┘
Magnetisch veld om stroomvoerende geleider
Als er een stroom loopt door een geleider, ontstaat er een magnetisch veld rondom de geleider.
Bij een elektrisch veld eindigen de veldlijnen bij de lading op de geleider, bij het magnetisch veld liggen de veldlijnen rondom de stroomvoerende geleider.
Geen stroom, geen magnetisch veld.
Hoe groter de stroom is, des te groter is het magnetisch veld.
De eenheid om de sterkte van een magnetisch veld in aan te geven is ampère per meter (A/m).
Het plaatje hierboven geeft de zogenaamde 'rechterhand-regel' weer.
Met de rechter duim in de richting van de stroom wijzend volgt het magnetisch veld de richting van de vingers.
Vaak wordt ook de 'kurkentrekker-regel' gebruikt.
Toegepast in dit plaatje:
Draai de kurkentrekker rechtsom (richting van de veldlijnen) dan schuift de kurkentrekker hier omhoog de kurk in, de richting van de stroom.
Afscherming van magnetisch veld
Net als het afschermen van een elektrisch veld (zie hoofdstuk F1.3), kunnen we ook een schakeling voor een magnetisch veld afschermen.
Dit doen we door een doosje van materiaal dat magnetisme goed geleidt rondom de ruimte aan te brengen.
Blik wordt het meest gebruikt hiervoor, omdat het goedkoop is en makkelijk te vormen.
Er zijn echter materialen die beter magnetisme geleiden, de zogenaamde mu-metalen.
Een dergelijk metaal wordt gebruikt om elektronische meetinstrumenten en andere apparaten die erg gevoelig zijn voor magnetisme, af te schermen.
De afscherming d.m.v. blik (een goedkope magnetische geleider), of de duurdere mu-metalen, berust op het feit dat het magnetisch veld altijd de weg kiest van de minste (magnetische) weerstand.
Aangezien een mu-metaal het magnetisme zeer goed geleidt zal het magnetisch veld in de buurt ervan door het mu-metaal gaan i.p.v. door de lucht. Het wordt als het ware plaatselijk 'aangezogen'.
Op die manier kan het magnetisch veld dus om een schakeling worden heengeleid.
Dit fenomeen geldt voor statische magnetische velden (bijvoorbeeld van een magneet) en voor velden die variëren met een lage frequentie (zeg lager dan 40 kHz).
Voor hogere frequenties zoals de zendamateur frequenties moeten we het anders doen.
Hier kunnen we afscherming bereiken met koper of aluminium.
Een statisch veld, daar kunnen deze materialen niet zoveel mee, maar met een wisselend veld wel.
Dat wisselende magnetische veld wekt stromen op in het metaal die de oorzaak van hun ontstaan tegen gaan (weer de Wet van Lenz).
Hierdoor wordt het storende veld ter plekke geneutraliseerd.
Dit geldt voor een storend veld dat van buiten naar binnen wil, maar ook het omgekeerde.
Op de foto hieronder zie je het inwendige van een transceiver (in dit geval de Heathkit HW8) met in het midden 3 spoeltjes in afschermende doosjes. De gaatjes boven in de doosjes dienen ervoor om de spoeltjes binnen bepaalde grenzen af te regelen op de gewenste waarde.
Drie spoeltjes in behuizing
Geleider voor een magnetisch veld, andere toepassing
Een magnetisch veld wordt opgewekt door een stroom. Dat weten we.
Het magnetisch veld kan worden vergroot door een spoel te wikkelen.
Binnen de stroomvoerende windingen en daaromheen ontstaat zo een sterker magnetisch veld.
We kunnen het nog verder verbeteren door binnen de spoel een zogenaamde 'kern' te stoppen van materiaal die het magnetisch veld goed geleidt.
We hebben het over blik en mu-metalen gehad.
Ook ijzer is een materiaal dat magnetische velden goed geleidt.
Als je een spoel wikkelt rond een stuk ijzer zal het magnetisch veld sterker zijn dan zonder ijzer.
Voor voedingstransformatoren (die van de netspanning 230 V bijvoorbeeld 20V maken) gebruikt men meestal weekijzer, dit is een speciaal soort ijzer. (
Ook hier geldt weer dat de gebruikte frequenties niet al te hoog kunnen zijn. In radiotoepassingen gebruikt men daarom vaak ferroxcube, beter bekent als ferriet, in spoeltjes.
Speciale toepassing van afscherming
Een van de amateur 'takken-van-sport' is het uitpeilen van zenders.
In sommige gevallen wordt dit gedaan door de magnetische componenten van het EM-veld te ontvangen en de richting ervan te bepalen.
Vaak wordt dit gedaan met een langwerpige spoel met een ferrietkern erin.
Als de magnetische veldlijnen in de lengterichting door de spoel lopen, dan heb je het maximum signaal en weet je ook in welke richting de zender zou kunnen staan.
Nu worden deze peilantennes (spoel met een ferrietstaaf van ca 15cm) meestal afgeschermd met een omhulsel.
De bedoeling is om storende elektrische velden te dempen.
De oplettende cursist zal nu zeggen dat je dan niets meer zou ontvangen.
Dat is waar! En daarom wordt er in de lengterichting van de spoel een sleuf aangebracht in de afscherming.
De afscherming van het elektrisch veld blijft gehandhaafd maar de stromen, die zouden gaan lopen in het omhulsel door het variërende magnetische veld, worden onderbroken.
Hierdoor wordt het magnetisch veld niet gecompenseerd en kan het magnetisch veld worden gepeild.
Over deze vorm van afscherming is er ook een examenvraagstuk dat regelmatig terugkomt.
Examenvragen:
vraag 1:
Door een lange spoel loopt een hf wisselstroom.
Een aluminium huls is in de lengterichting van een smalle luchtspleet voorzien, om de spoel geschoven en geaard.
Dit wordt gedaan om:
a. het elektrisch en magnetisch veld af te schermen
b. de magnetische veldlijnen te concentreren bij de luchtspleet
c. alleen het elektrisch veld af te schermen
d. de zelfinductie te vergroten
Oplossing:
Een gewone aluminium buis zal het elektrische en het magnetische veld tegenhouden omdat de opgewekte spanning (elektrisch veld) en stroom (magnetisch veld) in die buis de oorzaak van hun ontstaan tegen gaan (wet van Lenz).
Zo worden de beide velden geneutraliseerd zowel van binnen naar buiten als van buiten naar binnen.
Door de spleet in de lengterichting van de spoel blijft de afscherming van het elektrisch veld gehandhaafd maar de stromen, die zouden gaan lopen in het omhulsel door het variërende magnetische veld, worden onderbroken. Hierdoor wordt het magnetisch veld niet gecompenseerd en vindt er geen afscherming van het magnetisch veld plaats.
vraag 2:
De werking van een geaarde aluminium afschermbus om een hf-spoel berust op:
a. diamagnetische eigenschappen van aluminium
b. naar aarde afvoeren van magnetische veldlijnen
c. inductie van een stroom in de bus die een tegengesteld magnetisch veld opwekt
d. magnetische geleiding van aluminium
Oplossing:
Aluminium doet weinig met een magnetisch veld, het is zelf ook niet magnetisch.
Maar wat er wel gebeurt is dat door een wisselend magnetisch veld (wij amateurs doen alles met wisselende velden) stromen in het aluminium worden opgewekt die de oorzaak van hun ontstaan tegengaan (basiswet uit de natuurkunde, de wet van Lenz).
Hiermee wordt het storende magnetisch veld geneutraliseerd en kan dus zo'n bus als afscherming dienst doen.
