Электрическое и магнитное поле: что это такое, в чём отличие и можно ли их экранировать

Объясняем, чем электрическое поле отличается от магнитного, почему проводка в стенах создаёт оба поля и какие излучения можно экранировать металлизированной тканью

Проводка в стене постоянно создаёт вокруг себя два разных поля — электрическое и магнитное. Разбираемся, чем они отличаются друг от друга и можно ли защититься от их излучения.

Электрическое поле: заряды создают вокруг себя

Электрическое поле возникает там, где есть электрические заряды. Именно оно заставляет заряженную расчёску притягивать клочки бумаги без прямого контакта — заряд влияет на всё вокруг себя, и провод под напряжением работает по тому же принципу.

Важная особенность этого поля заключается в том, что оно существует независимо от того, течёт ток или нет. Пока провод подключён к сети и находится под напряжением, поле вокруг него есть, даже если к розетке ничего не присоединено. Оно проникает сквозь штукатурку, дерево, бетон и большинство других строительных материалов.

Электрическое поле: силовые линии расходятся от заряда. Магнитное поле: силовые линии замкнуты вокруг проводника с током

Магнитное поле: движение создаёт поле

Магнитное поле возникает только там, где движутся заряды, — то есть там, где течёт ток. Стоит току исчезнуть, и поле пропадает вместе с ним. В этом его принципиальное отличие от электрического: первое порождается зарядом, второе — исключительно его движением. Поле распространяется концентрическими кольцами вокруг проводника, причём чем выше ток, тем интенсивнее оно становится.

Сравнение электрического и магнитного поля

Что излучает электропроводка в стенах

Бытовая проводка создаёт вокруг себя переменное электромагнитное поле сверхнизкой частоты — 50 Гц. При этом оно состоит из двух совершенно разных компонентов, которые сосуществуют одновременно.

Электрический компонент создаётся напряжением (220 В в розетке). Пока провод подключён к сети, поле вокруг него есть — даже если прибор не включён и ток не течёт. Магнитный компонент появляется только при работающем токе. Включили чайник — поле возникло, выдернули из розетки — исчезло. На расстоянии 30 см от работающего бытового прибора оно достигает 0,1–2 мкТл. ВОЗ относит переменные магнитные поля промышленной частоты к группе 2B — «возможно канцерогенные», той же, что электромагнитное излучение от сотового телефона.

Переменное поле 50 Гц: электрический и магнитный компоненты вокруг провода бытовой электросети 220 В

Что экранирует металлизированная ткань

Когда электрическое поле воздействует на токопроводящий материал (экранирующую ткань), свободные электроны в нём мгновенно перераспределяются и компенсируют внешнее поле. Именно по этому принципу работает клетка Фарадея — изобретение, известное с 1836 года. Для такой компенсации достаточно тонкого слоя проводника, поэтому экранирующая ткань с металлическими волокнами полностью справляется с электрическим полем 50 Гц.

С магнитным полем механизм принципиально иной. Здесь для экранирования нужно создать в материале вихревые токи, которые сформируют поле, противоположное внешнему. Насколько это возможно в конкретном материале, определяет понятие скин-глубины.

ЧТО ТАКОЕ СКИН-ГЛУБИНА
Скин-глубина — это расстояние, на которое электромагнитное поле проникает вглубь проводника. При 50 Гц скин-глубина в меди составляет 9,2 мм. Предположим, что толщина экранирующей ткани — 0,085 мм. Ткань тоньше скин-глубины в 109 раз, а значит магнитное поле проходит сквозь неё практически без ослабления. При 1 ГГц скин-глубина в меди — всего 2,1 мкм. Ткань толщиной 85 мкм превышает её в 41 раз и тогда экранирование работает надёжно.

Для защиты от магнитного поля 50 Гц нужны листы стали толщиной 1–10 мм или специальные сплавы с высокой магнитной проницаемостью — пермаллой или мю-металл. Такие экраны весят несколько килограммов на квадратный метр, поэтому их применяют в промышленности, но не в одежде или чехлах для электроники.

Диапазон экранирования ткани Velter: 300 кГц — 16 ГГц с эффективностью более 80 дБ

Экранирующая ткань Velter: от каких излучений она защищает

Экранирующая ткань Velter из полиэстера (56%), меди (35%) и никеля (9%) работает в диапазоне 300 кГц – 16 ГГц с эффективностью более 80 дБ — это ослабление мощности сигнала в 100 миллионов раз. В этот диапазон попадают все современные каналы беспроводной связи, которые используются в мобильных гаджетах.

ТИПЫ ЭКРАНИРУЮЩЕЙ ТКАНИ VELTER
Экранирующая ткань Фарадея — серебристая металлизированная ткань для пошива чехлов, одежды и экранирующих конструкций.
Прозрачная экранирующая ткань — полупрозрачный материал для окон и перегородок. Экранирует радиосигналы, не перекрывая естественное освещение.
Ткань Фарадея с клеевым слоем — металлизированный материал с самоклеящейся основой для простого монтажа на стены, потолки и корпуса оборудования.

Ткань применяют не только в чехлах и сумках, блокирующих радиосвязь — из неё изготавливают шторы, балдахины для кроватей, настенные панели. В таком применении ткань экранирует радиосигналы, проникающие сквозь стены снаружи. При экранировании электропроводки она устраняет электрическую составляющую поля 50 Гц — ту, что создаётся напряжением в кабеле.

Помимо радиосигналов, ткань снижает и тепловое излучение. По результатам лабораторных испытаний, коэффициент теплового экранирования составляет 36,59 — то есть снижение в 36 раз. Это делает её востребованной для тепловой маскировки оборудования, людей и техники.

Электрическое и магнитное поля — разные физические явления с разными принципами экранирования. Понимать эту разницу важно для обеспечения наиболее эффективной защиты от излучений и создания необходимого электромагнитного фона дома, в офисных помещениях и на промышленных предприятиях.