Защитные поля и экраны земли: Какие защитные поля и экраны Земли Вы знаете? От чего они защищают? Каковы условия их образования? — Студопедия

Материалы (экраны) для защиты от магнитных и электромагнитных полей

Отрасли применения:

• Электроника.
• Энергетика.
• Строительство.
• Медицина.

Области применения:

• Экранирование жилых и нежилых помещений.
• Экранирование трансформаторных станций.
• Создание магнитноэкранированных комнат для научно-исследовательских центров.
• Экранирование силовых кабелей, создание кабель каналов.
• Экранированные боксы для проведения медико-биологических исследований.
• Защитная одежда для проведения сварочных работ.

Назначение:

• Защита электронной аппаратуры, компьютерной техники, прецизионных
  приборных комплексов и биологических объектов от магнитного поля
  промышленной частоты и электромагнитного поля радиочастотного диапазона.

Экраны магнитных полей промышленной частоты

Описание:

Этот
вид экранов применяют в том случае, когда необходимо исключить влияние
магнитного поля на чувствительные элементы электронной техники, а также на
биологические объекты. Принцип защиты заключается в замыкании силовых линий
магнитного поля в толще материала и исключение их проникновения из внешнего
пространства внутрь замкнутого объема или из замкнутого объема во внешнее
пространство.

ФГУП «ЦНИИ КМ «Прометей» разработана технология
изготовления таких экранов в виде гибких полотен из лент аморфных и
нанокристаллических магнитомягких сплавов, прошедших специальную
термомагнитную обработку.

Технические характеристики:

• Ширина – от 5 до 50 см;
• Длина – до 150 м;
• Толщина одного слоя – от 20 до 30 мкм.
• Масса 1 м² в однослойном
  исполнении – менее 0,3 кг
• Коэффициент экранирования  в диапазоне частот (50 – 1000 Гц)* – от
  10 до 1000.

  *  зависит от напряженности магнитного поля и конструкции экрана.

Преимущества

• Имеется санитарно-эпидемиологическое
  заключение ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в г. С.Петербурге» о том,
  что экранирующий материал соответствует государственным санитарно
  эпидемиологическим правилам и нормам.

• По сравнению с традиционными экранирующими материалами (пермаллои,
  ферриты и т.п.), эффективность экранирования существенно выше при
  условии использования одного и того же количества магнитного материала.

• Разрабатываемые экраны более технологичны и просты в применении за
  счет малой толщины и гибкости, а также менее чувствительны к
  механическим напряжениям.

Предложения по сотрудничеству:

• Техническая и технологическая документация на технологию
  изготовления экранов магнитных полей промышленной частоты.
• Адаптация технологии  под требования Заказчика.
• Совместная разработка новых типов экранов. Изготовление и поставка
  продукции.

Экраны электромагнитных полей

Описание:

Подобные
экраны применяются в тех случаях, когда для защиты технических средств или
биологических объектов необходимо обеспечить отсутствие отраженной
электромагнитной волны или высокое ослабление в толщине материала.

Экраны
выполняются в виде листового металлодиэлектрического композита
с наполнителем из порошка аморфного и нанокристаллического магнитомягкого
сплава (получение порошка при помощи УДА — технологии).

Изготавливаются в виде однослойных или
многослойных функционально-градиентных композитов, ячеистых и объемно
пористых структур интерференционного типа.

Экраны выпускаются, соответственно, в
двух модификациях: экранирующего и поглощающего типов.

На разработанные материалы выпущены
технические условия ТУ 38Л405-365-2004

Технические характеристики:

• Ширина – до 25 см.
• Длина –  до 25 см.
• Толщина одного слоя – от 1 до 15 мм.
• Фракционный состав аморфного порошка – от 3 до 200 мкм.
• Масса 1 м² экрана –от 3
  до 45 кг.
• Коэффициент ослабления электромагнитных полей (1 – 1000 МГц) – более
  10 дБ/мм.
• Коэффициент отражения по мощности (1 – 1000 МГц) – менее 10 дБ.

Преимущества:

Существенно более широкий диапазон экранирования и
поглощения электромагнитных излучений.

Правовая защита:  Имеются патенты РФ:

• «Композиционный материал для защиты от электромагнитного излучения»;
• «Способ
  получения магнитного и электромагнитного экрана»;
• « Аморфный сплав для литья
  микропроводов»;
• «Силовой кабель с электромагнитным экраном»;
• «Экранированный бокс с защищенным от внешнего эл.магнитного воздействия
  внутренним объемом»;
• «Способ получения композиционного порошкового магнитного
  материала системы»;
• «Ферромагнетик-диамагнетик».

Предложения по сотрудничеству:

• Техническая и технологическая документация на технологию изготовления экранов
  электромагнитных полей.
• Адаптация технологии  под требования Заказчика.
• Совместная разработка новых типов экранов.
• Изготовление и поставка продукции.
• Поставка партий порошков.

Форма запроса

Вы можете отправить запрос на данную разработку, заполнив следующую форму:

 

Изделия (экраны) для защиты от магнитных и электромагнитных полей

Vital Signs of the Planet

Магнитосфера Земли, как бы она выглядела, если бы у нас были «очки магнитного поля». Форма создается взаимодействием солнечного ветра с собственным магнитным полем Земли. Предоставлено: Калифорнийский университет Риджентс

Алан Буис,
Лаборатория реактивного движения НАСА

Среди четырех скалистых планет в нашей Солнечной системе можно сказать, что «магнитная» индивидуальность Земли вызывает зависть у ее межпланетных соседей.

В отличие от Меркурия, Венеры и Марса, Земля окружена огромным магнитным полем, называемым магнитосферой. Созданная мощными динамическими силами в центре нашего мира, наша магнитосфера защищает нас от эрозии нашей атмосферы солнечным ветром (заряженные частицы, которые наше Солнце постоянно извергает в нас), эрозии и излучения частиц от выбросов корональной массы (массивные облака энергетических намагниченная солнечная плазма и излучение), а также космические лучи из дальнего космоса. Наша магнитосфера играет роль привратника, отталкивая эту нежелательную энергию, вредную для жизни на Земле, удерживая большую ее часть на безопасном расстоянии от поверхности Земли в двойных зонах в форме пончиков, называемых поясами Ван Аллена.

Воздействие космической погоды. 1 кредит

Но магнитосфера Земли не является идеальной защитой. Изменения солнечного ветра могут нарушить его, что приведет к «космической погоде» — геомагнитным бурям, которые могут проникать в нашу атмосферу, угрожая космическим кораблям и астронавтам, нарушая работу навигационных систем и нанося ущерб энергосистемам. С положительной стороны, эти бури также производят эффектное северное сияние на Земле. Солнечный ветер создает временные трещины в щите, позволяя некоторой энергии ежедневно проникать на поверхность Земли. Однако, поскольку эти вторжения кратковременны, они не вызывают серьезных проблем.

Это изображение красочного полярного сияния было получено в Дельта-Джанкшн, Аляска, 10 апреля 2015 года. Все полярные сияния создаются энергичными электронами, которые падают дождем из магнитного пузыря Земли и взаимодействуют с частицами в верхних слоях атмосферы, создавая светящиеся огни, которые тянутся через небо. Предоставлено: Изображение предоставлено Себастьяном Саарлоосом.

Получить новости НАСА об изменении климата: Подписаться на информационный бюллетень »

Поскольку силы, генерирующие магнитное поле Земли, постоянно меняются, само поле также находится в постоянном движении, его сила то растет, то ослабевает со временем. Это приводит к тому, что положение северного и южного магнитных полюсов Земли постепенно смещается и полностью меняется примерно каждые 300 000 лет или около того. Вы можете узнать, почему изменения и сдвиги полярности магнитного поля не влияют на климат во временных масштабах человеческой жизни и не являются причиной недавнего наблюдаемого потепления Земли 9.0005 здесь .

Запущенная в ноябре 2013 года Европейским космическим агентством (ЕКА) группировка из трех спутников Swarm позволяет по-новому взглянуть на работу глобального магнитного поля Земли. Магнитное поле, создаваемое движением расплавленного железа в ядре Земли, защищает нашу планету от космического излучения и заряженных частиц, испускаемых нашим Солнцем. Он также обеспечивает основу для навигации с помощью компаса.

Основанное на данных Swarm, верхнее изображение показывает среднюю напряженность магнитного поля Земли на поверхности (измеряемую в нанотеслах) в период с 1 января по 30 июня 2014 года. Второе изображение показывает изменения этого поля за тот же период. Хотя цвета на втором изображении такие же яркие, как и на первом, обратите внимание, что самые большие изменения были плюс-минус 100 нанотесла в поле, которое достигает 60 000 нанотесла. Предоставлено: Европейское космическое агентство/Технический университет Дании (ESA/DTU Space).

Чтобы понять силы, управляющие магнитным полем Земли, нужно сначала отделить четыре основных слоя земной «луковицы» (твердой Земли):

1. Кора, в которой мы живем, составляет около 19 миль (31 километров) в среднем на суше и около 3 миль (5 километров) на дне океана.
2. Мантия, горячая вязкая смесь расплавленной породы толщиной около 1800 миль (2900 километров).
3. Внешнее ядро ​​толщиной около 1400 миль (2250 километров), состоящее из расплавленного железа и никеля.
4. Внутреннее ядро, твердая сфера толщиной примерно 759 миль (1221 км) из железа и никеля, примерно такая же горячая, как поверхность Солнца.

Внутренняя структура Земли: плотное твердое металлическое ядро, вязкое металлическое внешнее ядро, мантия и силикатная кора. Кредит: НАСА

Почти все геомагнитное поле Земли создается в жидком внешнем ядре. Подобно кипящей воде в печи, конвективные силы (которые перемещают тепло из одного места в другое, обычно через воздух или воду) постоянно взбивают расплавленные металлы, которые также закручиваются водоворотами, движимыми вращением Земли. Когда эта вращающаяся масса металла движется вокруг, она генерирует электрические токи шириной в сотни миль, которые текут со скоростью тысячи миль в час по мере вращения Земли. Этот механизм, отвечающий за поддержание магнитного поля Земли, известен как геодинамо.

Иллюстрация динамо-механизма, создающего магнитное поле Земли: конвекционные токи жидкого металла во внешнем ядре Земли, приводимые в движение тепловым потоком из внутреннего ядра, организованные в рулоны силой Кориолиса, создают циркулирующие электрические токи, которые генерируют магнитное поле. Предоставлено: Эндрю З. Колвин, CC BY-SA 4.0, через Викисклад.

На поверхности Земли магнитное поле образует два полюса (диполь). Северный и южный магнитные полюса имеют противоположные положительные и отрицательные полярности, как стержневой магнит. Невидимые линии магнитного поля движутся по замкнутой непрерывной петле, втекая в Землю на северном магнитном полюсе и выходя на южном магнитном полюсе. Солнечный ветер сжимает форму поля на стороне Земли, обращенной к Солнцу, и вытягивает его в длинный хвост на стороне, обращенной к ночи.

Изучение прошлого магнетизма Земли называется палеомагнетизмом. Прямые наблюдения магнитного поля ведутся всего несколько столетий назад, поэтому ученые полагаются на косвенные доказательства. Магнитные минералы в древних ненарушенных вулканических и осадочных породах, озерных и морских отложениях, потоках лавы и археологических артефактах могут выявить силу и направления магнитного поля, когда произошла инверсия магнитных полюсов и многое другое. Изучая глобальные свидетельства и данные со спутников и геомагнитных обсерваторий, а также анализируя эволюцию магнитного поля с помощью компьютерных моделей, ученые могут построить историю того, как поле менялось в течение геологического времени.

Простая визуализация магнитосферы Земли во время равноденствия. Авторы и права: Студия научной визуализации НАСА.

Земля окружена системой магнитных полей, называемой магнитосферой. Магнитосфера защищает нашу родную планету от вредного солнечного и космического излучения, но она может менять форму в ответ на поступающую от Солнца космическую погоду. Предоставлено: Студия научной визуализации НАСА.

срединно-океанических хребтов Земли, где формируются тектонические плиты, предоставляют палеомагнетикам данные примерно на 160 миллионов лет назад. Поскольку лава постоянно извергается из хребтов, она растекается и остывает, а содержащиеся в ней богатые железом минералы выравниваются с геомагнитным полем, указывая на север. Как только лава остывает примерно до 1300 градусов по Фаренгейту (700 градусов по Цельсию), сила и направление магнитного поля в это время «вмораживаются» в скалу. Эта запись магнитного поля может быть обнаружена путем отбора проб и радиометрического датирования породы.

Исследования магнитного поля Земли раскрыли большую часть ее истории.

Магнитные полосы вокруг срединно-океанических хребтов раскрывают историю магнитного поля Земли на протяжении миллионов лет. Изучение прошлого магнетизма Земли называется палеомагнетизмом. 1 кредит

Например, мы знаем, что за последние 200 лет магнитное поле ослабло примерно на 9 процентов в среднем по миру. Тем не менее, палеомагнитные исследования показывают, что это поле на самом деле является самым сильным за последние 100 000 лет и в два раза превышает его среднее значение за миллион лет.

Мы также знаем, что в магнитосфере есть хорошо известное «слабое место», которое присутствует круглый год. Расположенная над Южной Америкой и южной частью Атлантического океана, Южно-Атлантическая аномалия (ЮАА) представляет собой область, где солнечный ветер проникает ближе к поверхности Земли. Он создается комбинированным влиянием геодинамо и наклона магнитной оси Земли. Хотя заряженные солнечные частицы и частицы космических лучей внутри САА могут поджарить электронику космического корабля, они не влияют на жизнь на поверхности Земли.

Мы знаем, что положение магнитных полюсов Земли постоянно меняется. С тех пор, как в 1831 году он был впервые точно обнаружен офицером британского Королевского флота и полярным исследователем сэром Джеймсом Кларком Россом, положение северного магнитного полюса постепенно сместилось на северо-северо-запад более чем на 600 миль (1100 километров), а его поступательная скорость увеличилась с примерно от 10 миль (16 километров) в год до примерно 34 миль (55 километров) в год.

Магнитное поле Земли действует как защитный щит вокруг планеты, отталкивая и улавливая заряженные частицы от Солнца. Но над Южной Америкой и южной частью Атлантического океана необычно слабое место в поле, называемое Южно-Атлантической аномалией, или ЮАА, позволяет этим частицам опускаться ближе к поверхности, чем обычно. В настоящее время SAA не оказывает видимого влияния на повседневную жизнь на поверхности. Однако недавние наблюдения и прогнозы показывают, что регион расширяется на запад и его интенсивность продолжает ослабевать. Южноатлантическая аномалия также представляет интерес для ученых НАСА, занимающихся изучением Земли, которые следят за изменениями магнитной силы там, как с точки зрения того, как такие изменения влияют на атмосферу Земли, так и как показатель того, что происходит с магнитными полями Земли глубоко внутри земного шара. Предоставлено: Студия научной визуализации НАСА.

Магнитные полюса Земли не совпадают с ее геодезическими полюсами, с которыми большинство людей более знакомы. Расположение геодезических полюсов Земли определяется осью вращения, вокруг которой вращается наша планета. Эта ось не вращается равномерно, как глобус на вашем столе. Вместо этого он слегка качается. Это приводит к тому, что положение истинного северного полюса со временем немного смещается. Этому блужданию способствуют многочисленные процессы на поверхности Земли и в ее недрах, но в первую очередь это связано с движением воды вокруг Земли. С тех пор, как начались наблюдения, положение оси вращения Земли сместилось в сторону Северной Америки примерно на 37 футов (12 метров), но не более чем на 7 дюймов (17 сантиметров) в год. Эти колебания не влияют на нашу повседневную жизнь, но их необходимо учитывать для получения точных результатов от глобальных навигационных спутниковых систем, спутников наблюдения Земли и наземных обсерваторий. Колебания могут рассказать ученым о прошлых климатических условиях, но они являются следствием изменений в континентальных запасах воды и ледяных щитов с течением времени, а не их причиной.

Северные полюса падения, наблюдаемые в период с 1831 по 2007 год, обозначены желтыми квадратами. Смоделированные положения полюсов с 1590 по 2020 год представляют собой круги, меняющиеся от синего до желтого.

Наблюдаемые южные полюса падения в период с 1903 по 2000 год отмечены желтыми квадратами. Смоделированные положения полюсов с 1590 по 2020 год представляют собой круги, меняющиеся от синего до желтого. Кредит: NOAA/NCEI

Безусловно, самые драматические изменения, влияющие на магнитосферу Земли, — это инверсия полюсов. Во время инверсии полюсов северный и южный магнитные полюса Земли меняются местами. Хотя это может показаться чем-то большим, на самом деле смена полюсов в геологической истории Земли — обычное дело. Палеомагнитные записи, в том числе те, которые показывают изменения напряженности магнитного поля, говорят нам, что магнитные полюса Земли менялись местами 183 раза за последние 83 миллиона лет и по крайней мере несколько сотен раз за последние 160 миллионов лет. Временные интервалы между обращениями сильно колебались, но в среднем составляют около 300 000 лет, причем последнее произошло около 780 000 лет назад. Ученые не знают, что влияет на частоту инверсий полюсов, но это может быть связано с конвекционными процессами в мантии Земли.

Положения Северного магнитного полюса Земли. Показанные полюса представляют собой наклонные полюса, определяемые как положения, в которых направление магнитного поля является вертикальным. Красными кружками отмечены положения магнитного северного полюса, определенные прямым наблюдением; синими кружками отмечены позиции, смоделированные с использованием модели GUFM (1590–1890 гг.) и модели IGRF-12 (1900–2020 гг.) с шагом в один год. Для 1890–1900 годов была выполнена гладкая интерполяция между двумя моделями. Смоделированные местоположения после 2015 года являются прогнозами. Предоставлено: Cavit, CC BY 4.0, через Викисклад.

При смене полюса магнитное поле ослабевает, но не исчезает полностью. Магнитосфера вместе с атмосферой Земли по-прежнему продолжают защищать нашу планету от космических лучей и заряженных солнечных частиц, хотя небольшое количество твердых частиц может достигать поверхности Земли. Магнитное поле перемешивается, и на неожиданных широтах может появиться несколько магнитных полюсов.

Земля не всегда вращается вокруг оси, проходящей через ее полюса. Вместо этого он неравномерно колеблется с течением времени, дрейфуя в сторону Северной Америки на протяжении большей части 20-го века (зеленая стрелка). Это направление резко изменилось из-за изменения массы воды на Земле. Авторы и права: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт.

Примерно до 2000 года ось вращения Земли смещалась в сторону Канады (зеленая стрелка, левый глобус). Ученые Лаборатории реактивного движения рассчитали влияние изменений массы воды в разных регионах (в центре глобуса) на смещение направления дрейфа на восток и ускорение скорости (правый глобус). Авторы и права: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт.

Взаимосвязь между массой континентальной воды и колебанием оси вращения Земли с востока на запад. Потери воды из Евразии соответствуют колебаниям на восток в общем направлении оси вращения (вверху), а притоки Евразии сдвигают ось вращения на запад (внизу). Авторы и права: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт.

Никто точно не знает, когда может произойти следующая инверсия полюсов, но ученые знают, что это не произойдет за одну ночь. Вместо этого они происходят в течение сотен или тысяч лет. У ученых нет оснований полагать, что переворот неизбежен.

Геомагнитная полярность за последние 169 миллионов лет, уходящая в юрскую тихую зону. Темные области обозначают периоды нормальной полярности, светлые области обозначают обратную полярность. Кредит: общественное достояние

Суперкомпьютерные модели магнитного поля Земли. Слева — нормальное диполярное магнитное поле, типичное для долгих лет между сменами полярности. Справа — своего рода сложное магнитное поле Земли во время инверсии. Предоставлено: Калифорнийский университет в Санта-Круз/Гэри Глатцмайер.

Наконец, существуют «геомагнитные экскурсии»: кратковременные, но значительные изменения напряженности магнитного поля, длящиеся от нескольких столетий до нескольких десятков тысяч лет. Экскурсии происходят примерно в 10 раз чаще, чем инверсии полюсов. Экскурсия может переориентировать магнитные полюса Земли на целых 45 градусов по сравнению с их предыдущим положением и уменьшить силу поля до 20 процентов. Экскурсионные мероприятия, как правило, носят региональный, а не глобальный характер. За последние 70 000 лет произошло три значительных экспансии: событие Норвежско-Гренландского моря около 64 500 лет назад, событие Лашампа между 42 000 и 41 000 лет назад и событие озера Моно около 34 500 лет назад.

Магнитное поле Земли обеспечивает жизненно важную защиту

Наука и исследования

03.08.2012
69644 просмотров
116 лайков

Случайное выравнивание планет во время проходящего порыва солнечного ветра позволило ученым сравнить защитный эффект магнитного поля Земли с эффектом обнаженной атмосферы Марса. Результат ясен: магнитное поле Земли жизненно важно для удержания нашей атмосферы на месте.

Выравнивание произошло 6 января 2008 года. Используя миссии ЕКА Cluster и Mars Express для получения данных с Земли и Марса, соответственно, ученые сравнили потерю кислорода из атмосфер двух планет, когда на них обрушился один и тот же поток солнечного ветра. Это позволило напрямую оценить эффективность магнитного поля Земли в защите нашей атмосферы.

Они обнаружили, что, хотя давление солнечного ветра увеличивалось на каждой планете в одинаковой степени, увеличение скорости потери марсианского кислорода было в десять раз больше, чем на Земле.

Такая разница будет иметь драматические последствия в течение миллиардов лет, приводя к большим потерям марсианской атмосферы, возможно, объясняя или, по крайней мере, способствуя ее нынешнему разреженному состоянию.

Впечатление художника от магнитосферы Марса

Результат доказывает эффективность магнитного поля Земли в отклонении солнечного ветра и защите нашей атмосферы.

«Экранирующий эффект магнитного поля легко понять и доказать с помощью компьютерного моделирования, поэтому он стал объяснением по умолчанию», — говорит Йонг Вей из Института Макса Планка для систем зондирования в Германии, который руководил исследованием.

Теперь, проведя измерения во время выравнивания планет, когда две планеты подвергались воздействию одной и той же части солнечного ветра, команда доказала это на практике.

Теперь они надеются расширить свою работу, включив данные с космического корабля ESA Venus Express, на котором также есть датчик, который может измерять потерю атмосферы.

Венера даст важный новый взгляд на проблему, потому что, как и Марс, у нее нет глобального магнитного поля, но она похожа на Землю по размеру и имеет гораздо более плотную атмосферу.

Таким образом, он предоставит уникальные данные, которые помогут разместить результаты Земли и Марса в контексте.

Впечатление художника от Венеры, Земли и Марса, взаимодействующих с солнечным ветром.

Есть ряд предстоящих планетарных выравниваний, которые обеспечат хорошие возможности для таких исследований.

«В течение следующих нескольких месяцев между Солнцем, Землей, Венерой и Марсом наблюдается хорошее выравнивание, и наблюдения, сделанные многими космическими аппаратами, включая Mars Express, Venus Express и солнечную обсерваторию НАСА STEREO, будут анализироваться вместе», — говорит Оливье.