مواد عايق امواج مغناطيسي

[سعید رجبی]

میخواستم بدونم اگر بخواهیم امواج الکترومغناطیس را جذب کنیم یک سیم پیچ بهتر است. یا یک سیم پیچ با هسته آهنی. یا یک سیم پی با هسته اهنی که در کنارش آهنربا داشته باشد؟

[rohamjpl]

منظور شما در یک سیم پیچ و گیرندگی امواج هست می‌توان جهت دریافت سیگنال‌های AM،از انتن سیم خیلی بلندی را به صورت سیم‌پیچ به دور یک هسته آهنی فریت، درآورد و طول انتن آن را کاهش دادچون آنتن های رادیویی که بسیار کوتاهتر از طول موج هستند.از قوانین فیزیک پایه می‌دانیم که مطابق با قانون «القا فارادی» (Faraday’s law)، میدان مغناطیسی می‌تواند باعث القای جریان الکتریکی شود. البته الزامی به استفاده از هسته آهنی نیست؛ در واقع از هسته آهنی بدین منظور استفاده می‌شود که از تعداد دور حلقه (سیم) کمتری استفاده کنیم..ساده ترین روش که میبینید واقع آنتنِ رادیو در حکم گیرنده است. امواج الکترومغناطیسی به هنگام برخود با آنتنِ رادیو، انرژی خود را به الکترون‌های آنتن داده و در نتیجه الکترون‌های آنتنِ فلزی به نوسان در می‌آیند. می‌توان گفت مطابق با قانون القای فارادی، جریان الکتریکی در آنتن شکل می‌گیرد. این جریان الکتریکی، همان سیگنال‌های الکتریکی ارسال شده توسط آنتن فرستنده هستند که به وسیله بلندگو رادیو، به امواج مکانیکی (صوت) تبدیل می‌شوند.پارامتر‌های اساسی آنتن سمت گرایی (Directionality)گین یا همان بهره آنتن -پهنای باند (Bandwidth)در هسته اون سیم پیچ هم شدت آهنربایی با نوع ماده استفاده شده در هسته سیم‌پیچ، مرتبط است. این اختلاف در شدت میدان مغناطیسی به علت تعداد خطوط شاری است که از هسته مرکزی می‌گذرد. اگر ماده مغناطیسی، نفوذپذیری بالایی داشته باشد، چگالی خطوط شار زیاد می‌شود و نفوذپذیری (μ) معیار مناسبی برای سنجش مغناطش هسته خواهد بود.کلید کارایی آنتن (چه برای ارسال و چه برای دریافت - این دو فرآیند اساساً متقابل هستند) رزونانس و تطبیق امپدانس با منبع / گیرنده است. اندازه نیز از نظر رابطه بین قدرت و جریان مهم است.تحلیل خوبی از تاثیر اندازه آنتن بر رابطه توان/جریان در این سایت ارائه شده است. جمع بندی:
جریان در یک آنتن دوقطبی به صورت خطی از حداکثر در مرکز به صفر در انتها می رود. از آنجایی که دامنه میدان E تولید شده از یک نقطه معین با جریان در آن نقطه متناسب است، میانگین توان تلف شده برابر است با $\left<P\right>=\frac{\pi^2}{3c}\left(\frac{I_0 \ell}{\lambda}\right)^2$
(توجه داشته باشید - این در واحدهای cgs است... . برای همان جریان، وقتی طول جریان خود را دو برابر کنید (بسیار کوتاهتر از λ/4
آنتن، شما قدرت را چهار برابر می کنید.
مفهوم مقاومت در برابر تشعشع ارتباط مستقیمی با این مفهوم قدرت دارد: اگر آنتن خود را به عنوان مقاومتی در نظر بگیرید که در حال اتلاف نیرو در آن هستید، پس می دانید که$\left<P\right> = \frac12 I^2 R$
و با ترکیب آن با معادله بالا برای توان، می بینیم که می توانیم بیانی برای مقاومت در برابر تشعشع بدست آوریم.
$R = \frac{2\pi^2}{3c}\left(\frac{\ell}{\lambda}\right)^2$
این هنوز در cgs است، که بیشتر مهندسان برق را از بین می برد. برای تبدیل به واحدهای SI (بنابراین مقاومت را بر حسب اهم دریافت می کنیم) فقط به ضریب مقیاس $10^{9}/c^2$ نیاز داریم.
(با c در واحد cgs...)؛ بنابراین ما یک تقریب ساده برای مقاومت در برابر تشعشع در واحدهای SI بدست می آوریم (اکنون از $c=2.98\times10^{10}~\rm{cm/s}$ سانتی متر بر ثانیه $R = \frac{2\pi^2 c}{3\times 10^{-7}}\left(\frac{\ell}{\lambda}\right)^2$
که به خوبی با عبارت داده شده در این ماشین حساب برای یک دوقطبی کوتاه الکتریکی مطابقت دارد (توجه داشته باشید - بیان آنها برای $\ell_{eff}$ است که ℓ/2 است
.اگر می دانید با چه فرکانسی کار می کنید، تطبیق امپدانس را می توان با یک مدار LC ساده انجام داد: سری LC نشان دهنده امپدانس پایین به آنتن، اما امپدانس بالا برای گیرنده است. در این فرآیند، جریان زیاد در آنتن را به یک ولتاژ بزرگ برای گیرنده تبدیل می‌کنند
این نمونه ای از تطبیق رزونانس است: در یک فرکانس خاص به خوبی کار می کند. می‌توان از ترانسفورماتورهای سیگنال برای دستیابی به همان چیزی در طیف وسیع‌تری از فرکانس‌ها استفاده کرد - اما این امر برخی از مزایای تشدید را از دست می‌دهد (همه فرکانس‌ها به یک اندازه تقویت می‌شوند).
هنگامی که آنتن آنقدر کوچک می شود که سایر منابع نویز قابل توجه می شوند، این تغییر می کند. منطقی است که فکر کنیم این زمانی اتفاق می افتد که مقاومت رسانا (از دست دادن) آنتن با مقاومت واکنشی (مقاومت در برابر تشعشع) قابل مقایسه شود. اما از آنجایی که اولی با طول آنتن و دومی با مربع طول مقیاس می شود، بدیهی است که اندازه ای وجود خواهد داشت که در آن جلوه های غیر ایده آل غالب خواهد بود.هر چه هادی ها بهتر و تقویت کننده ها بهتر باشند، آنتن می تواند کوچکتر باشد.
بنابراین بله، توان ارسالی با مجذور طول کاهش می یابد و باعث می شود یک آنتن کوتاه به عنوان فرستنده (و بنابراین، به عنوان گیرنده) کارایی کمتری داشته باشد. با این حال، بیشتر اوقات به نسبت سیگنال به نویز اهمیت می دهید - آیا سیگنالی بیشتر از نویز از آنتن شما وجود دارد؟
برای این کار باید Q آنتن (پهنای باند) را بررسی کنیم. هرچه Q بالاتر باشد، فقط در فرکانس علاقه (به دلیل رزونانس) سود بیشتری خواهید داشت. در حالی که "نویز" یک پدیده باند وسیع است، "سیگنال" یک پدیده باند باریک است، بنابراین Q بالا سیگنال را بدون تقویت (همه) نویز تقویت می کند. اگر بتوانیم آنتنی با Q بالا بسازیم، آنقدر هم مهم نیست که کوتاه باشد.
یک سیم پیچ با هسته آهنی آهنربای الکتریکی نامیده می شود. هسته آهنی قدرت میدان مغناطیسی سیم پیچ را افزایش می دهد.الکترومغناطیس ها معمولاً از سیم پیچیده شده در یک سیم پیچ تشکیل شده اند. جریانی که از سیم عبور می‌کند، میدان مغناطیسی ایجاد می‌کند که در سوراخ متمرکز شده و مرکز سیم‌پیچ را نشان می‌دهد. با قطع جریان، میدان مغناطیسی ناپدید می شود.
آیا یک مدار LC نوسانی بدون آنتن می تواند امواج الکترومغناطیسی تولید کند زیرا میدان الکترومغناطیسی در حال تغییر است؟یک آنتن انرژی بیشتری نسبت به صفحات یک خازن ساطع می کند. مقاومت تشعشعی یک خازن و سیم کم است، بنابراین در تابش انرژی مانند آنتن کارآمد نیست و برای تابش همان مقدار توانی که یک دوقطبی ناشی از آن است، باید نیروی زیادی به مدار وارد شود. راندمان و هدایت ضعیف مقاومت در برابر تشعشع زمانی به بالاترین حد خود می رسد که طول یک عنصر طول موج باشد، و به این دلیل شما بیشترین بازده تابش را در مقایسه با مقاومت از دست دادن خواهید داشت.
آیا می توانیم بدون هسته ترانسفورماتور القایی داشته باشیم؟بله، حتی اگر هسته ترانسفورماتور را بردارید، باز هم القاء وجود دارد.
نه، نیازی نیست سیم‌پیچ‌ها را داخل یکدیگر بچینید، اگرچه این امر باعث افزایش جریان القای شما می‌شود (با توجه به اینکه دو سیم‌پیچ از نظر الکتریکی از یکدیگر جدا شده‌اند)
ما می‌توانیم القایی را همانطور که توسط پارامتری از هسته به نام نفوذپذیری مغناطیسی μ تعیین می‌شود افزایش دهیمشما می توانید به این فکر کنید که چرا این مورد با شکل انتگرال قانون استقرا فارادی است.
$\mathscr{E_{2,1}} = - \frac{d\Phi_{2,1}}{dt}.$
فرض کنید ثانویه حلقه ای از سیم است که یک مساحت کل A را در بر می گیرد و میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط حلقه 1 که از حلقه 2 عبور می کند B(t) در زمان t و $B(t+\Delta t)$ در زمان $t+\Delta t$ است.
چیزی که پروفسور فارادی می گوید این است که در مدت زمان کوتاه Δt
، ولتاژ القا شده در سیم پیچ دوم با $A\frac{B(t+\Delta t)- B(t)}{\Delta t}$ متناسب است.
. بنابراین شهودی است که قدرت شار مغناطیسی که از حلقه عبور می کند مهم است، زیرا داشتن شار اوج بالاتر نشان می دهد که تغییر در شار نیز بیشتر خواهد بود.اکنون چگالی شار B=μH، μ=μrμ0.و$Ф=BA=μ0HA.$.
مقدار جریانی که به سیم پیچ ثانویه القا می کنید با هسته آهنی به طور قابل توجهی بیشتر خواهد بود، زیرا هسته آهنی شار مغناطیسی تولید شده توسط اولیه را در ناحیه ای از فضا که از ثانویه عبور می کند به دام می اندازد. به همین دلیل است که وجود هسته آهنی در ترانسفورماتور بسیار مهم است.
مواد جاذب تشعشع که معمولاً به عنوان RAM شناخته می شوند، ماده ای است که به طور خاص طراحی و شکل گرفته است تا تابش RF فرودی (همچنین به عنوان تشعشعات غیریونیزه کننده شناخته می شود) را تا حد امکان مؤثر از هر جهات تابشی جذب کند. هرچه RAM موثرتر باشد، سطح تابش RF منعکس شده کمتر است.
جذب موج EM فرآیندی است که در آن انرژی EM تحت اثر پرکننده های اتلاف EM به اشکال دیگر تبدیل می شود، به طوری که موج فرودی نمی تواند از طریق مواد منعکس یا نفوذ کند . فرآیندهای کلی موج EM برخوردی از طریق یک جاذب EMدر میان نامزدهای جاذب الکترومغناطیسی، مواد فرومغناطیسی نیکل دارای خاصیت مغناطیسی اشباع بالا و نفوذپذیری بالا در فرکانس بالا (1-18 گیگاهرتز) هستند که به طور گسترده برای تهیه مواد جاذب نازک‌تر همراه با خواص جذب الکترومغناطیسی قوی استفاده می‌شود. یکی از راه‌های موثر طراحی کامپوزیت‌های مبتنی بر نیکل با ساختار پوسته هسته‌ای است که هسته‌های مغناطیسی را با پوسته‌های دی الکتریک ترکیب می‌کند.سایر معیارهای جذب تشعشع، از جمله عمق نفوذ و اثر پوستی، ثابت انتشار، ثابت میرایی، ثابت فاز و عدد موج پیچیده، ضریب شکست پیچیده و ضریب خاموشی، ثابت دی الکتریک پیچیده، مقاومت الکتریکی و رسانایی.یکی از رایج ترین انواع رم، رنگ توپ آهنی است. این شامل کره های ریز پوشیده شده با آهن کربونیل یا فریت است. امواج رادار نوسانات مولکولی را از میدان مغناطیسی متناوب در این رنگ القا می کنند که منجر به تبدیل انرژی رادار به گرما می شود. سپس گرما به هواپیما منتقل شده و از بین می رود. ذرات آهن موجود در رنگ از تجزیه پنتا کربونیل آهن به دست می آیند و ممکن است حاوی ردپای کربن، اکسیژن و نیتروژن باشند. توپ هایی با ابعاد خاص که در یک رنگ اپوکسی دو قسمتی آویزان شده اند. هر یک از این کره های میکروسکوپی در یک فرآیند اختصاصی با دی اکسید سیلیکون به عنوان یک عایق پوشانده می شوند. سپس، در طول فرآیند ساخت پانل، در حالی که رنگ هنوز مایع است، یک میدان مغناطیسی با قدرت گاوس خاص و در یک فاصله مشخص اعمال می‌شود تا الگوهای میدان مغناطیسی در گلوله‌های آهن کربونیل در فروسیال رنگ مایع ایجاد شود. رنگ سپس سخت می شود در حالی که میدان مغناطیسی ذرات را در حالت تعلیق نگه می دارد و توپ ها را در الگوی مغناطیسی خود قفل می کند. برخی آزمایش‌ها با اعمال میدان‌های مغناطیسی مخالف شمال-جنوب در طرف‌های متضاد پانل‌های رنگ‌شده انجام شده است که باعث می‌شود ذرات آهن کربونیل هم‌تراز شوند (به‌گونه‌ای که به صورت سه‌بعدی موازی با میدان مغناطیسی باشند). رنگ گلوله آهنی کربونیل زمانی موثرتر است که توپ ها به طور مساوی پراکنده شده باشند، از نظر الکتریکی ایزوله شده باشند، و شیب چگالی تدریجی بیشتری به امواج رادار ورودی ارائه کنند. ذرات کربن سیاه رسانا (حاوی حدود 0.30٪ گرافیت کریستالی با وزن پخته شده) در ماتریس پلیمری تعبیه شده است.مانند هواپیماهای ضد رادار Stealth

[ehsaaa]

سلام
چند تا سوال داشتم. با استفاده از ماکرو ویو- الترا سونیک- وای فای- رادیویی- جی پی اس میخوام از خط اوله آب فلزی و پلیمری زیر زمین اطلاعات دریافت کنم.
1- راهی وجود داره که بشه از زیر زمین مثلا زیر 1.5 متر خاک طول موج به سطح زمین برسه؟
2- کدام یک از این ها برای محیط آب مثل لوله آب اشامیدنی با خم های 90 درجه داره برد یک کیلومتر دارند؟

[rohamjpl]

کدام موج الکترومغناطیسی را می توان برای تشخیص نشتی از لوله های زیرزمینی استفاده کرد؟
نشت در خطوط لوله زیرزمینی را می توان با تزریق یک ایزوتوپ رادیواکتیو تشخیص داد. این امر با افزودن مقدار کمی از ایزوتوپ رادیویی که منبع تابش بتا به مایع است به دست می آید.
محققان بر اساس تکنیکی به نام تست چکش آب - استاندارد صنعتی برای پیش بینی محل نشتی - ساخته شدند. این آزمایش شامل قطع ناگهانی جریان از طریق یک لوله و استفاده از حسگرها برای جمع‌آوری داده‌ها در مورد نحوه انتشار موج ضربه‌ای حاصله یا «چکش آب» است
ابزار های نشت یاب به طور کلی مکانیزم یکسانی برای یافتن محل ترکیدگی و نشت دارند. اغلب این وسیله ها مجهز به فرستنده و گیرنده امواجی هستند که داخل محفظه ای قرار گرفته است. این محفظه با قرار گرفتن بر روی محل مورد نظر (مانند دیوار و لوله ها) امواجی از سمت خود می فرستد و دوباره آن ها را دریافت می کند، سپس این امواج دریافت شده را توسط یک سیستم کامپیوتری تحلیل می کند. نوع امواج و شیوه تحلیل در انواع دستگاه ها متفاوت است اما به طور کلی می توان گفت سیستم تشخیص ترکیدگی لوله بر مبنای امواج کار می کند.
تمام مشخصات مربوط به سیال، شامل ماهیت شیمیایی، فشار، دما، افت فشار مجاز، چگالی (یا وزن مخصوص)، هدایت الکتریکی، ویسکوزیته (نیوتنی یا غیر نیوتنی بودن سیال) و فشار بخار در حداکثر دمای کاری و همچنین چگونگی تغییر این مشخصات در شرایط مختلف باید مد نظر قرار گیرند. ملاحظات ایمنی یا سمی بودن مواد، احتمال تشکیل حباب، امکان وجود ذرات جامد معلق و درجه خورندگی سیال، از مهم‌ترین مواردی هستند که باید به آنها توجه کرد.
فلومتر الکترومغناطیسی
این نوع فلومتر برای مایعات دارای خاصیت هدایت الکتریکی مناسب است. به عنوان نمونه می‌توان به مایعاتی مانند آب (آشامیدنی و فاضلاب)، اسیدها، مواد قلیایی و دوغاب اشاره کرد. بیشترین کاربرد این نوع فلومتر در بخش‌های مدیریت آب و صنایع غذایی استروش اندازه‌گیری این تجهیز بر مبنای قانون القای فارادی است. مطابق این قانون، هرگاه میله‌ای فلزی در داخل میدان مغناطیسی حرکت کند، ولتاژ الکتریکی القا می‌شود. مانند شکل زیر، عبور ذرات باردار سیال، از درون میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط سیم‌پیچ داخل این فلومتر، ولتاژ الکتریکی القا می‌کند. شدت این ولتاژ به طور مستقیم با سرعت جریان سیال متناسب است و برای اندازه‌گیری دبی حجمی سیال به کار می‌رود. در مواردی که چگالی مایع در طول فرآیند ثابت است (مانند آب)، می‌توان به راحتی، دبی حجمی را به دبی جرمی تبدیل کرد.
استفاده از امواج اولتراسونیک، اندازه‌گیری دبی حجمی طیف وسیعی از گازها و مایعات را امکان‌پذیر می‌سازد. در این فلومترها مواردی مانند هدایت الکتریکی، فشار، دما و ویسکوزیته اهمیت ندارند. ولی در عوض دقت اندازه‌گیری هم کمتر است. در شکل زیر دو نمونه فلومتر اولتراسونیک مشاهده می‌شود. در نمونه سمت چپ سنسورها از بیرون لوله نصب شده و برای اندازه‌گیری دبی سیالات خورنده مناسب است. نمونه سمت راست در داخل لوله قرار می‌گیرد و دقت آن هم بیشتر است