磁場屏障

理論上磁場不能象電場那樣被禁止 磁場的禁止問題,是一個既具有實際意義又具有理論意義的問題。根據條件的不同,電磁場的禁止可分為靜電禁止、靜磁禁止和電磁禁止三種情況,這三種情況既具有質的區別,又具有內在的聯繫,不能混淆。

靜電禁止,靜磁場,電磁場,總結,

靜電禁止

靜電平衡狀態
1、定義:導體放在一個電場中時,由於導體中自由電荷收到靜電力的作用,使導體中的自由電荷發生定向移動,當一段時間後,導體中(包括表面)沒有電荷的定向移動的狀態,叫做靜電平衡狀態;而導體中自由電荷移動的現象就稱為靜電感應現象;
2、理解:當沒有電場時,導體中電荷無規則運動,巨觀上電荷均勻分布在整個導體中(包括導體表面),只有當在電場中時,導體中電荷在電場力下定向移動; 3、靜電平衡狀態產生的原因:是電荷在電場力作用下的結果;
4、靜電平衡狀態,是一個狀態,這種狀態是一種動態平衡狀態,達到靜電平衡後,導體中的每個電荷仍然在做無規則運動,每個電荷也在移動,但巨觀上,電荷沒有定向的移動; 5、產生靜電平衡狀態的時間很短,一般在瞬間完成;
6、當導體處在靜電平衡狀態時,外電場發生變化時,靜電平衡就受到破壞,但很快又恢復到一個新的靜電平衡狀態。
7、處於靜電平衡狀態的導體,其內部場強處處為零;電荷只分布在導體的外表面,外表面以內任意地方沒有電荷分布。
尖端放電
1、導體上電荷分布特點:靜電平衡後,電荷只分布與導體外表面,其內部沒有電荷; 2、導體外表面上電荷分布特點:曲率越大(越尖)的地方,電荷分布越密集,曲率越小)越平坦)的地方,電荷分布越疏;
3、導體尖端電荷分布越多,至使該處場強較大,從而可能使空氣被電離成導體而發生尖端放電現象。
靜電禁止
1、定義:當一個空心導體或一個網狀導體,處在一個外電場是,由於靜電平衡原理,它內部場強處處為零,而電荷只分布在外表面,這樣導體殼或網狀物可以保護它所圍成的區域,是這個區域不受外電場的影響,這種現象就是靜電禁止;
2、感應電場:外電場對導體中的電荷產生電場力的作用,使導體中的電荷重新分布,重新分布電荷的導體,會激發新的電場,這個電場稱為感應電場,感應電場依賴外電場而存在;
3、靜電禁止的實質:它是外電場與感應電場疊加的結果,疊加後使得其合電場強度為零的原因,而不是將外電場擋在外面進不去;而靜電禁止的結果就像是將外電場擋在外面進不去一樣;
4、兩種靜電平衡裝置:
(1)放在導體殼或網狀體外的電場對其內部沒有影響,即一般的導體殼或網狀物保護其內部不受外電場的影響:①原理:靜電感應產生感應電場,在導體殼或網狀體內部,感應電場和外電場始終是大小相等方向相反;②是外電場與感應電場共同作用使得導體殼內部場強處處為零,就像是將外電場擋在外面一樣。
(2)接地的導體殼或網狀物使其內部的電場對外界沒有影響,即接地導體殼或網狀體保護其外部不受內部電場的影響;①如果不接地,則不起到禁止作用,②原理:由於靜電感應,使得導體殼或網狀體內外表面產生感應電荷,且內外表面電荷量相等,電性相反,所以此時對外空間起不到禁止作用;當接地時,地球可以容納很多電荷,這樣外表面上電荷量全部轉移到地裡面,而且內表面會有跟多相反電荷分布,這樣就使得感應電場與原電場在外空間內達到平衡,對外空間沒有影響。

靜磁場

靜磁場是恆定電流或永久磁體產生的磁場。靜磁禁止是利用高磁導率μ的鐵磁材料做成禁止罩以禁止外磁場。它與靜電禁止作用類似而又有不同。
靜磁禁止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的迴路,則在外磁場中,絕大部份磁場集中在鐵磁迴路中。這可以把鐵磁材料與空腔中的空氣作為並聯磁路來分析。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,被鐵磁材料禁止的空腔就基本上沒有外磁場,從而達到靜磁禁止的目的。材料的磁導率愈高,筒壁愈厚,禁止效果就愈顯著。因常用磁導率高的鐵磁材料如軟鐵、矽鋼、坡莫合金做禁止層,故靜磁禁止又叫鐵磁禁止。
靜磁禁止在電子器件中有著廣泛的套用。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禁止。在手錶中,在機芯外罩以軟鐵薄殼就可以起防磁作用。
前面指出,靜電禁止的效果是非常好的。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。所以靜磁禁止總有些漏磁。為了達到更好的禁止效果,可採用多層禁止,把漏進空腔里的殘餘磁通量一次次地禁止掉。所以效果良好的磁禁止一般都比較笨重。但是,如果要製造絕對的“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,具有最理想的靜磁禁止效果,但還不能普遍套用。

電磁場

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禁止裝置。它比靜電、靜磁禁止更具有普遍意義。
電磁禁止是抑制干擾,增強設備的可靠性及提高產品質量的有效手段。合理地使用電磁禁止,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,用空芯鋁殼罩線上圈外面,使它不受外界時變場的干擾從而避免雜音。音頻饋線用禁止線也是這個道理。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。在金屬禁止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。
因電磁波在良導體裡衰減很快,把由導體表面衰減到表面值的1/e(約36.8%)處厚度稱為趨膚厚度(又稱透入深度),用d表示,有電磁禁止 ,電磁場在導電介質里傳播時,其場量(E和H)振幅隨距離的增加而按指數規律衰減。從能量的觀點來看,電磁波在導電介質里傳播時有能量損耗,因此,表現是場量振幅的減小。導體表面場量最大,愈深入導體的內部,場量愈小。這種現象又稱為趨膚效應。利用趨膚效應就可以阻止高頻電磁波透入良導體而作成電磁禁止裝置。其比靜電和靜磁禁止更具有普遍意義。
電磁禁止作用是抑制干擾,增強設備可靠性及提高產品質量的有效手段。人們合理地使用電磁禁止,可以抑制外來高頻電磁波干擾,又可以避免作為干擾源去影響其他設備。如在收音機里,用空芯鋁殼罩線上圈的外面,使其不受外界時變場的干擾從而避免雜音。音頻饋線用禁止線就是這個道理。示波管被鐵皮包著,也是為使雜散電磁場不影響電子射線的掃描。在金屬禁止殼內部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。
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分別為禁止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。可見良導體的電磁禁止效果顯著。如果是鐵(σ=107/ ·m)則d=0.016mm。如果是鋁(σ=3.54×107/ ·m)則d=0.0085mm。
為了得到有效的禁止作用,禁止層的厚度必須接近於禁止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禁止效果。因為電視頻率更高,透入深度更小些,所需禁止層厚度可更薄些,如果考慮機械強度,要有必要的厚度。在高頻時,由於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,故一般不採用高磁導率的磁禁止,而採用高電導率的材料做電磁禁止。在電磁材料中,因趨膚電流是渦電流,故電磁禁止又叫渦流禁止。
在工頻(50Hz)時,銅中的d=9.45mm,鋁中的d=11.67mm。顯然,採用銅、鋁已很不適宜了,如用鐵,則d=0.172mm,這時應採用鐵磁材料。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,電磁禁止就轉化為靜磁禁止。電磁禁止和靜電禁止有相同點也有不同點。相同點是都套用高電導率的金屬材料來製作;不同點是靜電禁止只能消除電容耦合,防止靜電感應,禁止必須接地。而電磁禁止是使電磁場只能透入禁止體一薄層,借渦流消除電磁場的干擾,這種禁止體可不接地。但因用作電磁禁止的導體增加了靜電耦合,因此即使只進行電磁禁止,也還是接地為好,這樣電磁禁止也同時起靜電禁止作用。

總結

綜上所述,靜電禁止、靜磁禁止、電磁禁止的物理內容、物理條件、禁止作用是不同的,所用材料也要從具體情況出發。但它們都是禁止電磁場,是有本質聯繫的。

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