靜磁場與靜磁屏蔽的區(qū)別

發(fā)布時間：2016-12-05 15:49

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靜磁場是穩(wěn)恒電流或永久磁體產(chǎn)生的磁場。靜磁屏蔽是利用高磁導率μ的鐵磁材料做成屏蔽罩以屏蔽外磁場。它與靜電屏蔽作用類似而又有不同。
靜磁屏蔽的原理可以用磁路的概念來說明。如將鐵磁材料做成截面如圖7的回路，則在外磁場中，絕大部份磁場集中在鐵磁回路中。這可以把鐵磁材料與空腔中的空氣作為并聯(lián)磁路來分析。因為鐵磁材料的磁導率比空氣的磁導率要大幾千倍，所以空腔的磁阻比鐵磁材料的磁阻大得多，外磁場的磁感應線的絕大部份將沿著鐵磁材料壁內通過，而進入空腔的磁通量極少。這樣，被鐵磁材料屏蔽的空腔就基本上沒有外磁場，從而達到靜磁屏蔽的目的。材料的磁導率愈高，筒壁愈厚，屏蔽效果就愈顯著。因常用磁導率高的鐵磁材料如軟鐵、硅鋼、坡莫合金做屏蔽層，故靜磁屏蔽又叫鐵磁屏蔽。
靜磁屏蔽在電子器件中有著廣泛的應用。例如變壓器或其他線圈產(chǎn)生的漏磁通會對電子的運動產(chǎn)生作用，影響示波管或顯像管中電子束的聚焦。為了提高儀器或產(chǎn)品的質量，必須將產(chǎn)生漏磁通的部件實行靜磁屏蔽。在手表中，在機芯外罩以軟鐵薄殼就可以起防磁作用。
前面指出，靜電屏蔽的效果是非常好的。這是因為金屬導體的電導率要比空氣的電導率大十幾個數(shù)量級，而鐵磁物質與空氣的磁導率的差別只有幾個數(shù)量級，通常約大幾千倍。所以靜磁屏蔽總有些漏磁。為了達到更好的屏蔽效果，可采用多層屏蔽，把漏進空腔里的殘余磁通量一次次地屏蔽掉。所以效果良好的磁屏蔽一般都比較笨重。但是，如果要制造絕對的“靜磁真空”，則可以利用超導體的邁斯納效應。即將一塊超導體放在外磁場中，其體內的磁感應強度B永遠為零。超導體是完全抗磁體，具有最理想的靜磁屏蔽效果，但目前還不能普遍應用。電磁屏蔽
電磁場在導電介質中傳播時，其場量（E和H）的振幅隨距離的增加而按指數(shù)規(guī)律衰減。從能量的觀點看，電磁波在導電介質中傳播時有能量損耗，因此，表現(xiàn)為場量振幅的減小。導體表面的場量最大，愈深入導體內部，場量愈小。這種現(xiàn)象也稱為趨膚效應。利用趨膚效應可以阻止高頻電磁波透入良導體而作成電磁屏蔽裝置。它比靜電、靜磁屏蔽更具有普遍意義。
電磁屏蔽是抑制干擾，增強設備的可靠性及提高產(chǎn)品質量的有效手段。合理地使用電磁屏蔽，可以抑制外來高頻電磁波的干擾，也可以避免作為干擾源去影響其他設備。如在收音機中，用空芯鋁殼罩在線圈外面，使它不受外界時變場的干擾從而避免雜音。音頻饋線用屏蔽線也是這個道理。示波管用鐵皮包著，也是為了使雜散電磁場不影響電子射線的掃描。在金屬屏蔽殼內部的元件或設備所產(chǎn)生的高頻電磁波也透不出金屬殼而不致影響外部設備。
用什么材料作電磁屏蔽呢？因電磁波在良導體中衰減很快，把由導體表面衰減到表面值的1/e（約36.8％）處的厚度稱為趨膚厚度（又稱透入深度），用d表示，有電磁屏蔽，電磁場在導電介質中傳播時，其場量（E和H）的振幅隨距離的增加而按指數(shù)規(guī)律衰減。從能量的觀點看，電磁波在導電介質中傳播時有能量損耗，因此，表現(xiàn)為場量振幅的減小。導體表面的場量最大，愈深入導體內部，場量愈小。這種現(xiàn)象也稱為趨膚效應。利用趨膚效應可以阻止高頻電磁波透入良導體而作成電磁屏蔽裝置。它比靜電、靜磁屏蔽更具有普遍意義。
電磁屏蔽是抑制干擾，增強設備的可靠性及提高產(chǎn)品質量的有效手段。合理地使用電磁屏蔽，可以抑制外來高頻電磁波的干擾，也可以避免作為干擾源去影響其他設備。如在收音機中，用空芯鋁殼罩在線圈外面，使它不受外界時變場的干擾從而避免雜音。音頻饋線用屏蔽線也是這個道理。示波管用鐵皮包著，也是為了使雜散電磁場不影響電子射線的掃描。在金屬屏蔽殼內部的元件或設備所產(chǎn)生的高頻電磁波也透不出金屬殼而不致影響外部設備。
用什么材料作電磁屏蔽呢？因電磁波在良導體中衰減很快，把由導體表面衰減到表面值的1/e（約36.8％）處的厚度稱為趨膚厚度（又稱透入深度），用d表示，有其中μ和σ分別為屏蔽材料的磁導率和電導率。若電視頻率f=100 MHz，對銅導體（σ=5.8×107／ ·m，μ≈μo＝4π×10-7H／m）可求出d=0．00667mm。可見良導體的電磁屏蔽效果顯著。如果是鐵（σ＝107／ ·m）則d=0.016mm。如果是鋁（σ＝3.54×107／ ·m）則d＝0.0085mm。
為了得到有效的屏蔽作用，屏蔽層的厚度必須接近于屏蔽物質內部的電磁波波長（λ=2πd）。如在收音機中，若f＝500kHz，則在銅中d＝0.094mm（λ=0.59mm）。在鋁中d＝0.12mm（λ=0.75mm ）。所以在收音機中用較薄的銅或鋁材料已能得到良好的屏蔽效果。因為電視頻率更高，透入深度更小些，所需屏蔽層厚度可更薄些，如果考慮機械強度，要有必要的厚度。在高頻時，由于鐵磁材料的磁滯損耗和渦流損失較大，從而造成諧振電路品質因素Q值的下降，故一般不采用高磁導率的磁屏蔽，而采用高電導率的材料做電磁屏蔽。在電磁材料中，因趨膚電流是渦電流，故電磁屏蔽又叫渦流屏蔽。
在工頻（50Hz）時，銅中的d＝9.45mm，鋁中的d＝11.67mm。顯然，采用銅、鋁已很不適宜了，如用鐵，則d＝0.172mm，這時應采用鐵磁材料。因為在鐵磁材料中電磁場衰減比銅、鋁中大得多。又因是低頻，無需考慮Q值問題。可見，在低頻情況下，電磁屏蔽就轉化為靜磁屏蔽。電磁屏蔽和靜電屏蔽有相同點也有不同點。相同點是都應用高電導率的金屬材料來制作；不同點是靜電屏蔽只能消除電容耦合，防止靜電感應，屏蔽必須接地。而電磁屏蔽是使電磁場只能透入屏蔽體一薄層，借渦流消除電磁場的干擾，這種屏蔽體可不接地。但因用作電磁屏蔽的導體增加了靜電耦合，因此即使只進行電磁屏蔽，也還是接地為好，這樣電磁屏蔽也同時起靜電屏蔽作用。
綜上所述，靜電屏蔽、靜磁屏蔽、電磁屏蔽的物理內容、物理條件、屏蔽作用是不同的，所用材料也要從具體情況出發(fā)。但它們都是屏蔽電磁場，是有本質聯(lián)系的。

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