | MuMetal | |
|---|---|---|---|
| Relatív permeabilitás | 1 | 2 000 | 300 000 |
| Telítési mágnesezettség | végtelen | 22 000 Gauss | 8 000 Gauss |
A legtöbb esetben az acél a megfelelő anyag. Erős mágnesek postára küldésekor a csomagok árnyékolására is acélt használunk.
Ha telítettségi problémája van, kipróbálhatja, hogy:
- Vastagabb lapot használ. Ez azonban növeli az árnyékoló anyag súlyát és költségét.
- Magasabb telítési ponttal rendelkező anyagot használ (pl. acélt a MuMetal helyett). Ez azonban csökkenti a permeabilitást.
- Távolabb helyezi a lemezt a mágnestől, ahol a mágneses mező gyengébb, de a lemeznek ekkor nagyobbnak kell lennie.
- A lemezt a földi mágneses mezőre merőleges helyzetbe fordítja, ami egyébként szintén hozzájárul a telítődéshez.
Még több tipp az Orodian.hu-tól
Árnyékoló anyag minden oldalon
Ha egy mágnest vagy érzékeny eszközt akar árnyékolni, minden oldalról vegye körül árnyékoló anyaggal (ne csak a mágnes felől). Ez zárt mágneses teret hoz létre, amely jobban árnyékol.
Hézagok határolása
Hagyja, hogy a mágneses erővonalak simán áthaladjanak egyik lapról a másikra. A mágneses erővonalak egy kis légrésen át is képesek kiszökni, a nagyobb rések gyengíthetik az árnyékoló hatást. Ha lapokat használ, azoknak át kell fedniük egymást:
Az eredmény még jobb lesz, ha a lapokat szorosan egymáshoz nyomja, és növeli az érintkezési felületüket.
Több réteg
Több vékonyabb réteg jobban árnyékol, mint egy vastag réteg. Az árnyékoló lapokat elválaszthatja egymástól műanyaggal, kartonnal vagy más anyaggal:
Lekerekített élek
A mágneses erővonalak nem képesek a hirtelen, 90°-os irányváltásra. Az éles széleknél egyenesen haladnak tovább, és elhagyják a lapot. Próbáljuk meg a lapok széleit a lehető legjobban lekerekíteni.
A kisebb jobb
Az érzékeny tárgyakat jobb, ha kisebb burkolattal kerítjük be. A nagy árnyékoló jelentősen megváltoztatja a mágneses erővonalak pályáját, ami nagy permeabilitást igényel.
Magas frekvencia
Váltakozó mágneses tér esetén az árnyékoló anyag permeabilitása általában alacsonyabb. Az árnyékoló hatás a legtöbb anyag esetében 1 kHz körüli frekvencián kezd gyengülni:
A nagyfrekvenciás mezőkhöz olyan árnyékoló anyagok alkalmasak, mint a Finemet (több kHz-es frekvencia) vagy a CobalTex (több MHz-es frekvencia).
Acél és MuMetal
Ha egyszerre van szüksége magas telítési pontra és magas áteresztőképességre, akkor használhatja az acél és a magas permeabilitású anyag kombinációját:
Más anyagok
Bár a gyenge mezőknél leggyakrabban a MuMetalt választják, a piacon különböző permeabilitású és telítési mágnesezettségű alternatívák vannak, például:
- Giron
- Magnet Shield
- PaperShield
- Shieldene (nem rozsdásodik)
- Jointshield
Két mágnes
Hogyan árnyékoljuk a húzóerőt?
Ha a két mágnes vonzását kell megszüntetni, a helyzet bonyolultabb. Ha az acéllemezt a mágnesek közé helyezzük, akkor azok nem lépnek kölcsönhatásba egymással, de a kettő vonzódik a közöttük lévő lemezhez. Mivel a lemez közelebb van, mint a második mágnes, a mágnes és a lemez közötti erő még nagyobb lesz, mint a mágnesek közötti erő korábban. Végső soron a mágnesek még erősebben vonzódnak a második mágneshez, mint korábban.
Van olyan árnyékoló anyag, amely nem vonzza a mágneseket?
Nem. Minden nagy áteresztőképességű anyag vonzza a mágneseket. Ha az anyag nem vonzaná a mágneseket, akkor nem tudná befolyásolni a mágneses erővonalak útját.
Ez a probléma megoldható két lemez használatával. A bal oldali mágnest a bal oldali lemez vonzza. A jobb oldali mágnest a jobb oldali lemez fogja vonzani. A mágnesek és a lemezek már nem vonzzák egymást. A mágnes és a lemez közé helyezhet töltőanyagot, például polisztirolt. Vagy helyezze a lemezt közvetlenül a mágnesre. Ekkor azonban telítődés léphet fel a mágnes vonzóerejétől, a lemez vastagságától és attól függően, hogy milyen anyagból készült a lemez.
Két lemezre van szükség a két mágnes közötti vonzóerő árnyékolásához.
Hogyan lehet árnyékolni a taszítóerőt?
Az egymást taszító mágnesek esetében elegendő egy lemezt használni. Megfelelő lemezvastagsággal és mágneses távolsággal elérhető, hogy a mágnes és a lemez közötti vonzóerő megegyezzen a mágnesek közötti taszítóerővel. Az erők kioltják egymást, és a mágnesek a helyükön maradnak.
Természetesen továbbra is lehetséges, hogy két lapot használjunk, mint az előző esetben.
