Blindagem de campo magnético de ímã permanente, blindagem de campo magnético alternado

Para reduzir a força do campo magnético de um ímã permanente ou um campo magnético alternado de baixa frequência com correntes alternadas em uma determinada região do espaço, use blindagem magnética… Em comparação com um campo elétrico, que é facilmente protegido pela aplicação Células de Faraday, o campo magnético não pode ser completamente blindado, só pode ser enfraquecido até certo ponto em um determinado local.

Na prática, para fins de investigação científica, na medicina, na geologia, em algumas áreas técnicas relacionadas com o espaço e a energia nuclear, os campos magnéticos muito fracos são muitas vezes blindados, indução que raramente excede 1 nT.

Estamos falando de campos magnéticos permanentes e campos magnéticos variáveis ​​em uma ampla faixa de frequência. A indução do campo magnético da Terra, por exemplo, não ultrapassa 50 μT em média; tal campo, juntamente com o ruído de alta frequência, é mais fácil de atenuar pela blindagem magnética.

Quando se trata de blindagem de campos magnéticos dispersos em eletrônica de potência e engenharia elétrica (ímãs permanentes, transformadores, circuitos de alta corrente), geralmente é suficiente simplesmente localizar uma parte significativa do campo magnético em vez de tentar eliminá-lo completamente. escudo ferromagnético — para blindagem de campos magnéticos permanentes e de baixa frequência

A primeira e mais fácil maneira de proteger o campo magnético é o uso de um escudo ferromagnético (corpo) na forma de um cilindro, folha ou esfera. O material de tal casca deve ter alta permeabilidade magnética e baixa força coercitiva.

Quando tal blindagem é colocada em um campo magnético externo, a indução magnética no ferroímã da própria blindagem acaba sendo mais forte do que dentro da área blindada, onde a indução será correspondentemente menor.

Vamos considerar um exemplo de tela na forma de um cilindro oco.

A figura mostra que as linhas de indução do campo magnético externo que penetram na parede da tela ferromagnética são espessadas dentro dela e diretamente na cavidade do cilindro, portanto as linhas de indução serão mais rarefeitas. Ou seja, o campo magnético dentro do cilindro permanecerá mínimo. Para o desempenho de alta qualidade do efeito desejado, são utilizados materiais ferromagnéticos com alta permeabilidade magnética, como permalóide ou mu-metal.

A propósito, simplesmente engrossar a parede da tela não é a melhor maneira de melhorar sua qualidade.Muito mais eficazes são as blindagens ferromagnéticas multicamadas com lacunas entre as camadas que compõem a blindagem, onde o coeficiente de blindagem será igual ao produto dos coeficientes de blindagem das camadas individuais - a qualidade da blindagem de uma blindagem multicamada será melhor do que o efeito de uma camada contínua com espessura igual à soma das camadas superiores.

Graças às telas ferromagnéticas multicamadas, é possível criar salas blindadas magneticamente para vários estudos. As camadas externas de tais telas são feitas neste caso de ferromagnetos, que saturam em altos valores de indução, enquanto suas camadas internas são de mu metal, permaloid, metglass, etc. — de ferromagnetos que saturam em valores mais baixos de indução magnética.

Escudo de cobre — para proteger campos magnéticos alternados

Se for necessário blindar um campo magnético alternado, então são usados ​​materiais com alta condutividade elétrica, como mel.

Neste caso, o campo magnético externo variável induzirá correntes de indução na tela condutora, que cobrirá o espaço do volume protegido, e a direção dos campos magnéticos dessas correntes de indução na tela será oposta ao campo magnético externo , cuja proteção é assim organizada. Portanto, o campo magnético externo será parcialmente compensado.

Além disso, quanto maior a frequência das correntes, maior o coeficiente de blindagem. Consequentemente, para frequências mais baixas e ainda mais para campos magnéticos constantes, as telas ferromagnéticas são as mais adequadas.

O coeficiente de peneiramento K, dependendo da frequência do campo magnético alternado f, do tamanho da tela L, da condutividade do material da peneira e de sua espessura d, pode ser encontrado aproximadamente pela fórmula:

Aplicação de telas supercondutoras

Como você sabe, um supercondutor é capaz de desviar completamente o campo magnético de si mesmo. Este fenômeno é conhecido como efeito Meissner… De acordo com regra de Lenz, qualquer mudança no campo magnético no supercondutor gera correntes de indução que, com seus campos magnéticos, compensam a variação do campo magnético no supercondutor.

Se compararmos com um condutor comum, então em um supercondutor as correntes de indução não enfraquecem e, portanto, são capazes de exercer um efeito magnético compensador por um tempo infinitamente (teoricamente) longo.

As desvantagens do método podem ser consideradas seu alto custo, a presença de um campo magnético residual dentro da tela que existia antes da transição do material para um estado supercondutor, bem como a sensibilidade do supercondutor à temperatura. Nesse caso, a indução magnética crítica para supercondutores pode chegar a dezenas de tesla.

Método de blindagem com compensação ativa

Para reduzir o campo magnético externo, pode ser especificamente criado um campo magnético adicional igual em magnitude, mas oposto em direção ao campo magnético externo do qual uma determinada área deve ser protegida.

Isso é alcançado por meio da implementação bobinas de compensação especiais (bobinas de Helmholtz) — um par de bobinas condutoras de corrente dispostas coaxialmente idênticas que são separadas por uma distância do raio da bobina. Um campo magnético bastante uniforme é obtido entre essas bobinas.

Para obter a compensação de todo o volume de uma determinada área, você precisa de pelo menos seis dessas bobinas (três pares), que são colocadas de acordo com uma tarefa específica.

Aplicações típicas para tal sistema de compensação são proteção contra perturbações de baixa frequência geradas por redes elétricas (50 Hz), bem como blindagem do campo magnético da terra.

Normalmente, sistemas desse tipo funcionam em conjunto com sensores de campo magnético. Ao contrário das blindagens magnéticas, que reduzem o campo magnético junto com o ruído em todo o volume delimitado pela blindagem, a proteção ativa por meio de bobinas de compensação permite eliminar distúrbios magnéticos apenas na área local para a qual está sintonizada.

Independentemente do projeto do sistema de interferência antimagnética, cada um deles precisa de proteção antivibração, pois as vibrações da tela e do sensor contribuem para a geração de interferência magnética adicional da própria tela vibratória.