Кратко — почему Faraday’ев корпус хорошо работает для электрических полей и высоких частот, но часто бессилен против низкочастотного $особенностатического$ магнитного поля — и как в этом участвуют кожная глубина, проводимость и геометрия.

1) Что делает «Faraday’ев корпус»

Для статического электрического поля: любой замкнутый проводящий корпус $металлическийкожух$ приводит к перераспределению свободных зарядов и внутри создаёт равномерный потенциал — электрическое поле внутри = 0 $идеальноприсовершенномconductorизамкнутыхшвах$.Для переменных волн $ЭМ‑волны$: экранирование достигается двумя механизмами — отражением на поверхности $из‑запроволочной/импеданснойразницы$ и поглощением в материале $засчётвихревыхтоков,«eddycurrents»$. На высоких частотах подавление велико при условии непрерывности проводника и толщины стенки ≥ нескольких кожных глубин.

2) Ключевая величина — кожная глубина δ
δ = sqrt$2/(\omega \mu \sigma )$,
где ω = 2πf, μ — магнитная проницаемость материала $\mu 0\cdot \mu r$, σ — удельная проводимость.

Интерпретация:

δ — глубина, на которой амплитуда поля в металле упала в e ≈ 2.718 раз. При толщине t корпуса затухание по поглощению ≈ exp$-t/\delta$. В dB: A$dB$ ≈ 8.686 · $t/\delta$.Если t ≫ δ → сильное поглощение $хорошееэкранированиепопоглощению$.Если t ≪ δ → материал почти прозрачен для магнитного поля $поглощениемало$.

Примеры $медь,\sigma \approx 5.8\cdot 10^{7}S/m,\mu \approx \mu 0$:

f = 50 Hz → δ ≈ 9–10 ммf = 1 kHz → δ ≈ 2.1 ммf = 1 MHz → δ ≈ 66 μm

Следствие: тонкий медный лист $1mm$ почти не гасит магнитное поле 50 Hz $t/\delta \approx 0.1\to \approx 0.9dB$, зато на MHz частотах такой лист даёт очень сильное ослабление.

3) Роль проводимости σ и проницаемости μ

Чем выше σ — легче индуцируются вихревые токи, сильнее ослабление переменных полей $особеннозасчётотраженияипотерь$.Для низких частот магнитного поля важна именно μ $магнитнаяпроницаемость$. Материалы с высокой μ $mu‑metal,трансформаторныестали$ «шунтируют» магнитный поток, перенаправляя магнитные силовые линии через себя — поэтому эффективны для статических и низкочастотных ВЧ магнитных полей. Обычная медь/алюминий $\mu \approx \mu 0$ этого не делает.

4) Статические магнитные поля и очень низкие частоты

Faraday’ев металлический корпус не экранирует постоянное $DC$ магнитное поле: свободные заряды не создают магнитного эффекта; обычный металл $безсверхпроводимостиибезвысокой\mu$ не препятствует потокам B‑поля.Для статических и низкочастотных (<< десятки–сотни Гц) магнитных полей применяют:
экраны из ферромагнитных высокоμ‑материалов $mu‑metal$ — работают за счёт перераспределения потоков;многослойные экраны $несколькотонкихслоёвсзазорами$ повышают эффективность;superconducting $Мейснераэффект$ — полностью вытесняет магнитное поле, но это специализированно и требует охлаждения;активная компенсация $датчики+катушкисоздаютпротивоположноеполе$.

5) Геометрия, швы, отверстия и «щели»

Для Э‑поля и ВЧ: щели/сетка работают, если размер отверстий ≪ длина волны в воздухе $\lambda$. Тогда корпус ведёт себя как непрерывный экран для ВЧ. Для радиочастот $MHz–GHz$ это обычно достижимо.Для низкой частоты $\lambda гигантская$ критерий «отверстие << λ» выполняется всегда, но это не гарантирует защиты магнитной составляющей: на низких частотах ключ — способность корпуса поддерживать вихревые токи или иметь высокий μ. Большие щели/плохо соединённые швы ухудшают экранирование даже в ВЧ.Контуры и петли: магнитное поле легче индуцирует токи в больших замкнутых контурах. Если внутри корпуса есть большие петли, они будут воспринимать проходящее низкочастотное поле. Полный металлический кожух с минимальными отверстиями и надёжными соединениями лучше по подавлению вихревых токов и уменьшению утечек.

6) Практические правила и оценки

Для экранирования Э‑поля $статическогоиВЧ$: замкнутый проводящий корпус, любые швы заземлены, толщина обычно невелика $доskindepthдляВЧ$. Для RF‑частот используйте t ≥ несколько δ и отверстия < λ/10.Для экранирования магнитного поля низкой частоты $несколькоГц—сотниГц$: используйте толстые металлы $t\gg \delta$ или лучше — магнитно-мягкие материалы $mu‑metal$, часто в несколько слоёв с зазором; или активную компенсацию. Один тонкий лист меди/алюминия часто малоэффективен.Оценка затухания по поглощению: A$dB$ ≈ 8.686 · $t/\delta$. Пример: медиенная стенка 1 mm при 50 Hz: δ ≈ 9.4 mm → A ≈ 8.686·0.106 ≈ 0.92 dB $практическибесполезнодлясильногоослабления$.

7) Коротко по случаям «полного блокирования» и «неэффективности»

Блокирует полностью $приближённо$: статическое и переменное электрическое поле — при замкнутом и корректно заземлённом корпусе; высокие частоты — при непрерывной поверхности, толщине ≥ несколько δ и отверстиях ≪ λ.Неэффективна против низкочастотного магнитного поля: если частота низкая $\delta \gg t$, материал с μ≈μ0 и/или тонкая стенка, или наличие щелей/отверстий; для DC‑полей обычный металлический корпус вообще не защищает $нужен\mu ‑экранилисуперконтроль$.

Если нужно, могу:

рассчитать δ и ожидаемое ослабление для конкретного материала/толщины и частоты;предложить практическую конструкцию экрана для конкретной задачи $например,защитаот50Hzтрансформаторногошумавлаборатории$.