Jak odstínit magnetické pole

Dá se magnetické pole odstínit, aby magnet přitahoval pouze z jedné strany? Jak dosáhnout toho, aby se dva magnety přestaly přitahovat nebo odpuzovat? Potřebujete ochránit citlivý přístroj před účinky magnetického pole?

Když mezi magnet a sponky na obrázku umístěte dřevo, plast, sklo, hliník nebo papír, sponky budou nadále přitahovány k magnetu. Pokud dáte pod magnet ocelový nůž, drátky spadnou:

Nůž odstín magnetické pole a sponky přestaly být přitahovány. Jak je to možné?

Odklonění siločar

Siločáry magnetického pole vždy tvoří uzavřené smyčky. Procházejí celým magnetem, vycházejí ze severního pólu a vcházejí do jižního pólu. Větší hustota siločar znamená silnější magnetické pole. Nejsilnější je magnetické pole uvnitř magnetu a na pólech. Se zvětšující se vzdáleností od magnetu hustota siločar klesá.

Žádný materiál nedokáže zastavit magnetické siločáry. Existují však materiály jako ocel, které je dokáží odklonit. Pokud umístíte vedle magnetu ocelový plech, siločáry začnou k jižnímu pólu procházet přes plech, který pro ně představuje cestu menšího odporu. Napravo od plechu žádné siločáry nejsou, proto na kovové předměty za plechem nebude působit magnetická síla.

 

Pokud potřebujete ochránit citlivý přístroj před magnetickým polem, můžete ho také umístit do ocelového obalu. Siločáry budou procházet přes obal a přístroj obejdou:

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

Které materiály stíní?

Jakékoliv feromagnetické materiály:

  • železo
  • nikl
  • kobalt
  • materiály obsahující tyto kovy (například ocel nebo ferit)
  • některé sloučeniny kovů vzácných zemin (například CrO2)

Všechny ostatní materiály (nemagnetické kovy, dřevo, plast, sklo, karton, polystyrén…) nemají žádny vliv na magnetické siločáry.

Jakýkoliv materiál, který je přitahován k magnetům dokáže stínit magnetické pole. U silných magnetů se nejčastěji používá ocel, protože je snadno dostupná a dokáže absorbovat velké množství siločar. Pozor, některé druhy nerezavějící oceli nejsou feromagnetické a nedají se použít na stínění. Na slabé magnetické pole se nejčastěji používá speciální stínící materiál MuMetal.

Ne všechny feromagnetické materiály jsou stejně efektivní. Důležité vlastnosti jsou vysoká permeabilita a bod nasycenosti.

Permeabilita

Magnetické siločáry se snaží dostat od severního k jižnímu pólu cestou nejmenšího odporu. Za normálních okolností si vyberou tu nejkratší cestu. Zároveň si drží odstup od ostatních siločar, jakoby se siločáry navzájem odpuzovaly.

Permeabilita měří, jaký materiál je dobrý “řidič” magnetického pole. Přes vysoce propustné materiály se magnetickým siločarám snadno cestuje. Proto někdy upřednostní cestu přes permeabilní materiál, i když je delší a blíže k ostatním siločarám:

Vzduch
Oceľ
MuMetal

Čím má materiál větší permeabilitu, tím lépe přitahuje okolní siločáry. Ocel má 2000krát větší permeabilitu než vzduch. Specializovaný materiál pro magnetické stínění MuMetal má permeabilitu až 300 000krát větší než vzduch.

Bod nasycenosti

Bod nasycenosti určuje maximální hustotu siločar, kterou materiál dokáže unést. Pokud je siločar příliš, materiál se nasytí a není schopen přijmout další siločáry, čímž se snižuje jeho stínící efekt. Materiály s vysokou permeabilitou se nasytí rychleji než méně propustné materiály.

MuMetal je ideální pro slabé pole, neboť díky své vysoké permeabilitě propustí velmi málo siločar. U silných magnetických polích však dojde k nasycení a přebytečné siločáry nebudou odstíněné. Ocel dokáže absorbovat mnohem více siločar, má však menší permeabilitu a malou část magnetického pole vždy propustí.

Vzduch Ocel MuMetal
Relativní permeabilita 1 2 000 300 000
Bod nasycenosti nekonečno 22 000 Gauss 8 000 Gauss

Ve většině případů je ocel vhodným materiálem. Ocel používáme i my na odstínění balíků při posílání silných magnetů poštou.

Pokud máte problém s nasycením, můžete zkusit:

  1. Použít tlustší plech. Zvýší to však hmotnost a cenu stínícího materiálu.
  2. Použít materiál s vyšším bodem nasycenosti (například ocel namísto MuMetal). Sníží to však permeabilitu.
  3. Umístit plech dále od magnetu, kde je magnetické pole slabší. Plech pak ale musí být větší.
  4. Natočit plech kolmo na magnetické pole země, které jinak také přispívá k nasycenosti.

Další tipy od SilneMagnety.cz

Uzavřete obvod

Pokud chcete odstínit magnet nebo citlivé zařízení, obklopte ho stínícím materiálem ze všech stran (nejen směrem k magnetu). Vytvoříte tak uzavřený magnetický obvod, který stíní lépe.

Omezte mezery

Umožněte magnetickým siločarám, aby plynule přešli z jednoho plechu do druhého. Siločáry dokáží překonat malou vzduchovou mezeru, větší mezery mohou oslabit stínící efekt. Pokud používáte plechy, měli by se překrývat:

Výsledek bude ještě lepší, pokud k sobě plechy přitlačíte a zvýšíte styčnou plochu.

Více vrstev

Několik tenčích vrstev stíní lépe než jedna silná vrstva. Stínící plechy můžete oddělit plastem, kartonem nebo jiným materiálem:

Oblé hrany

Siločáry nedokážou náhle změnit směr o 90°. U ostrých hran budou pokračovat rovně a opustí plech. Hrany plechů zkuste co nejvíce zaoblit.

Menší je lepší

Citlivé předměty je lepší obalit menším štítem. Velký štít výrazně mění dráhu siločar, na což potřebuje vysokou permeabilitu.

Malý štít stíní lépe než velký. Kulatý štít stíní lépe než štít s ostrými hranami.

Vysoká frekvence

U střídavého magnetického pole bývá permeabilita stínícího materiálu nižší. Stínící efekt začíná u většiny materiálů slábnout při frekvencích kolem 1kHz:

Graf: závislost permeability od frekvence. Permeabilita prudce klesá při frekvenci 1 kH.

Pro vysokofrekvenční pole jsou vhodné stínicí materiály Finemet (frekvence několik kHz) nebo CobalTex (frekvence několik MHz).

Ocel + MuMetal

Pokud potřebujete zároveň vysoký bod nasycenosti a vysokou permeabilitu, můžete použít kombinaci oceli a materiálu s vysokou permeabilitou:

Ocel odstíní většinu siločar, ale část jich propustí. Mumetal odkloní zbylé siločáry.

Další materiály

Ačkoliv MuMetal je nejčastější volbou u slabých polí, na trhu existují alternativy s různou peremabilitou a bodem nasycenosti. Vyzkoušet můžete:

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

Dva magnety

Jak odstínit přitažlivou sílu

Pokud potřebujete, aby se dva magnety přestaly přitahovat, situace je složitější. Když umístíte ocelový plech mezi magnety, přestanou na sebe vzájemně působit, ale oba budou přitahovány k plechu mezi nimi. Jelikož plech je blíže než druhý magnet, síla mezi magnetem a plechem bude ještě větší, než byla dříve síla mezi magnety. V konečném důsledku budou magnety přitahovány směrem k druhému magnetu ještě silněji než předtím.

Existuje stínící materiál, který nepřitahuje magnety?

Ne. Jakékoliv materiály s vysokou permeabilitou budou přitahovat magnety. Pokud materiál není přitahován k magnetům, nedokáže ovlivňovat dráhu magnetických siločar.

Tento problém lze vyřešit použitím dvou plechů. Magnet nalevo bude přitahován k levému plechu. Magnet napravo bude přitahován k pravému plechu. Magnety ani plechy se už vzájemně nepřitahují. Mezi magnet a plech můžete umístit výplňový materiál, například polystyren. Nebo plech umístěte přímo na magnet. Tehdy ale může dojít k nasycení, záleží na síle magnetu, tloušťce plechu a materiálu, ze kterého je plech vyrobený.

Na odstínění přitažlivé síly mezi dvěma magnety jsou potřeba dva plechy.

Jak odstínit odpudivou sílu

Při odpuzujících se magnetech stačí použít jeden plech. Při vhodné tloušťce plechu a vzdálenosti magnetů lze dosáhnout, aby přitažlivá síla mezi magnetem a plechem byla stejná jako odpudivá síla mezi magnety. Síly se navzájem vyruší a magnety zůstanou stát na místě.

Samozřejmě je stále možné použít dva plechy jako v předešlém případě.


Další články