41. Магнитное экранирование витка с током при частоте равной нулю

Магнитное экранирование (магнитная защита) – защита объекта от воздействия магнитных полей (как постоянных, так и переменных). Современные исследования в ряде областей науки (физика, геология, планетология, биомагнетизм) и техники (космические исследования, атомная энергетика, материаловедение) часто связаны с регистрацией сверхслабых магнитных полей ~10^-14–10^-12 Тл в широком частотном диапазоне.

Эффективность магнитного экранирования существенно зависит от характера источника поля. Очевидно, что разнообразие возможных источников бесконечно; однако любой реальный источник может быть с необходимой степенью точности представлен в виде более или менее сложной совокупности электрических диполей и витков с током (так называемых магнитных диполей).

Как известно, вокруг витка с постоянным током существует постоянное магнитное поле с напряженностью H₀, зависящей от точки измерения. Естественно, что кроме постоянного магнитного поля также будет существовать и некоторое электрическое поле E. Однако, экранирование источника постоянного электрического поля, здесь является несколько второстепенной задачей, и далее рассматриваться не будет.

Окружим виток с проводом замкнутым экраном (рис. 7.1). Если экран изготовлен из немагнитного материала, т.е. из материала с относительной магнитной проницаемостью μ ≈ 1(медь, алюминий и т. п.), то он не окажет на магнитное поле никакого влияния (рис. 7.1, а), т. е. эффективность экранирования будет равна единице. (Утверждение справедливо в установившемся режиме).

Рис. 7.1. Экранирование витка провода с постоянным током

В случае экрана, изготовленного из материала с μ > 1, материал экрана намагнитится в направлении противоположном экранируемому магнитному полю, и созданное им вторичное поле, в соответствии с принципом суперпозиции приведет к суммарному ослаблению магнитного поля вне экрана (рис. 7.1, б). Другими словами можно сказать, что силовые линии поля витка, встречая экран, обладающий меньшим магнитным сопротивлением, чем свободное пространство, стремятся пройти по стенкам экрана и в меньшей степени проникают в пространство вне экрана.

Если виток бесконечно мал (элементарный магнитный диполь) и расположен в центре шарового экрана с внутренним радиусом R и толщиной стенок d, то эффективность экранирования можно оценить из выражения (7.1).

(7.1)

При μ >> 1 и R >> d вместо выражения (7.1) для оценки эффективности экранирования можно пользоваться несколько более упрощенной формулой, имеющей вид (7.2).

(7.2)

Таким образом, становится очевидным, что для получения значительной эффективности экранирования следует использовать толстостенный экран с большим показателем магнитной проницаемости.

Кроме того, для приближенной оценки эффективности экранирования использование формул (7.1) и (7.2) также допустимо в случае витка или катушки конечных размеров и экранов, имеющих форму отличную от шара, заменяя его при этом шаром равного объема.