地磁场包括基本磁场和变化磁场两个部分。基本磁场是地磁场的主要部分,起源于固体地球内部,比较稳定,属于静磁场部分。变化磁场包括地磁场的各种短期变化,主要起源于固体地球外部,相对比较微弱。地球变化磁场可分为平静变化和干扰变化两大类型。
行军、航海利用地磁场对指南针的作用来定向。人们还可以根据地磁场在地面上分布的特征寻找矿藏。地磁场的变化能影响无线电波的传播。当地磁场受到太阳黑子活动而发生强烈扰动时,远距离通讯将受到严重影响,甚至中断。假如没有地磁场,从太阳发出的强大的带电粒子流(通常叫太阳风),就不会受到地磁场的作用发生偏转,而是直射地球。在这种高能粒子的轰击下,地球的大气成份可能不是现在的样子,生命将无法存在。所以地磁场这顶“保护伞”对我们来说至关重要。
地磁场强度大约是0.5-0.6高斯,也就是5-6*E-5特斯拉(50-60μT)。
磁场由磁体产生,由磁体的N极指向S极,在磁体的外部形成闭合的形式,距离辐射源越近,磁场强度越强。磁场的屏蔽的原理是利用磁性屏蔽材料,改变磁场的方向,由于磁场通过低磁阻的通路被旁路掉,因此可保证被屏蔽的物体不受磁场的干扰影响。
利用磁性屏蔽材料可以给磁场提供一个低磁阻的磁通路,需要选择怎样的材料,提供什么样的通路,应与被保护位置处的磁场强度有关,磁场越强,磁通路的磁阻越低,磁导率越高,也就是说磁性材料的选择与被屏蔽处的磁场有密切的关系,因此在进行磁性屏蔽设计之前,首先需要进行现场的磁场强度测试,根据绘制的测试结果图进行磁性屏蔽材料、厚度、尺寸等选择与设计。
磁屏蔽材料与电屏蔽材料不同之处在于,磁性屏蔽材料的磁导率与外界的磁场强度有关,外界磁场强度不同,磁性材料的磁导率也不同,饱和通量密度也不同,因此在磁场的屏蔽设计中的使用也不同。
静磁场是稳恒电流或永久磁体产生的磁场。静磁屏蔽是利用高磁导率μ的铁磁材料做成屏蔽罩以屏蔽外磁场。它与静电屏蔽作用类似而又有不同。
静磁屏蔽的原理可以用磁路的概念来说明。如将铁磁材料做成截面如上图的回路,则在外磁场中,绝大部份磁场集中在铁磁回路中。这可以把铁磁材料与空腔中的空气作为并联磁路来分析。因为铁磁材料的磁导率比空气的磁导率要大几千倍,所以空腔的磁阻比铁磁材料的磁阻大得多,外磁场的磁感应线的绝大部份将沿着铁磁材料壁内通过,而进入空腔的磁通量极少。这样,被铁磁材料屏蔽的空腔就基本上没有外磁场,从而达到静磁屏蔽的目的。材料的磁导率愈高,筒壁愈厚,屏蔽效果就愈显著。因常用磁导率高的铁磁材料如软铁、硅钢、坡莫合金做屏蔽层,故静磁屏蔽又叫铁磁屏蔽。
静磁屏蔽在电子器件中有着广泛的应用。例如变压器或其他线圈产生的漏磁通会对电子的运动产生作用,影响示波管或显像管中电子束的聚焦。为了提高仪器或产品的质量,必须将产生漏磁通的部件实行静磁屏蔽。在手表中,在机芯外罩以软铁薄壳就可以起防磁作用。
前面指出,静电屏蔽的效果是非常好的。这是因为金属导体的电导率要比空气的电导率大十几个数量级,而铁磁物质与空气的磁导率的差别只有几个数量级,通常约大几千倍。所以静磁屏蔽总有些漏磁。为了达到更好的屏蔽效果,可采用多层屏蔽,把漏进空腔里的残余磁通量一次次地屏蔽掉。所以效果良好的磁屏蔽一般都比较笨重。但是,如果要制造绝对的“静磁真空”,则可以利用超导体的迈斯纳效应。