Магниты обычно используются в двигателях, динамо-машинах, холодильниках, дебетовых и кредитных картах, а также в электронном оборудовании, таком как звукосниматели для электрогитар, стереодинамики и жесткие диски компьютеров. Магниты могут быть постоянными, естественно сформированными или электромагнитными. Электромагнит создает магнитное поле, когда электрический ток проходит через катушку с проволокой, которая наматывается на железный сердечник. Есть несколько факторов, которые влияют на силу магнитного поля, и различные способы определения силы поля, и оба они обсуждаются в этой статье.
Шаг
Метод 1 из 3: определение факторов, влияющих на напряженность магнитного поля
Шаг 1. Рассмотрим характеристики магнита
Свойства магнитов описываются с помощью следующих характеристик:
- Сила коэрцитивного магнитного поля, сокращенно Hc. Этот символ отражает точку размагничивания (потери магнитного поля) другим магнитным полем. Чем выше число, тем сложнее удалить магнит.
- Остаточная плотность магнитного потока, сокращенно Br. Это максимальный магнитный поток, который способен производить магнит.
- Плотности магнитного потока соответствует общая плотность энергии, сокращенно Bmax. Чем выше число, тем сильнее магнит.
- Температурный коэффициент остаточной плотности магнитного потока, сокращенно Tcoef Br и выраженный в процентах градусов Цельсия, объясняет, как магнитный поток уменьшается при увеличении магнитной температуры. Tcoef Br 0,1 означает, что если температура магнита увеличивается на 100 градусов Цельсия, магнитный поток уменьшается на 10 процентов.
- Максимальная рабочая температура (сокращенно Tmax) - это самая высокая температура, при которой магнит может работать без потери напряженности поля. Как только температура магнита падает ниже Tmax, магнит полностью восстанавливает свою напряженность магнитного поля. Если нагреться выше Tmax, магнит потеряет часть своего поля навсегда после охлаждения до нормальной рабочей температуры. Однако при нагревании до температуры Кюри (сокращенно Tcurie) магнит теряет свою магнитную силу.
Шаг 2. Определите материалы для изготовления постоянных магнитов
Постоянные магниты обычно изготавливаются из одного из следующих материалов:
- Неодим, железо, бор. Этот материал имеет плотность магнитного потока (12800 гаусс), коэрцитивную напряженность магнитного поля (12300 эрстед) и общую плотность энергии (40). Этот материал имеет самую низкую максимальную рабочую температуру 150 градусов Цельсия и 310 градусов Цельсия соответственно, а температурный коэффициент -0,12.
- Самарий-кобальт имеет второе место по величине коэрцитивного поля (9 200 эрстед), но плотность магнитного потока 10 500 гаусс и общую плотность энергии 26. Его максимальная рабочая температура намного выше, чем у неодима-железо-бора при 300 градусах Цельсия из-за его Температура Кюри 750 градусов по Цельсию. Температурный коэффициент 0,04.
- Алнико - это сплав алюминия, никеля и кобальта. Этот материал имеет плотность магнитного потока, близкую к неодиму, железо-бору (12500 гаусс), но силу коэрцитивного магнитного поля 640 эрстед и общую плотность энергии всего 5,5. Этот материал имеет более высокую максимальную рабочую температуру, чем самарий-кобальт, при 540 градусах. Цельсия., А также более высокая температура Кюри 860 градусов Цельсия и температурный коэффициент 0,02.
- Керамические и ферритовые магниты имеют гораздо меньшую магнитную индукцию и общую плотность энергии, чем другие материалы, - 3900 гаусс и 3,5. Однако их плотности магнитного потока лучше, чем у альнико, которая составляет 3200 эрстед. Этот материал имеет ту же максимальную рабочую температуру, что и самарий кобальт, но гораздо более низкую температуру Кюри, 460 градусов Цельсия, и температурный коэффициент -0.2. Таким образом, магниты быстрее теряют свою напряженность магнитного поля при высоких температурах, чем другие материалы.
Шаг 3. Подсчитайте количество витков в катушке электромагнита
Чем больше витков на длину сердечника, тем больше напряженность магнитного поля. Коммерческие электромагниты имеют регулируемый сердечник из одного из описанных выше магнитных материалов и большую катушку вокруг него. Однако простой электромагнит можно сделать, намотав провод на гвоздь и прикрепив концы к 1,5-вольтовой батарее.
Шаг 4. Проверьте величину тока, протекающего через электромагнитную катушку
Рекомендуем использовать мультиметр. Чем больше ток, тем сильнее создается магнитное поле.
Ампер на метр (А / м) - еще одна единица измерения силы магнитного поля. Этот блок указывает на то, что если ток, количество катушек или и то и другое увеличиваются, сила магнитного поля также увеличивается
Метод 2 из 3: Проверка диапазона магнитного поля с помощью скрепки
Шаг 1. Сделайте держатель для стержневого магнита
Вы можете сделать простой магнитный держатель, используя прищепки и стаканчик из пенополистирола. Этот метод больше всего подходит для обучения магнитным полям учеников начальной школы.
- Приклейте один длинный конец бельевой веревки ко дну чашки.
- Переверните чашку с зажимами для бельевых веревок и поставьте ее на стол.
- Зажмите магниты на щипцах для бельевой веревки.
Шаг 2. Согните скрепку крючком
Самый простой способ сделать это - потянуть за внешний край скрепки. На этот крючок можно повесить множество скрепок.
Шаг 3. Продолжайте добавлять скрепки, чтобы измерить силу магнита
Прикрепите согнутую канцелярскую скрепку к одному из полюсов магнита. часть крючка должна свободно свисать. Повесьте скрепку на крючок. Продолжайте, пока вес скрепки не упадет на крючок.
Шаг 4. Запишите количество скрепок, из-за которых крючок упал
Когда крюк падает под тяжестью, которую он несет, обратите внимание на количество скрепок, висящих на крючке.
Шаг 5. Наклейте малярную ленту на стержневой магнит
Прикрепите 3 небольшие полоски малярной ленты к стержневому магниту и повесьте крючки обратно.
Шаг 6. Наденьте скрепку на крючок, пока она не упадет с магнита
Повторите предыдущий метод скрепки, начиная с крючка для скрепки, пока он, наконец, не упадет с магнита.
Шаг 7. Запишите, сколько зажимов нужно, чтобы отпустить крючок
Убедитесь, что вы записали количество использованных полосок малярной ленты и скрепок.
Шаг 8. Повторите предыдущий шаг несколько раз с дополнительным малярным скотчем
Каждый раз записывайте количество скрепок, необходимых для падения с магнита. Вы должны заметить, что каждый раз, когда добавляется лента, требуется меньше зажима, чтобы отпустить крючок.
Метод 3 из 3: Проверка магнитного поля с помощью гауссметра
Шаг 1. Рассчитайте базовое или начальное напряжение / напряжение
Вы можете использовать гауссметр, также известный как магнитометр или детектор электромагнитного поля (ЭМП), который представляет собой портативное устройство, которое измеряет силу и направление магнитного поля. Эти устройства обычно легко купить и использовать. Метод гауссметра подходит для обучения магнитным полям учащихся средних и старших классов. Вот как это использовать:
- Установите максимальное напряжение 10 вольт постоянного тока (постоянного тока).
- Считайте показания напряжения на индикаторе вдали от магнита. Это базовое или начальное напряжение, представленное как V0.
Шаг 2. Прикоснитесь датчиком измерителя к одному из магнитных полюсов
В некоторых гауссметрах этот датчик, называемый датчиком Холла, объединяет микросхему электрической цепи, так что вы можете прикоснуться к датчику магнитной полосой.
Шаг 3. Запишите новое напряжение
Напряжение, представленное V1, будет увеличиваться или уменьшаться в зависимости от магнитной планки, касающейся датчика Холла. Если напряжение повышается, датчик касается магнитного полюса южного искателя. Если напряжение падает, это означает, что датчик касается магнитного полюса северного искателя.
Шаг 4. Найдите разницу между начальным и новым напряжениями
Если датчик откалиброван в милливольтах, разделите на 1000, чтобы преобразовать милливольты в вольты.
Шаг 5. Разделите результат на значение чувствительности сенсора
Например, если чувствительность датчика составляет 5 милливольт на гаусс, разделите на 10. Полученное значение представляет собой напряженность магнитного поля в гауссах.
Шаг 6. Повторите испытание напряженности магнитного поля на разных расстояниях
Разместите датчики на разных расстояниях от магнитных полюсов и запишите результаты.
