Ako odtieniť magnetické pole

Dá sa magnetické pole odtieniť, aby magnet priťahoval iba z jednej strany? Ako dosiahnuť, aby sa dva magnety prestali priťahovať alebo odpudzovať? Potrebujete ochrániť citlivý prístroj pred účinkami magnetického poľa?

Keď medzi magnet a spinky na obrázku umiestnite drevo, plast, sklo, hliník alebo papier, spinky budú naďalej priťahované k magnetu. Ak dáte pod magnet oceľový nôž, spinky spadnú:

Nôž odtienil magnetické pole a spinky prestali byť priťahované. Ako je to možné?

Odklonenie siločiar

Siločiary magnetického poľa vždy tvoria uzavreté slučky. Prechádzajú cez celý magnet, vychádzajú zo severného pólu a vchádzajú do južného pólu. Väčšia hustota siločiar znamená silnejšie magnetické pole. Najsilnejšie je magnetické pole vo vnútri magnetu a na póloch. So zväčšujúcou sa vzdialenosťou od magnetu hustota siločiar klesá.

Žiaden materiál nedokáže zastaviť magnetické siločiary. Existujú však materiály ako oceľ, ktoré ich dokážu odkloniť. Ak umiestnite vedľa magnetu oceľový plech, siločiary začnú k južnému pólu prechádzať cez plech, ktorý pre ne predstavuje cestu menšieho odporu. Napravo od plechu žiadne siločiary nie sú, preto na kovové predmety za plechom nebude pôsobiť magnetická sila.

 

Ak potrebujete ochrániť citlivý prístroj pred magnetickým poľom, môžete ho tiež umiestniť do oceľového obalu. Siločiary budú prechádzať cez obal a prístroj obídu:

Antimagnetický obal: na predmety v krúžku nebude pôsobiť magnetické pole.

Ktoré materiály tienia?

Akékoľvek feromagnetické materiály:

  • železo
  • nikel
  • kobalt
  • materiály obsahujúce tieto kovy (napríklad oceľ alebo ferit)
  • niektoré zlúčeniny kovov vzácnych zemín (napríklad CrO2)

Všetky ostatné materiály (nemagnetické kovy, drevo, plast, sklo, kartón, polystyrén…) nemajú žiadny vplyv na magnetické siločiary.

Akýkoľvek materiál, ktorý je priťahovaný k magnetom dokáže tieniť magnetické pole. Pri silných magnetoch sa najčastejšie sa používa oceľ, lebo je ľahko dostupná a dokáže absorbovať veľké množstvo siločiar. Pozor, niektoré druhy nehrdzavejúcej ocele nie sú feromagnetické a nedajú sa použiť na tienenie. Na slabé magnetické polia sa najčastejšie používa špeciálny tieniaci materiál MuMetal.

Nie všetky feromagnetické materiály sú rovnako efektívne. Dôležité vlastnosti sú vysoká permeabilita a bod nasýtenosti.

Permeabilita

Magnetické siločiary sa snažia dostať od severného k južnému pólu cestou najmenšieho odporu. Za normálnych okolností si vyberú tú najkratšiu cestu. Zároveň si držia odstup od ostatných siločiar akoby sa siločiary navzájom odpudzovali.

Permeabilita meria, aký je materiál dobrý “vodič” magnetického poľa. Cez vysoko permeabilné materiály sa magnetickým siločiaram ľahko cestuje. Preto niekedy uprednostnia cestu cez permeabilný materiál, aj keď je dlhšia a bližšie k ostatným siločiaram:

Vzduch
Oceľ
MuMetal

Čím má materiál väčšiu permeabilitu, tým lepšie priťahuje okolité siločiary. Oceľ má 2000-krát väčšiu permeabilitu ako vzduch. Špecializovaný materiál pre magnetické tienenie MuMetal má permeabilitu až 300 000-krát väčšiu ako vzduch.

Bod nasýtenosti

Bod nasýtenosti určuje maximálnu hustotu siločiar, ktorú materiál dokáže uniesť. Ak je siločiar priveľa, materiál sa nasýti a nie je schopný prijať ďalšie siločiary, čím sa znižuje jeho tieniaci efekt. Materiály z vysokou permeabilitou sa zvyknú nasýtiť rýchlejšie než menej permeabilné materiály.

MuMetal je ideálny pre slabé polia, lebo vďaka svojej vysokej permeabilite prepustí veľmi málo siločiar. Pri silných magnetických poliach však dôjde k nasýteniu a prebytočné siločiary nebudú odtienené. Oceľ dokáže absorbovať oveľa viac siločiar, má však menšiu permeabilitu a malú časť magnetického poľa vždy prepustí.

VzduchOceľMuMetal
Relatívna permeabilita12 000300 000
Bod nasýtenostinekonečno22 000 Gauss8 000 Gauss

Vo väčšine prípadov je oceľ vhodným materiálom. Oceľ používame aj my na odtienenie balíkov pri posielaní silných magnetov poštou.

Ak máte problém s nasýtením, môžete skúsiť:

  1. Použiť hrubší plech. Zvýši to však hmotnosť a cenu tieniaceho materiálu.
  2. Použiť materiál s vyšším bodom nasýtenosti (napríklad oceľ namiesto MuMetal). Zníži to však permeabilitu.
  3. Umiestniť plech ďalej od magnetu, kde je magnetické pole slabšie. Plech potom ale musí byť väčší.
  4. Natočiť plech kolmo na magnetické pole zeme, ktoré inak tiež prispieva k nasýtenosti.

Ďalšie tipy od SilneMagnety.sk

Uzavrite obvod

Ak chcete odtieniť magnet alebo citlivé zariadenie, obklopte ho tieniacim materiálom zo všetkých strán (nielen smerom k magnetu). Vytvoríte tak uzavretý magnetický obvod, ktorý tieni lepšie.

Obmedzte medzery

Umožnite magnetický siločiaram, aby plynule prešli z jedného plechu do druhého. Siločiary dokážu prekonať malú vzduchovú medzeru, väčšie medzery môžu oslabiť tieniaci efekt. Ak používate plechy, mali by sa prekrývať:

Výsledok bude ešte lepší, ak k sebe plechy pritlačíte a zvýšite styčnú plochu.

Viac vrstiev

Niekoľko tenších vrstiev tieni lepšie, než jedna hrubá vrstva. Tieniace plechy môžete oddeliť plastom, kartónom alebo iným materiálom:

Oblé hrany

Siločiary nedokážu náhle zmeniť smer o 90°. Pri ostrých hranách budú pokračovať rovno a opustia plech. Hrany plechov skúste čo najviac zaobliť.

Menší je lepší

Citlivé predmety je lepšie obaliť menším štítom. Veľký štít výrazne mení dráhu siločiar, na čo potrebuje vysokú permeabilitu.

Malý štít tieni lepšie ako veľký. Okrúhly štít tieni lepšie ako štít s ostrými hranami.

Vysoká frekvencia

Pri striedavom magnetickom poli býva permeabilita tieniaceho materiálu nižšia. Tieniaci efekt začína pri väčšine materiálov slabnúť pri frekvenciách okolo 1kHz:

Pre vysokofrekvenčné polia sú vhodné tieniace materiály Finemet (frekvencia niekoľko kHz) alebo CobalTex (frekvencia niekoľko MHz).

Oceľ + MuMetal

Ak potrebujete zároveň vysoký bod nasýtenosti a vysokú permeabilitu, môžete použiť kombináciu ocele a materiálu s vysokou permeabilitou:

Oceľ odtieni väčšinu siločiar, ale časť ich prepustí. Mumetal odkloní zvyšné siločiary.

Ďalšie materiály

Aj keď MuMetal je najčastejšou voľbou pri slabých poliach, na trhu existujú alternatívy s rôznou peremabilitou a bodom nasýtenosti. Vyskúšať môžete:

  • Giron
  • Magnet Shield
  • PaperShield
  • Shieldene (nehrzavie)
  • Jointshield

Dva magnety

Ako odtieniť príťažlivú silu

Ak potrebujete, aby sa dva magnety prestali priťahovať, situácia je zložitejšia. Keď umiestnite oceľový plech medzi magnety, prestanú na seba vzájomne pôsobiť, ale obidva budú priťahované k plechu medzi nimi. Keďže plech je bližšie ako druhý magnet, sila medzi magnetom a plechom bude ešte väčšia ako bola predtým sila medzi magnetmi. V konečnom dôsledku budú magnety priťahované smerom k druhému magnetu ešte silnejšie ako predtým.

Existuje tieniaci materiál, ktorý nepriťahuje magnety?

Nie. Akékoľvek materiály s vysokou permeabilitou budú priťahovať magnety. Ak materiál nie je priťahovaný k magnetom, nedokáže ovplyvňovať dráhu magnetických siločiar.

Tento problém sa dá vyriešiť použitím dvoch plechov. Magnet naľavo bude priťahovaný k ľavému plechu. Magnet napravo bude priťahovaný k pravému plechu. Magnety ani plechy sa už vzájomne nepriťahujú. Medzi magnet a plech môžete umiestniť výplňový materiál, napríklad polystyrén. Alebo plech umiestnite priamo na magnet. Vtedy ale môže dôjsť k nasýteniu, záleží na sile magnetu, hrúbke plechu a materiáli, z ktorého je plech vyrobený.

Na odtienenie príťažlivej sily medzi dvoma magnetmi sú potrebné dva plechy.

Ako odtieniť odpudivú silu

Pri odpudzujúcich sa magnetoch stačí použiť jeden plech. Pri vhodnej hrúbke plechu a vzdialenosti magnetov sa dá dosiahnuť, aby príťažlivá sila medzi magnetom a plechom bola rovnaká ako odpudivá sila medzi magnetmi. Sily sa navzájom vyrušia a magnety ostanú stáť na mieste.

Samozrejme je stále možné použiť dva plechy ako v predošlom prípade.


Ďalšie články