靜磁場與靜磁屏蔽的區別

發布時間：2016-12-05 15:49

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靜磁場是穩恒電流或永久磁體產生的磁場。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生的漏磁通會對電子的運動產生作用，影響示波管或顯像管中電子束的聚焦。為了提高儀器或產品的質量，必須將產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量級，而鐵磁物質與空氣的磁導率的差別只有幾個數量級，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規律衰減。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規律衰減。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?？梢娏紝w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?？梢姡诘皖l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。但它們都是屏蔽電磁場，是有本質聯系的。

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