مگنت شیلدینگ2

بهترین مواد برای شیلد مگنت ( به دام انداختن میدان مغناطیسی ) چیست؟ چگونه می توان میدان مغناطیسی را بلوکه کرد؟ آیا تا به حال فکر کرده اید چگونه می توان یک شیلد مگنت ساخت؟ آیا می دانستید می توان با به دام انداختن میدان مغناطیسی یک آهنربا از یک طرف، خاصیت آهنربا فقط از یک طرف اعمال شود؟ آیا نیاز دارید که یک ماده ی حساس به میدان مغناطیسی را از حضور میدان در امان نگه دارید؟

شیلد مگنت چیست؟

در درجه اول توجه به این نکته حائز اهمیت است که شیلد مگنت، میدان مغناطیسی را متوقف نمی کند. در واقع هیچ ماده ای نمی تواند از حرکت میدان مغناطیسی از قطب N بهS در فضا جلوگیری کند. شیلد مگنت فقط راستای حرکت میدان مغناطیسی را عوض می کند. در سه عکس زیر، جهت حرکت شارهای مغناطیسی را ملاحظه می کنید. در عکس اول که آهنربا به تنهایی در فضا قرار دارد، میدان مغناطیسی در راستای خود در هوا از N به S حرکت می کند. در عکس دوم یک صفحه ی فولادی در کنار آهنربا قرار داده شده است و خطوط میدان پس از حرکت از قطب N وارد صفحه شده اند ودر آنجا به حالت اشباع در آمده اند و در اصل بلوکه شده اند. سپس از نقاط مشخص شده از صفحه خارج شده اند و به قطب S بازگشته اند. در عکس سوم یک حجم فولادی بخشی از خطوط شار مغناطیسی در اطراف خود را به داخل خود کشانده است و از شار مغناطیسی در آن قسمت از محیط کاسته است.

چه موادی چنین خاصیتی دارند؟

ساده ترین جواب به این سوال این است: فلزات فرومغناطیس یعنی هر آلیاژی که شامل نیکل، کبالت و آهن باشد. ( بیشتر آلیاژهای فولادی این خاصیت را دارند ) فولاد بسیار پر کاربرد و فراگیر و ارزان است و بهترین گزینه برای داشتن چنین ماده ای است. به یاد داشته باشید بعضی از اقسام آلیاژهای استیل ها نظیر خانواده 300، فرو مغناطیس نیستند.

ضخامت شیلد مگنت چه مقدار باید باشد؟

جواب این سوال وابسته به پارامترهای زیادی است. مقدار میدان مغناطیسی که می خواهید بلوکه شود چقدر است؟ فاصله ی آن صفحه تا مگنت چقدر می خواهید باشد؟ این کار برای دور کردن میدان از چه چیزی می خواهید انجام دهید؟ چه مقدار فضا یا سطح دارید؟ شیلد مگنت شما می خواهید به چه شکل باشد؟ و….

اما جواب همه ی این سوالات با این نکته بدست می آید؛ زمانی که شیلد مگنت ( هرشکل و ابعاد و اندازه ) ضخامت کمی داشته باشد، قادر نیست تمامی خطوط میدان در آن قسمت را در خود بلوکه کند و شار از صفحه نیز عبور می کند و در فضا جریان می یابد. پس باید ضخامت شیلد مگنت را تا جایی افزایش دهیم که حالت اشباع در آن رخ دهد. یعنی تمامی خطوط با حالت بیشینه را از خود عبور دهد و شار مغناطیسی به بیرون نشت نکند. همچنین در بعضی از مصارف، استفاده از چندلایه شیلدمگنت اثر بهتری نسبت به استفاده یکپارچه از یک صفحه خواهد داشت.

در انیمیشن مقابل تفاوت ضخامت شیلد مگنت را در اندازه های مختلف می بینید. زمانی که ضخامت صفحه به حد بحرانی ( در اصطلاح به حداکثر حالت یک کمیت، بحرانی گفته می شود ) می رسد، تمام خطوط میدان داخل صفحه اشباع می شوند و صفحه گنجایش قبول کردن میدان بیشتر را ندارد.

مواد دیگر چگونه در مقابل میدان مغناطیسی عمل می کنند؟ آیا ماده ای خاص برای این منظور وجود دارد؟

بله. تعدادی ماده وجود دارد که منحصرا مخصوص شیلد مگنت هستند. قوی ترین این مواد Mu Metal  ( یک ماده صنعتی است که در صنعت با نام ( Mil spec 14411c شناخته می شود ). کارخانه هایی وجود دارند که به صورت اختصاصی این ماده و سایر مواد با این خصوصیت را تولید می کنند. همه ی این ماده ها شامل نیکل هستند ( بین 50 تا 80 درصد ) شیلدمگنت ها دارای ضریب تراوائی مغناطیسی بالا و نقطه اشباع پایین هستند.

ضریب نفوذ پذیری ( تراوائی ) مغناطیسی، درجه ی مغناطیسی یک ماده نسبت به میدان اعمالی به صورت خطی است. برای شیلدمگنت ها، ضریب نفوذپذیری آنها نسبت به ضریب نفوذپذیری فضای آزاد، یک عدد ثابت است. به عبارت دیگر در شرایط عملی، این عدد بیشتر باشد، خاصیت شیلدمگنتی آن ماده نیز بیشتر است.

فولادهای معمولی دارای ضریب تراوائی بین1000  تا 2000 هستند، در حالی که این عدد برای مواد شیلدمگنتی بین 300000 تا 400000 است. نقطه ی اشباع، مقدار چگالی شار مغناطیسی است که یک ماده می تواند به صورت حداکثر در خود نگه دارد و به حد اشباع برسد. این نقطه برای فولاد حدود 22000 گاوس و برای Mu Metal حدود 8000 گاوس است. بنابراین در مواقعی که چگالی شار پایین است، مواد شیلدمگنت بهتر هستند. در مواردی با چگالی شار بالا Mu Metal  به حد اشباع می رسند، نشت شار دارند بنابراین فولاد و آلیاژهای کربنی به کمک آنها می آیند.

نتیجه:

این که چه ماده ای برای شیلدمگنت کردن میدان مغناطیسی شما مناسب باشد، به پارامترهای شما بستگی دارد. برای میدان مغناطیسی ضعیف، مواد الکترونیکی حساس و Mu Metal بهتر هستند و برعکس برای میدان های قوی، فولادها بیشتر کمک می کنند. بنابراین برای آهنرباهای نئودیمیوم، فولاد و فلزات به اصطلاح ( بگیر ) بهتر عمل می کنند. و برای مصارف عمده و فراگیر، صفحه ی فولادی-فلزی بهترین و راحت ترین گزینه است.

• ترجمه شده از سایتk&j