Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме. Том 1 - Киршвинк Дж.
ISBN 5-03-001274-5
Скачать (прямая ссылка):
J = —вот. (3)
Но
Поле Bout представляет собой сумму поля Земли В0 и направленного
навстречу ему поля магнитного момента диска, т. е. вблизи центра диска, где г ~ О,
Из равенств (3) и (4) можно найти коэффициент экранирования S, точнее коэффициент компенсации внешнего поля полем диска:
Это, конечно, приближенный результат, поскольку мы предполагали, что намагниченность диска однородна и везде равна намагниченности в центре.
Итак, ясно, как с помощью одного-двух параллельных плоских листов магнитного материала можно экранировать магнитное поле, лежащее в их плоскости (рис. 8.4). В случае двух листов область с наименьшим полем находится между ними, при этом экранирующий эффект не зависит от того, замкнут экран или нет. Листы, замыкающие объем, дают лишь малый вклад в экранировку, поскольку домены в них с трудом ориентируются вдоль внешнего магнитного поля (рис. 8.4). Однако такие листы защищают от полей рассеяния, возникающих на краях основных экранирующих листов.
Ограниченность приведенного рассмотрения, а также работ Wills, 1899 и Jackson, 1962 состоит в том, что они не учитывают наличия у реальных магнитных материалов остаточной намагниченности, вклад которой неотличим от вклада, связанного с магнитной проницаемостью
(4)
(5)
1 и
В
Рис. 8.5. Результат размагничивания листа трансформаторной стали путем пропускания его через катушку, в которой течет переменный ток, сильно зависит от расположения листа по отношению к вектору геомагнитного поля В0. Когда плоскость листа параллельна В0, поле вблизи центра листа (в точке х) будет составлять несколько процентов от В0, т. е. возникает эффект экранирования. Если же плоскость листа перпендикулярна В0 в процессе размагничивания, то экранирование почти не наблюдается.
S. Магнитоэкранированные комнаты большого объема
273
материала. Ситуация осложняется еще и тем, что остаточная намагниченность зависит от предыстории материала, а проницаемость ц-от частоты и напряженности внешнего поля.
Чтобы продемонстрировать, какой экранирующий эффект дает лист трансформаторной стали, был поставлен следующий простой эксперимент (рис. 8.5). Мы расположили прямоугольный лист размерами 66x71 х 0,062 см так, чтобы поле Земли было параллельно его плоскости, и размагничивали лист путем протягивания через отверстие катушки с обмоткой из 200 витков медного провода, через которую шел переменный ток частотой 60 Гц, создававший поле изменяющейся полярности (рис. 8.6). Ток был достаточно силен, чтобы в поле катушки могло происходить перемагничивание за счет перестройки доменной структуры, но по мере удаления размагничивающей катушки поле постепенно спадало до нуля. Благодаря такой процедуре доменная структура листа приходит в состояние с минимальной энергией в магнитном поле Земли.
Описанный эксперимент был проведен нами недавно в Лаборатории Вудвард-Клайд в Окленде. Поле вблизи центра листа оказалось равным 1 500 нТл, в то время как поле Земли в месте проведения эксперимента составляло около 50000нТл, т. е. коэффициент экранирования был равен примерно 35.
Затем поле вблизи центра листа измерялось в экранированной комнате с тем, чтобы оценить вклад остаточной намагниченности. Это поле оказалось равным 4500 нТл и направленным противоположно полю Земли в процессе размагничивания. Таким образом, вклад остаточной намагниченности составлял всего около 10%, и отсюда следует, что для эффективного экранирования не нужен замкнутый объем.
Если повторить весь эксперимент, расположив лист так, чтобы его плоскость была перпендикулярна полю Земли, то поле в центре листа, измеренное вне экранированной комнаты, составит 50000 нТл, т. е. при такой ориентации никакого экранирующего эффекта наблюдаться не будет. Если же повторить ту же процедуру внутри экранированной комнаты, то поле вблизи центра листа будет примерно равно полю в комнате, т. е. 100 нТл. Все это свидетельствует о зависимости намагниченности от предыстории материала.
Поскольку проекции вектора на две ортогональные плоскости полностью задают этот вектор, то, вообще говоря, только два набора таких поверхностей обеспечивают достаточное экранирование. Однако в простейшем случае можно ограничиться лишь двумя стенками, расположенными в соответствии с магнитным склонением. Такая конструкция непрактична, но иллюстрирует общий принцип, по которому для экранирования данной компоненты поля наиболее важны плоскости, параллельные ей. Так, в экранирование геомагнитного поля наибольший вклад вносят восточная и западная стенки, а северная и южная играют меньшую роль.
В теоретических работах по экранированию (см., например, Wills,
Рис. 8.6. Размагничивание листа трансформаторной стали с помощью большой переносной катушки. Эта же катушка использовалась для перемагничивания листов после сборки экранированной комнаты. Обмотка катушки состоит из 200 витков медной проволоки 18-го калибра и подключается к сети переменного тока с напряжением 120 В. Для размагничивания труднодоступных мест комнаты применялись переносные катушки меньших размеров.
