لا تزال المغناطيسات تلعب دورًا مهمًا في مختلف التطبيقات والأجهزة. ومع ذلك، هناك لحظات يجب فيها التحكم في مجالاتها أو قواها المغناطيسية أو الحد منها. وهنا يأتي دور التدريع المغناطيسي.
ما هو الدرع المغناطيسي؟
الدرع المغناطيسي هو حاجز متخصص يُستخدم للحد من التأثيرات المغناطيسية للمجال المغناطيسي الخارجي أو التحكم فيها. الغرض الأساسي من التدريع المغناطيسي هو الحفاظ على أجسام أو مناطق أو حتى كائنات حية معينة من الضرر المحتمل للمجالات المغناطيسية الخارجية. ولحماية خطوط المجال المغناطيسي، تستخدم مواد متخصصة قادرة على امتصاص أو إعادة توجيه المجالات المغناطيسية.
أهمية التدريع المغناطيسي
يمكن أن تتسبب القوى المغناطيسية غير المنضبطة في إلحاق الضرر بالكائنات الحية، أو تعطيل تشغيل الإلكترونيات المختلفة، أو حتى إتلاف المعدات الحساسة. ومع ذلك، يوفر التدريع المغناطيسي حلًا موثوقًا لجميع التداخلات التي تسببها المجالات المغناطيسية الخارجية، على الرغم من أن بعضها قد لا يكون واضحًا على الفور.
حماية الإلكترونيات الحساسة
يمكن أن تؤدي المجالات المغناطيسية الخارجية إلى تشويه أو تعطيل تشغيل الإلكترونيات الحساسة مثل المعدات الطبية وأجهزة الاتصالات. وذلك لأن القوى المغناطيسية غير المبررة يمكن أن تشوه التيارات في الدوائر الإلكترونية.
إن نشر درع مغناطيسي في البيئات التي تحتوي على إلكترونيات حساسة يحمي المكونات الرئيسية لهذه الإلكترونيات ويضمن الأداء الأمثل. على سبيل المثال، سيؤدي تركيب درع مغناطيسي بالقرب من جهاز التصوير بالرنين المغناطيسي إلى تجنب تشويه منطقة التصوير بواسطة قوى مغناطيسية خارجية مما يؤدي إلى نتائج دقيقة.
حماية صحة الكائنات الحية
عندما يتعرض البشر والكائنات الحية الأخرى بشكل مستمر لمجالات مغناطيسية قوية للغاية، قد تتطور حالات صحية خطيرة.
على سبيل المثال، يمكن أن يكون العمال الذين يعملون على خطوط الطاقة ذات الجهد العالي عرضة للأمراض الناجمة عن التعرض المفرط للمجال المغناطيسي مثل السرطان. ومع ذلك، فإن دمج تقنيات التدريع المغناطيسي ذات الصلة يقلل من فرص تعرضهم مما يؤدي إلى تحسين سلامتهم. يمكن تضمين الدروع المغناطيسية في معدات عملهم أو معدات الحماية الخاصة بهم.
ضمان دقة القياسات
يمكن أن تؤدي التداخلات الناجمة عن المجالات المغناطيسية الخارجية إلى قياسات ونتائج غير منتظمة. ويمكن أن يؤدي هذا بدوره إلى نتائج بحثية مزيفة في التجارب العلمية بالإضافة إلى ضعف جودة المنتج في التصنيع.
يمكن أن يؤدي تنفيذ طرق التدريع المغناطيسي المجدية إلى وضع محكوم وبالتالي ضمان دقة التجارب البحثية.
لنأخذ مسرعات الجسيمات على سبيل المثال. يمكن أن يؤثر إدخال مجالات مغناطيسية خارجية قوية على مسار الجسيمات وبالتالي يؤدي إلى نتائج غير منتظمة. ومع ذلك، مع وجود درع مغناطيسي متطور، يكون هناك تداخل أقل وهذا يترجم إلى نتائج دقيقة.
حماية البيانات
يمكن أن يؤدي تعريض أجهزة تخزين البيانات مثل محركات الأقراص الصلبة للكمبيوتر إلى قوى مغناطيسية شديدة إلى تلف البيانات أو فقدان البيانات الأساسية بالكامل. هذا هو السبب في أن معظم مراكز البيانات أو مرافق تخزين البيانات تستخدم حواجز حماية مغناطيسية متطورة لحماية خوادمها من المجالات المغناطيسية الخارجية. تتجنب الدروع احتمال فقدان المعلومات وكذلك تشويه المعلومات الحساسة.
سلامة الطيران والفضاء
في تطبيقات الطيران والفضاء، يمكن أن يكون للمجالات المغناطيسية الخارجية عواقب بعيدة المدى على المكونات الأساسية مثل معدات الملاحة والاتصالات.
وهذا بدوره يمكن أن يعرّض حياة أفراد الطاقم للخطر مما يؤكد جوهر التدريع المغناطيسي. ويؤدي دمج الدروع المغناطيسية في المعدات الفضائية والإلكترونيات إلى مقاومة المجالات المغناطيسية الخارجية مما يؤدي إلى اتساق التشغيل وسلامة أفراد الطاقم.
تحسين وظائف الأجهزة الطبية
إن الأداء السليم للمعدات الطبية أمر حيوي لضمان سلامة المرضى. ولهذا السبب يجب أن تشتمل الأجهزة الطبية التي تستخدم الرنين المغناطيسي على تدريع مغناطيسي لمنع تعريض المريض للخطر.
على سبيل المثال، تتكون الغرسات القوقعية المصممة لإعادة السمع لدى الإنسان من مكونات إلكترونية حساسة للقوى المغناطيسية. وبدون التدريع المغناطيسي المناسب، يمكن أن تكون هذه الأجهزة غير فعالة وفي بعض الحالات قد تسبب ضرراً للمريض.
أفضل المواد للحماية المغناطيسية
يتضمن التدريع المغناطيسي استخدام مواد متميزة تتميز بنفاذية عالية. وتسمح هذه الخاصية للمواد بامتصاص المجالات المغناطيسية الخارجية أو إعادة توجيهها لحماية مناطق ومعدات محددة.
كما أنها تضمن التوافق الكهرومغناطيسي في الأدوات الإلكترونية الحساسة. إليك أفضل المواد المعروفة بحجب المجالات المغناطيسية.
مواد التدريع المغناطيسي الرئيسية
المعادن المغناطيسية الحديدية هي في الأساس المواد الأكثر شيوعًا وفعالية المستخدمة في صنع العوازل أو الدروع المغناطيسية. والمواد المغناطيسية الحديدية الرئيسية المستخدمة في التدريع المغناطيسي هي النيكل والكوبالت والحديد.
مو-ميتال
يتميز معدن Mu-metal بامتصاصية مغناطيسية عالية، وهو أحد أكثر مواد التدريع المغناطيسي استخدامًا. وهو مصنوع في المقام الأول من الحديد والنيكل وهذا يعزز من قدرات العزل المغناطيسي. بالإضافة إلى ذلك، فهي تتميز ببنية بلورية، مما يعزز قدرتها على إعادة توجيه خطوط المجال المغناطيسي.
الفولاذ
يعد الفولاذ أيضًا خيارًا شائعًا عندما يتعلق الأمر بالدرع المغناطيسي لأنه مغناطيسي حديدي وبأسعار معقولة جدًا. ومع ذلك، هناك أنواع محددة من الفولاذ لا يمكن ممغنطتها وبالتالي لا يمكن استخدامها كعوازل مغناطيسية.
مواد الفريت
تستخدم مواد الفريت أيضًا على نطاق واسع لدرع المجالات المغناطيسية وهي في الأساس مواد خزفية. وهي تتكون من أكسيد الحديد الممزوج بالمنجنيز أو الزنك.
يمكن للدروع المغناطيسية الفريتية أن تخفف من الإشعاع الكهرومغناطيسي بسبب انخفاض توصيلها الكهربائي. وهذا يفسر سبب استخدامها الشائع في حجب المجالات المغناطيسية في المحاثات ومحولات الكهرباء.
حديد ناعم
يمكن للحديد اللين أن يكتسب المغناطيسية ويفقد قدراته المغناطيسية بسهولة. وهذا يجعله مادة مثالية للدرع المغناطيسي. وعند وضعه في طريق مجال مغناطيسي، يمكن للحديد اللين إعادة توجيه خطوط المجال المغناطيسي وبالتالي حماية المناطق والأجسام القريبة من تأثيرات المجال المغناطيسي.
مواد الدرع المغناطيسي البديلة
بالإضافة إلى المواد المغناطيسية الحديدية، وهي مواد الدرع المغناطيسية الأساسية، هناك العديد من البدائل ذات المزايا الجديدة.
الموصلات الفائقة
يمكن للموصلات الفائقة التوصيل مثل الألومنيوم أن تصد القوى المغناطيسية خاصة عند تعرضها لدرجات حرارة منخفضة. ويرجع ذلك إلى أنها تعاني من تأثير ميسنر، وهو ما يؤهلها لاستخدامها كدروع مغناطيسية.
ولكن استخدامها محدود بسبب التقلبات في درجات الحرارة. يجب الحفاظ عليها في درجات حرارة شديدة البرودة.
ميتغلاس
Metglas عبارة عن سبيكة تتكون من السيليكون والحديد والبورون من بين عناصر أخرى. وهي تُظهر بنية غير بلورية، مما يعزز من خصائص الإكراه والنفاذية. وهذا يؤهلها بالتالي لاستخدامها كمادة دروع مغناطيسية.
المواد القائمة على الكربون
وتتميز المواد القائمة على الكربون مثل الجرافين بتوصيلية كهربائية ملحوظة وهذا يحسن كثيراً من قدرتها على حجب المجالات المغناطيسية. بالإضافة إلى ذلك، يتميز الجرافين بتكوين ثنائي الأبعاد، مما يسمح له بتخفيف المجالات المغناطيسية والإشعاع الكهرومغناطيسي.
تحديد السماكة المناسبة للدرع المغناطيسي
تؤثر سماكة الحاجز المغناطيسي أو اتساعه بشكل مباشر على مستوى الحجب المغناطيسي الذي يتم تحقيقه. وهذا هو السبب في أن اختيار سمك الدرع المغناطيسي المناسب لا يقل أهمية عن اختيار مادة حجب المجال المغناطيسي المناسبة. تميل الحواجز السميكة إلى حجب المزيد من خطوط المجال المغناطيسي.
لا توجد معادلة واحدة يمكن استخدامها عالميًا لحساب السُمك المثالي للحاجز المغناطيسي. ومع ذلك، هناك بعض المعلمات التي يمكن أن تساعدك في تحديد السماكة المناسبة.
نفاذية مادة الدرع المغناطيسي
تقيس النفاذية ببساطة سهولة اختراق خطوط المجال المغناطيسي للحاجز المغناطيسي.
تقدم مواد الدروع المغناطيسية المختلفة درجات مختلفة من النفاذية وهذا يجعل من الصعب تحديد سمك معين كخيار مثالي. ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن المواد عالية النفاذية توفر خصائص تدريع أفضل.
قوة المجال المغناطيسي
تحتاج إلى معرفة شدة المجال المغناطيسي الذي تريد أن تحمي نفسك منه. ويمكن تحديد ذلك بوحدات مثل Tesla (T) أو Gauss (G).
التوهين المرغوب فيه
التوهين هو انخفاض شدة المجال المغناطيسي أثناء مروره عبر الدرع. تحتاج إلى تحديد مستوى التوهين المطلوب، والذي غالباً ما يتم التعبير عنه بالديسيبل (ديسيبل).
عوامل يجب مراعاتها عند اختيار سُمك الدرع المغناطيسي المناسب
للوصول إلى السماكة المثالية للدرع المغناطيسي، يجب أن تأخذ في الاعتبار العوامل التالية. يجب موازنة هذه العوامل مع بعضها البعض لتحقيق التوازن الصحيح بين الأداء والجدوى والتكلفة.
نوع مادة التدريع المغناطيسي المستخدمة
مادة الدرع المغناطيسي هي المحدد الرئيسي لسمك الدرع. كما أنها تؤثر على فعالية محاولة التدريع. تُظهر المواد المختلفة نفاذية متفاوتة وهذا يؤثر على مدى قدرة الحاجز المغناطيسي على إعادة توجيه أو امتصاص المجالات المغناطيسية. تُظهر المواد ذات النفاذية الأعلى قدرات تدريع أعلى نسبياً مما يعني أنه ليس من الضروري أن تكون سميكة بالضرورة.
مستوى التدريع المطلوب
قد تتطلب بعض التطبيقات درجات مختلفة من التدريع المغناطيسي. على سبيل المثال، عند تدريع المعدات الطبية، قد يتم استخدام دروع أقوى وأسمك عند الحاجة إلى تداخل مغناطيسي قليل. غالبًا ما يتم تحديد درجة التدريع اللازمة من خلال حساسية الجسم أو المنطقة التي تحتاج إلى حماية من المجالات المغناطيسية.
الوزن والحجم
على الرغم من أن الدروع المغناطيسية السميكة تظهر قدرات حجب مغناطيسية أقوى، إلا أنها قد تكون أثقل قليلاً. قد يكون هذا سببًا رئيسيًا للقلق بالنسبة للأجهزة التي تحتاج إلى التنقل أو التطبيقات ذات المساحات المحدودة. لهذا السبب من المهم للغاية تحقيق التوازن بين سُمك الدرع المغناطيسي ومتطلبات الوزن أو المساحة للتطبيق.
اعتبارات التكلفة
التكلفة هي مصدر قلق كبير ومواد التدريع المختلفة لها أسعار متفاوتة. فمواد مثل معادن المو-ميتال أغلى نسبيًا من الدروع المغناطيسية الفولاذية.
وبالمثل، يستهلك المزيد من الكثافة المزيد من المواد مما يعني أن التكلفة ستكون أعلى. لذا، في الحالات التي يكون فيها توفير التكلفة أولوية يمكن للمرء اختيار درع مغناطيسي أقل كثافة.
خطوات عملية في صنع الدروع التي تحجب المجالات المغناطيسية
يمكن تصنيع دروع حجب المجال المغناطيسي باستخدام العديد من المواد والطرق. يتم تحديد اختيار مواد وتقنية التصنيع حسب درجة التدريع المقصودة ومتطلبات التطبيق. فيما يلي نظرة عامة على كيفية صنع درع مغناطيسي:
اختيار المواد
هناك مجموعة واسعة من المواد ذات قدرات حجب المجال المغناطيسي للاختيار من بينها. أفضل المواد هي المواد اللينة مثل معادن المو، والتي لا يجب بالضرورة أن تكون كثيفة لتكون فعالة.
معالجة المواد
بعد الاستقرار على مادة معينة للدرع المغناطيسي، يحين وقت معالجة المادة المختارة. ويتم ذلك عادةً باستخدام تقنيات مختلفة أهمها المعالجة الحرارية والدرفلة والتلدين. وتؤدي معالجة مادة الدرع المغناطيسي إلى تزويدها بالخصائص المغناطيسية المناسبة لتسهيل التدريع المغناطيسي.
التشكيل
وبعد ذلك، يتم قطع ألواح الدروع المغناطيسية المعالجة وتغيير حجمها مع وضع الاستخدام المقصود في الاعتبار. تفترض معظم الدروع المغناطيسية تصميمات بسيطة ولكن يمكن أيضًا دمج تصميمات معقدة.
الانضمام
يتم بعد ذلك ربط صفائح الدروع المغناطيسية المقطوعة باستخدام مواد لاصقة أو تقنيات مثل اللحام واللحام بالنحاس. ومن الجدير بالذكر أن الربط لا ينطبق على جميع الدروع المغناطيسية. فهو ينطبق عندما يلزم ضم عدة صفائح لتشكيل درع أكبر.
الطلاء
غالبًا ما يتم تنفيذ الطلاء كخطوة نهائية ويسعى إلى تحسين مظهر الدرع المغناطيسي. ويمكن تطبيق طبقات أقوى لرفع مقاومة الحاجز للتآكل. ويمكن أن تشمل اللمسات النهائية الأخرى المستخدمة الطلاء والطلاء.
الاختبار
يتم تنفيذ هذه العملية للتأكد من قدرة الحاجز المغناطيسي على تحقيق الهدف المحدد له. يتم وضع الدرع المغناطيسي حول الجسم الذي يحتاج إلى حماية من المجال المغناطيسي وتعريضه لمجال مغناطيسي معروف. ثم يتم قياس الانخفاض في التدفق المغناطيسي باستخدام مقياس غاوس.
كيف يعمل التدريع المغناطيسي؟
يعمل التدريع المغناطيسي عن طريق حجب أو تحويل المجالات المغناطيسية الخارجية لإبعادها عن متناول مناطق أو كائنات أو أجهزة معينة. وفيما يلي تفصيل للعمليات التي تستخدمها الدروع المغناطيسية لحجب خطوط المجال المغناطيسي الخارجي.
تحويل خطوط المجال المغناطيسي
توضع الدروع المغناطيسية عادةً بالقرب من المنطقة أو الجسم المحمي. تقوم الدروع بسحب خطوط المجال المغناطيسي من المجال المغناطيسي الخارجي نحوها وبالتالي تحويلها بعيداً عن المنطقة المحمية.
وقد أصبح ذلك ممكنًا لأن الدروع المغناطيسية مصنوعة من مواد عالية النفاذية.
توليد الحلقات المغلقة
تشكل مادة التدريع حلقات للخطوط المغناطيسية وتوجهها حول المنطقة المحمية.
وهذا يمنع الخطوط المغناطيسية من الدخول إلى المساحة المحمية وبالتالي يقلل أو يوقف تأثيرات المجالات المغناطيسية الخارجية. بالنسبة للأجسام أو المناطق التي تتطلب تدريعًا شديدًا، يمكن استخدام دروع مغناطيسية أكثر سمكًا. وبدلاً من ذلك، يمكن استخدام طبقات مختلفة من الدروع المغناطيسية.
سيناريوهات التدريع المغناطيسي العملية
يمكن للمجالات المغناطيسية غير المنضبطة أن تتداخل مع إشارات الاتصال أو تعرض العمليات الأساسية للخطر.
يخفف التدريع المغناطيسي من الآثار السلبية للمجالات المغناطيسية على الأجسام والكائنات الحية والمناطق. ولهذا السبب يعد التدريع المغناطيسي ممارسة شائعة في السيناريوهات التالية.
كيف تحمي البوصلة من المجال المغناطيسي الخارجي؟
لحماية البوصلة من القوى المغناطيسية الخارجية، قم بلفها في وعاء مصنوع من مادة مغناطيسية حديدية. يمكن أن تكون هذه المادة من معدن Mu أو مادة الفريت.
عادةً ما تؤدي النفاذية المغناطيسية العالية لهذه الحاوية إلى تحويل المجالات المغناطيسية الخارجية وبالتالي تقليل تأثيرها على اتجاه إبرة البوصلة. سينتج عن ذلك قراءات اتجاه غير متغيرة.
كيف تحمي مكبر الصوت مغناطيسيًا؟
للحفاظ على جودة صوت جيدة، من المهم الحفاظ على مغناطيس مكبر الصوت أو الجهاز الصوتي بعيداً عن متناول المجالات المغناطيسية الخارجية. ويمكن تحقيق ذلك من خلال تغليف المغناطيسات المعنية بمواد عالية النفاذية قادرة على امتصاص أو إعادة توجيه القوى المغناطيسية غير المرغوب فيها.
كيف تحمي المحرك مغناطيسيًا؟
ولمنع المجالات المغناطيسية الخارجية من تعطيل وظائف المحرك، يحتاج المرء إلى غلاف أو درع مغناطيسي للمحرك بخصائص مغناطيسية. يجب أن يغطي الدرع المغناطيسي المحرك بالكامل لضمان الامتصاص الفعال لخطوط المجال المغناطيسي الخارجي. سيؤدي ذلك إلى حماية المحرك من الاضطرابات التي من المحتمل أن تسببها المجالات المغناطيسية القوية غير المدعوة.
كيف تحمي سلكاً مغناطيسياً؟
وللتخفيف من التداخل الكهرومغناطيسي، الذي يمكن أن يقلل من الانبعاثات المغناطيسية للسلك أو يؤثر سلبًا على أدائه، يمكن لفه باستخدام أنبوب أو شريط تدريع مغناطيسي حديدي. وسيقوم الأنبوب بعد ذلك بامتصاص القوى المغناطيسية الخارجية وبالتالي حماية السلك.
كيفية حماية مغناطيس أرضي قوي؟
تصنع المغناطيسات الأرضية القوية من مواد مغناطيسية أرضية قوية مثل النيوديميوم. وللحفاظ على الخصائص المغناطيسية القوية للمغناطيسات الأرضية القوية حتى في محيط مجالات مغناطيسية خارجية أقوى، ما عليك سوى وضعها في صناديق مصنوعة من مواد مغناطيسية حديدية. على سبيل المثال، صندوق مصنوع من الفولاذ.
خاتمة
كما ترون، فإن تدريع المغناطيس هو عملية عملية عملية. فهي تلعب دورًا مهمًا في العديد من الصناعات. إذا كنت ترغب في معرفة المزيد عن قوانين المغناطيسية أو المغناطيس, اتصل بنا الآن.
Arabic 
English 
Spanish 
German 
French 
Portuguese