Ізолятор для магніту та екранування магнітного поля
СПб, вул. Латиських Стрілець, д.31 оф.103
8-800-301-02-32 (дзвінок безкоштовний)
Каталог магнітів
Ізолятор для магніту та екранування магнітного поля
Продовжуємо відповідати на запитання. Ви часто питаєте, як зробити так, щоб два магніти, що знаходяться поруч один з одним, не відчували присутність один одного? Який матеріал потрібно розмістити між ними, щоб силові лінії магнітного поля від одного магніту не досягали другого магніту?
Це питання не таке тривіальне, як може здатися на перший погляд. Нам потрібно по-справжньому ізолювати два магніти. Тобто, щоб ці два магніти можна було по-різному повертати і по-різному переміщувати їх відносно один одного і тим не менше, щоб кожен із цих магнітів поводився так, ніби іншого магніту поряд немає. Тому будь-які фокуси з розміщенням поруч третього магніту або феромагнетика, для створення якоїсь особливої конфігурації магнітних полів з компенсацією всіх магнітних полів в одній окремо взятій точці, принципово не проходять.
Іноді помилково вважають, що таким ізолятором магнітного поля може бути діамагнетик. Але це не так. Діамагнетик справді послаблює магнітне поле. Але він послаблює магнітне поле лише у товщі самого діамагнетика, усередині діамагнетика. Тому, якщо один з магнітів (або обидва) замурувати в шматку діамагнетика, тоді їхнє тяжіння або їхнє відштовхування дійсно послабшає.
Але це не є вирішенням проблеми. По-перше, силові лінії одного магніту все одно досягатимуть іншого магніту, тобто магнітне поле лише зменшується, але не зникає зовсім. По-друге, якщо магніти замуровані в товщі діамагнетика, ми не можемо їх рухати і повертати.
А це говорить про те, що навіть замуровані в діамагнетик магніти не зазнають послаблення магнітного поля. Адже там, де знаходиться замурований магніт, прямо в обсязі цього магніту діамагнетик просто відсутній. А якщо там, де знаходиться замурований магніт, відсутній діамагнетик, то значить, обидва замуровані магніти насправді взаємодіють один з одним так само, якби вони не були замуровані в діамагнетиці. Діамагнетик навколо цих магнітів також непотрібний, як і плоский діамагнітний екран між магнітами.
Нам потрібен такий матеріал, який би взагалі не пропускав через себе силові лінії магнітного поля. Потрібно щоб силові лінії магнітного поля виштовхувалися з такого матеріалу. Якщо силові лінії магнітного поля проходять через матеріал, то, за екраном такого матеріалу, вони повністю відновлюють свою силу. Це випливає із закону збереження магнітного потоку. Єдиний матеріал, який виштовхує із себе силові лінії магнітного поля, це надпровідник.
На поверхні надпровідника вектор напруженості магнітного поля завжди спрямований уздовж цієї поверхні по дотичній до поверхні надпровідного тіла. На поверхні надпровідника вектор магнітного поля не має складової, спрямованої перпендикулярно поверхні надпровідника. Тому силові лінії магнітного поля завжди огинає надпровідне тіло будь-якої форми.
Але це зовсім не означає, що якщо між двома магнітами поставити надпровідний екран, він вирішить поставлене завдання. Справа в тому, що силові лініїмагнітного поля магніту підуть до іншого магніту в обхід екрана надпровідника. Тому від плоского надпровідного екрану буде лише послаблення впливу магнітів один на одного. Це ослаблення взаємодії двох магнітів залежатиме від того, наскільки збільшилася довжина силової лінії, яка з'єднує два магніти один з одним. Чим більше довжини силових ліній, що з'єднують, тим менша взаємодія двох магнітів один з одним.
Це такий самий ефект, як якщо збільшувати відстань між магнітами без будь-якого надпровідного екрану. Якщо збільшувати відстань між магнітами, то довжини силових ліній магнітного поля також збільшуються. Значить, для збільшення довжин силових ліній, які з'єднують два магніти в обхід надпровідного екрану, потрібно збільшувати розміри цього плоского екрана і за довжиною і шириною. Це призведе до збільшення довжин обхідних силових ліній. І чим більші розміри плоского екрана в порівнянні з відстанню між магнітами, тим взаємодія між магнітами стає меншою.
Взаємодія між магнітами повністю зникає лише тоді, коли обидва розміри плоского надпровідного екрана стають нескінченними. Це аналог тієї ситуації, коли магніти розвели на нескінченно велику відстань, і тому довжина силових ліній магнітного поля, що їх з'єднують, стала нескінченною.
Теоретично це, звичайно, повністю вирішує поставлене завдання. Але на практиці ми не можемо зробити надпровідний плоский екран нескінченних розмірів. Хотілося б мати таке рішення, яке можна здійснити на практиці в лабораторії чи виробництві. (Про побутові умови не йдеться, оскільки в побуті неможливо зробити надпровідник.)
Інакше, плоский екран нескінченно більших розмірів можна інтерпретувати як роздільниквсього простору на дві частини, які не з'єднані один з одним. Але простір на дві частини може розділити як плоский екран нескінченних розмірів. Будь-яка замкнута поверхня ділить простір теж на дві частини, на об'єм усередині замкнутої поверхні та об'єм поза замкнутою поверхнею. Наприклад, будь-яка сфера поділяє простір на дві частини: кулю всередині сфери і все, що зовні.
Тому надпровідна сфера є ідеальним ізолятором магнітного поля. Якщо помістити магніт у таку надпровідну сферу, то ніколи ніякими приладами не вдається виявити, чи є всередині цієї сфери магніт чи його там немає.
І навпаки, якщо Вас помістити всередину такої сфери, то на Вас не діятимуть зовнішні магнітні поля. Наприклад, магнітне поле Землі неможливо буде виявити всередині такої надпровідної сфери жодними приладами. Усередині такої надпровідної сфери можна буде виявити тільки магнітне поле від тих магнітів, які будуть також знаходитися всередині цієї сфери.
Таким чином, щоб два магніти не взаємодіяли один з одним, треба один з цих магнітів помістити всередину надпровідної сфери, а другий залишити зовні. Тоді магнітне поле першого магніту буде сконцентровано всередині сфери і не вийде за межі цієї сфери. Тому другий магніт не відчує присутність першого. Так само магнітне поле другого магніту не зможе залізти всередину надпровідної сфери. І тому перший магніт не відчує близьку присутність другого магніту.
Нарешті, обидва магніти ми можемо як завгодно повертати і переміщати один щодо одного. Щоправда, перший магніт обмежений у своїх переміщеннях радіусом надпровідної сфери. Але це лише так здається. Насправді взаємодія двох магнітів залежить тількивід їхнього відносного розташування та їх поворотів навколо центру ваги відповідного магніту. Тому достатньо розмістити центр тяжкості першого магніту в центрі сфери і туди ж центр сфери помістити початок координат. Всі можливі варіанти розташування магнітів будуть визначатися тільки всіма можливими варіантами розташування другого магніту щодо першого магніту та їх кутами поворотів навколо центрів мас.