Магнитен изолатор и екраниране на магнитно поле
Санкт Петербург, ул. Латвийски Стрелков, 31 офис 103
8-800-301-02-32 (безплатно)
Каталог с магнити
Магнитен изолатор и екраниране на магнитно поле
Продължаваме да отговаряме на вашите въпроси. Често ли се питате как да накарате два магнита един до друг да не усещат присъствието си? Какъв материал трябва да се постави между тях, така че линиите на магнитното поле от единия магнит да не достигат до втория?
Този въпрос не е толкова тривиален, колкото може да изглежда на пръв поглед. Трябва наистина да изолираме двата магнита. Това означава, че тези два магнита могат да се въртят по различни начини и да се движат по различни начини един спрямо друг, и въпреки това всеки от тези магнити се държи така, сякаш няма друг магнит наблизо. Следователно всякакви трикове с поставянето на трети магнит или феромагнит до него, за да се създаде някаква специална конфигурация на магнитни полета с компенсация за всички магнитни полета в една точка, принципно не работят.
Понякога погрешно се смята, че диамагнетът може да служи като такъв изолатор на магнитно поле. Но това не е вярно. Диамагнетът всъщност отслабва магнитното поле. Но отслабва магнитното поле само в дебелината на самия диамагнет, вътре в диамагнетика. Следователно, ако единият от магнитите (или и двата) е зазидан в парче диамагнит, тогава тяхното привличане или отблъскване наистина ще отслабне.
Но това не е решение на проблема. Първо, силовите линии на единия магнит все пак ще достигнат другия магнит, тоест магнитното поле само намалява, но не изчезва напълно. Второ, ако магнитите са зазидани в дебелината на диамагнита, тогава не можем да ги движим и въртим.
И това предполага, че дори магнитите, затворени в диамагнит, няма да изпитат отслабване на магнитното поле. Наистина, където има зазидан магнит, просто няма диамагнит точно в обема на този магнит. И тъй като там, където се намира вграденият магнит, няма диамагнит, това означава, че и двата затворен магнита действително взаимодействат един с друг по същия начин, както ако не са заковани в диамагнит. Диамагнитът около тези магнити е също толкова безполезен, колкото и плоският диамагнитен екран между магнитите.
Имаме нужда от материал, който като цяло няма да пропуска през себе си силовите линии на магнитното поле. Необходимо е силовите линии на магнитното поле да бъдат изтласкани от такъв материал. Ако силовите линии на магнитното поле преминават през материала, тогава зад екран от такъв материал те напълно възстановяват силата си. Това следва от закона за запазване на магнитния поток. Единственият материал, който изтласква линиите на магнитното поле, е свръхпроводник.
На повърхността на свръхпроводника векторът на магнитното поле винаги е насочен по тази повърхност, допирателна към повърхността на свръхпроводящото тяло. На повърхността на свръхпроводника векторът на магнитното поле няма компонент, насочен перпендикулярно на повърхността на свръхпроводника. Следователно линиите на магнитното поле винаги обикалят свръхпроводящо тяло с всякаква форма.
Но това изобщо не означава, че ако между два магнита се постави свръхпроводящ екран, това ще реши проблема. Въпросът е, че силовите линиимагнитното поле на магнита ще премине към друг магнит, заобикаляйки екрана на свръхпроводника. Следователно от плосък свръхпроводящ екран ще има само отслабване на влиянието на магнитите един върху друг. Това отслабване на взаимодействието на двата магнита ще зависи от това колко се е увеличила дължината на полевата линия, която свързва двата магнита един с друг. Колкото по-голяма е дължината на свързващите силови линии, толкова по-малко е взаимодействието на двата магнита един с друг.
Това е точно същият ефект, както ако увеличите разстоянието между магнитите без никакъв свръхпроводящ екран. Ако увеличите разстоянието между магнитите, тогава дължината на линиите на магнитното поле също се увеличава. Това означава, че за да се увеличи дължината на силовите линии, които свързват два магнита, заобикаляйки свръхпроводящия екран, е необходимо да се увеличат размерите на този плосък екран както по дължина, така и по ширина. Това ще доведе до увеличаване на дължините на заобикалящите полеви линии. И колкото по-големи са размерите на плоския екран в сравнение с разстоянието между магнитите, толкова по-малко става взаимодействието между магнитите.
Взаимодействието между магнитите напълно изчезва едва когато двете измерения на плоския свръхпроводящ екран станат безкрайни. Това е аналогично на ситуацията, когато магнитите са били разделени на безкрайно голямо разстояние и следователно дължината на линиите на магнитното поле, свързващи ги, е станала безкрайна.
Теоретично това, разбира се, напълно решава проблема. Но на практика не можем да направим свръхпроводим плосък екран с безкрайни размери. Бих искал да имам решение, което може да се приложи на практика в лабораторията или в производството. (Вече не говорим за ежедневни условия, тъй като е невъзможно да се направи свръхпроводник в ежедневието.)
По друг начин плосък екран с безкрайно големи размери може да се интерпретира като разделителна цялото пространство на две части, които не са свързани помежду си. Но пространството може да бъде разделено на две части не само от плосък екран с безкрайни измерения. Всяка затворена повърхност също разделя пространството на две части, на обем вътре в затворената повърхност и обем извън затворената повърхност. Например всяка сфера разделя пространството на две части: топка вътре в сферата и всичко отвън.
Следователно свръхпроводящата сфера е идеален изолатор на магнитно поле. Ако магнит се постави в такава свръхпроводяща сфера, тогава никакви инструменти не могат да открият дали има магнит вътре в тази сфера или не.
И обратно, ако сте поставени вътре в такава сфера, външните магнитни полета няма да действат върху вас. Например магнитното поле на Земята ще бъде невъзможно да се открие вътре в такава свръхпроводяща сфера от никакви инструменти. Вътре в такава свръхпроводяща сфера ще бъде възможно да се открие само магнитното поле от онези магнити, които също ще бъдат разположени вътре в тази сфера.
По този начин, за да не взаимодействат два магнита един с друг, единият от тези магнити трябва да бъде поставен вътре в свръхпроводящата сфера, а другият да остане извън нея. Тогава магнитното поле на първия магнит ще бъде напълно концентрирано вътре в сферата и няма да излиза извън тази сфера. Следователно вторият магнит няма да усети присъствието на първия. По същия начин, магнитното поле на втория магнит няма да може да се изкачи вътре в свръхпроводящата сфера. И така първият магнит няма да усети близкото присъствие на втория магнит.
И накрая, можем да завъртим и преместим двата магнита по всякакъв начин един спрямо друг. Вярно е, че първият магнит е ограничен в движенията си от радиуса на свръхпроводящата сфера. Но само така изглежда. Всъщност взаимодействието на два магнита зависи само отот взаимното им положение и завъртанията им около центъра на тежестта на съответния магнит. Следователно е достатъчно да поставите центъра на тежестта на първия магнит в центъра на сферата и да поставите началото на координатите на същото място в центъра на сферата. Всички възможни позиции на магнитите ще се определят само от всички възможни позиции на втория магнит спрямо първия магнит и техните ъгли на въртене около техните масови центрове.