Magnesy są powszechnie spotykane w silnikach, dynamach, lodówkach, kartach debetowych i kredytowych, a także w sprzęcie elektronicznym, takim jak przetworniki gitary elektrycznej, głośniki stereo i komputerowe dyski twarde. Magnesy mogą być trwałe, naturalnie ukształtowane lub elektromagnesem. Elektromagnes wytwarza pole magnetyczne, gdy prąd elektryczny przepływa przez cewkę drutu, która owija się wokół żelaznego rdzenia. Istnieje kilka czynników wpływających na siłę pola magnetycznego oraz różne sposoby określania siły pola i oba zostały omówione w tym artykule.
Krok
Metoda 1 z 3: Określanie czynników wpływających na natężenie pola magnetycznego
Krok 1. Rozważ cechy magnesu
Właściwości magnesów opisano za pomocą następujących cech:
- Siła koercyjnego pola magnetycznego, w skrócie Hc. Ten symbol odzwierciedla punkt rozmagnesowania (utraty pola magnetycznego) przez inne pole magnetyczne. Im wyższa liczba, tym trudniej usunąć magnes.
- Resztkowa gęstość strumienia magnetycznego, w skrócie Br. Jest to maksymalny strumień magnetyczny, jaki magnes jest w stanie wytworzyć.
- Indukcji magnetycznej odpowiada całkowita gęstość energii, w skrócie Bmax. Im wyższa liczba, tym silniejszy magnes.
- Współczynnik temperaturowy gęstości szczątkowego strumienia magnetycznego, w skrócie Tcoef Br i wyrażony jako procent stopni Celsjusza, wyjaśnia, w jaki sposób strumień magnetyczny zmniejsza się wraz ze wzrostem temperatury pola magnetycznego. Tcoef Br 0,1 oznacza, że jeśli temperatura magnesu wzrośnie o 100 stopni Celsjusza, strumień magnetyczny zmniejszy się o 10 procent.
- Maksymalna temperatura robocza (w skrócie Tmax) to najwyższa temperatura, jaką magnes może pracować bez utraty siły pola. Gdy temperatura magnesu spadnie poniżej Tmax, magnes odzyskuje pełną siłę pola magnetycznego. W przypadku podgrzania powyżej Tmax magnes po schłodzeniu do normalnej temperatury roboczej trwale traci część swojego pola. Jednak po podgrzaniu do temperatury Curie (w skrócie Tcurie) magnes straci swoją moc magnetyczną.
Krok 2. Zidentyfikuj materiały do produkcji magnesów trwałych
Magnesy trwałe są zwykle wykonane z jednego z następujących materiałów:
- Żelazo-bor neodymowy. Ten materiał ma indukcję magnetyczną (12800 gausów), koercyjne natężenie pola magnetycznego (12300 erstedów) i ogólną gęstość energii (40). Materiał ten ma najniższą maksymalną temperaturę pracy odpowiednio 150 stopni Celsjusza i 310 stopni Celsjusza oraz współczynnik temperaturowy -0,12.
- Samar kobalt ma drugie co do wielkości natężenie pola koercyjnego, wynoszące 9200 erstedów, ale indukcję magnetyczną 10500 gausów i całkowitą gęstość energii 26. Jego maksymalna temperatura robocza jest znacznie wyższa niż temperatura neodymowo-żelazowo-borowego przy 300 stopniach Celsjusza. Temperatura Curie 750 stopni Celsjusza. Jego współczynnik temperaturowy wynosi 0,04.
- Alnico to stop aluminiowo-niklowo-kobaltowy. Ten materiał ma indukcję magnetyczną zbliżoną do neodymowo-żelazowo-borowego (12500 gausów), ale koercyjne natężenie pola magnetycznego wynosi 640 oersted i całkowitą gęstość energii tylko 5,5. Ten materiał ma wyższą maksymalną temperaturę roboczą niż samar kobalt, przy 540 stopniach Celsjusza, a także wyższa temperatura Curie 860 stopni Celsjusza i współczynnik temperaturowy 0,02.
- Magnesy ceramiczne i ferrytowe mają znacznie niższe gęstości strumienia i całkowite gęstości energii niż inne materiały, przy 3900 gausach i 3,5, jednak ich gęstości strumienia magnetycznego są lepsze niż alnico, który wynosi 3200 erstedów. Materiał ten ma taką samą maksymalną temperaturę pracy jak samar kobalt, ale znacznie niższą temperaturę Curie, wynoszącą 460 stopni Celsjusza, oraz współczynnik temperaturowy -0,2. W ten sposób magnesy tracą siłę pola magnetycznego szybciej w wysokich temperaturach niż inne materiały.
Krok 3. Policz liczbę zwojów cewki elektromagnesu
Im więcej zwojów na długość rdzenia, tym większa siła pola magnetycznego. Komercyjne elektromagnesy mają regulowany rdzeń z jednego z opisanych powyżej materiałów magnetycznych i dużą cewkę wokół niego. Jednak prosty elektromagnes można wykonać, owijając drut wokół gwoździa i przymocowując końce do 1,5-woltowej baterii.
Krok 4. Sprawdź ilość prądu przepływającego przez cewkę elektromagnetyczną
Zalecamy korzystanie z multimetru. Im większy prąd, tym silniejsze wytwarzane pole magnetyczne.
Amper na metr (A/m) to kolejna jednostka używana do pomiaru natężenia pola magnetycznego. Ta jednostka wskazuje, że jeśli natężenie prądu, liczba cewek lub oba te elementy zostaną zwiększone, siła pola magnetycznego również wzrośnie
Metoda 2 z 3: Testowanie zakresu pola magnetycznego za pomocą spinacza do papieru
Krok 1. Zrób uchwyt na magnes sztabkowy
Prosty uchwyt magnetyczny można wykonać za pomocą spinaczy do bielizny i kubka styropianowego. Ta metoda jest najbardziej odpowiednia do nauczania pól magnetycznych uczniów szkół podstawowych.
- Przyklej jeden długi koniec sznurka do dna kubka.
- Odwróć kubek za pomocą szczypiec do sznurka i połóż go na stole.
- Przymocuj magnesy do szczypiec do sznurków.
Krok 2. Zegnij spinacz do papieru w haczyk
Najłatwiej to zrobić, pociągając za zewnętrzną krawędź spinacza do papieru. Ten haczyk będzie powiesił wiele spinaczy do papieru.
Krok 3. Kontynuuj dodawanie spinaczy do papieru, aby zmierzyć siłę magnesu
Przymocuj wygięty spinacz do papieru do jednego z biegunów magnesu. część haczykowa powinna swobodnie zwisać. Zawieś spinacz do papieru na haczyku. Kontynuuj, aż ciężar spinacza do papieru spadnie z haczyka.
Krok 4. Zapisz liczbę spinaczy do papieru, które spowodowały odpadnięcie haczyka
Kiedy haczyk spadnie pod ciężarem, który dźwiga, zanotuj liczbę spinaczy do papieru wiszących na haczyku.
Krok 5. Przyklej taśmę maskującą do magnesu sztabkowego
Przymocuj 3 małe paski taśmy maskującej do magnesu sztabkowego i zawieś haczyki z powrotem.
Krok 6. Dodaj spinacz do papieru na haczyku, aż spadnie z magnesu
Powtórz poprzednią metodę spinacza z początkowego haczyka, aż w końcu spadnie z magnesu.
Krok 7. Zapisz, ile klipów potrzeba, aby upuścić haczyk
Upewnij się, że zapisałeś liczbę użytych pasków taśmy maskującej i spinaczy do papieru.
Krok 8. Powtórz poprzedni krok kilka razy z większą ilością taśmy maskującej
Za każdym razem zanotuj liczbę spinaczy potrzebnych do spadnięcia z magnesu. Należy zauważyć, że za każdym razem, gdy dodawana jest taśma, do zrzucenia haczyka potrzeba mniej klipsa.
Metoda 3 z 3: Testowanie pola magnetycznego za pomocą gaussmetru
Krok 1. Oblicz napięcie/napięcie podstawowe lub początkowe
Możesz użyć gausmetru, znanego również jako magnetometr lub detektor pola elektromagnetycznego (EMF), który jest przenośnym urządzeniem mierzącym siłę i kierunek pola magnetycznego. Urządzenia te są zazwyczaj łatwe do kupienia i użytkowania. Metoda gaussometryczna jest odpowiednia do nauczania pól magnetycznych uczniów gimnazjów i liceów. Oto jak z niego korzystać:
- Ustaw maksymalne napięcie 10 woltów DC (prąd stały).
- Odczytać wskazanie napięcia z miernikiem z dala od magnesu. Jest to napięcie podstawowe lub początkowe, reprezentowane jako V0.
Krok 2. Przyłóż czujnik miernika do jednego z biegunów magnetycznych
W niektórych gausomierzach czujnik ten, zwany czujnikiem Halla, ma zintegrować układ elektryczny, dzięki czemu można dotknąć czujnika prętem magnetycznym.
Krok 3. Zapisz nowe napięcie
Napięcie reprezentowane przez V1 będzie się zwiększać lub zmniejszać, w zależności od pręta magnetycznego, który dotyka czujnika Halla. Jeśli napięcie wzrasta, czujnik dotyka bieguna magnetycznego południka. Jeśli napięcie spadnie, oznacza to, że czujnik dotyka bieguna magnetycznego wykrywacza północnego.
Krok 4. Znajdź różnicę między początkowym a nowym napięciem
Jeśli czujnik jest skalibrowany w miliwoltach, podziel przez 1000, aby przeliczyć miliwolty na wolty.
Krok 5. Podziel wynik przez wartość czułości czujnika
Na przykład, jeśli czujnik ma czułość 5 miliwoltów na gaus, podziel przez 10. Otrzymana wartość to natężenie pola magnetycznego w gausach.
Krok 6. Powtórz test natężenia pola magnetycznego z różnych odległości
Umieść czujniki w różnych odległościach od biegunów magnetycznych i zapisz wyniki.
