Hur man bestämmer magnetsstyrkan

Magneter finns i motorer, dynor, kylskåp, kreditkort, betalkort och elektroniska instrument som elgitarrupphängare, stereohögtalare och dators hårddiskar. De kan vara permanenta magneter av metalllegeringar eller magnetiskt magnetiserad järn eller elektromagneter. De senare realiseras tack vare magnetfältet som utvecklas av den elektricitet som passerar genom en kopparspole lindad runt en järnkärna. Det finns flera faktorer som spelar en roll i magnetfältens intensitet och olika sätt att beräkna det - båda beskrivs i den här artikeln.

Metod 1

Bestäm de faktorer som påverkar magnetfältets intensitet

Utvärdera magnetens egenskaper. Dess egenskaper beskrivs med hjälp av dessa kriterier:

koercivitet (Hc): representerar den punkt där en magnet kan avmagnetiseras av ett annat magnetfält - ju större värde desto svårare är det att avbryta magnetiseringen.
Återstående magnetflöde, förkortat med Br: är det maximala magnetflödet som magneten kan producera.
Energitäthet (Bmax): det är relaterat till magnetflödet - ju större antal och ju kraftigare magneten är.
Temperaturkoefficienten för det kvarstående magnetiska flödet (Br Tcoef): det uttrycks i procent av graderna Celsius och beskriver hur magnetflödet minskar när temperaturen på magneten ökar. En Tcoef of Br lika med 0,1 innebär att om magnetens temperatur ökar med 100 ° C minskar magnetflödet med 10%.
Maximal driftstemperatur (Tmax): Den maximala temperaturen vid vilken en magnet arbetar utan att förlora skärmens intensitet. När temperaturen sjunker under värdet av Tmax, återställer magneten all sin fältstyrka - om den istället värms upp över Tmax, förlorar den irreversibelt en del av magnetfältstyrkan även efter kylfasen. Men om magneten kommer till Curie-punkten (Tcurie), demagnetiseras den.

Var uppmärksam på magnetmaterialet. Permanenta magneter består i allmänhet av:

Neodym, järn och bor legering: har högsta värden för magnetisk fluss (12.800 gauss), koercivitet (12,300 oersted) och energitäthet (40) - den har också högsta driftstemperatur och lägsta Curie-punkt (respektive 150 och 310 ° C), en temperaturkoefficient lika med -0,12.

Samarium och koboltlegering: magneterna av detta material har den näst starkaste koerciviteten (9.200 oersted), men har ett magnetflöde på 10 500 gauss och en energitäthet på 26. Deras maximala driftstemperatur är mycket högre jämfört med den för neodymmagneter (300 ° C) och Curie-punkten sätts vid 750 ° C med en temperaturkoefficient som är lika med 0,04.

Alnico: Det är en aluminium ferromagnetisk legering, nickel och kobolt. Det har ett magnetflöde på 12.500 gauss - ett värde som är mycket lika med neodymmagneterna - men en lägre koercivitet (640 oersted) och därmed en energitäthet på 5,5. Den maximala driftstemperaturen är högre än samarium och koboltlegering (540 ° C), liksom Curie-punkten (860 ° C). Temperaturkoefficienten är 0,02.

ferrit: har ett magnetflöde och en mycket lägre energitäthet än de andra materialen (respektive 3.900 gauss och 3,5) - koerciviteten är dock större än Alnico och motsvarar 3.200 oersted. Den maximala driftstemperaturen är densamma som för samarium och koboltmagneter, men Curie-punkten är mycket lägre och står vid 460 ° C. Temperaturkoefficienten är -0,2- följaktligen förlorar dessa magneter fältstyrkan snabbare än andra material.

Räkna antalet varv av den elektromagnetiska spolen. Ju större förhållandet mellan detta värde och kärnans längd desto större är magnetfältets intensitet. De kommersiella elektromagneterna är gjorda av kärnor av varierande längd och gjorda med ett av de beskrivna materialen hittills, kring vilka stora spolar skadas, men det är möjligt att göra en enkel elektromagnet genom att linda koppartråden runt en spik och fixera ändarna till ett 1,5 volt batteri.

Kontrollera att strömmen strömmar genom spolen. För denna operation behöver du en multimeter - desto intensivare den nuvarande och desto starkare magnetfält genereras.

Ampere på mätare är en annan måttenhet relaterad till magnetfältstyrkan och beskriver hur det växer med ökad strömintensitet, antal varv eller båda.

Metod 2

Testa intensitetsintervallet för magnetfältet med häftklamrarna

Förbered en magnethållare. Du kan göra en enkel med en klädstift och ett glas papper eller polystyren. Denna metod är lämplig för att undervisa konceptet magnetfält till barn i grundskolan.

Fixa en av de långa ändarna av klämman vid glasets undersida med hjälp av tejp.
Placera det inverterade glaset på bordet.
Sätt in magneten i klippet.

Vik pappersklippet så att det formas som en krok. Det enklaste sättet att göra detta är att sprida ut klippets utsida - kom ihåg att du måste hänga flera häftklamrar på denna krok.

Lägg till fler klammer för att mäta magnets styrka. Tryck på det vikta pappersklippet med en av magnetpolerna så att krokdelen fortsätter att vara fri - fäst andra klämmor i kroken tills dess vikt drar sig bort från magneten.

Notera antalet häftklamrar som kan släppa kroken. När ballasten lyckas bryta magnetbandet mellan magneten och kroken, rapportera noga kvantiteten.

Lägg i pappersband till en magnetpol. Ordna tre små remsor och fäst kroken igen.

Anslut många pappersklipp tills du bryter länken igen. Upprepa föregående experiment tills du får samma resultat.

Skriv ner mängden pappersklipp som du måste använda den här tiden för att frigöra kroken. Försum inte bort uppgifterna om antalet tejpremsor.

Upprepa proceduren flera gånger genom att gradvis lägga till andra remsor av limpapper. Notera alltid antalet häftklamrar och bitar av tejp - du bör upptäcka att ökande mängden av den senare minskar antalet pappersklipp som behövs för att släppa kroken.

Metod 3

Testa intensiteten av magnetfältet med en Gaussmeter

Beräkna original- eller referensspänningen. Du kan göra detta med en gaussmeter, även känd som en magnetometer eller magnetfältdetektor, som är en enhet som mäter magnetfältets intensitet och riktning. Det är ett allmänt tillgängligt verktyg, lätt att använda och visar sig användbart för att undervisa grunderna för elektromagnetism till mellan- och gymnasieelever. Så här använder du den:

Ställer det maximala mätbara spänningsvärdet vid 10 volt med likström.
Läs de data som visas på displayen och håll instrumentet borta från det magnetiska värdet som motsvarar originalet eller referensen och anges med V₀.

Anslut en instrumentgivare till en av magnetpolerna. På vissa modeller är den här sensorn, Hall, byggd i en integrerad krets, så du kan faktiskt sätta den i kontakt med magnetpolen.

Skriv ner det nya spänningsvärdet. Dessa data kallas V₁ och kan vara mindre än eller större än V₀, baserat på vilken magnetpol som testas. Om spänningen ökar, rör sensorn vid magnetens södra pol, minskar du magnetens nordpol.

Hitta skillnaden mellan original och nästa spänning. Om sensorn är kalibrerad i millivolts, dela numret med 1000 för att omvandla det till volt.

Dela resultatet genom instrumentets känslighet. Om sensorn exempelvis har en känslighet på 5 millivolts per gauss, ska du dela upp det tal du har fått för 5- Om känsligheten är 10 millivolts per gauss, fortsätt till en division med 10. Slutvärdet är intensiteten av magnetfältet uttryckt i gauss.

Upprepa testet på olika avstånd från magneten. Ordna sensorn på fördefinierade avstånd från magnetpolen och registrera resultaten.

tips

Styrkan hos magnetfältet är omvänd proportionellt mot kvadraten av avståndet från magnetpolen. Om avståndet fördubblas minskar kraften fyra gånger - börjar istället från mitten av magneten, fältstyrkan minskar med distans kuben. Till exempel, om avståndet fördubblas, sjunker kraften åtta gånger.

varningar

Du kan demagnetisera en magnet genom att slå den eller låta den falla medan polerna är orienterade mittemot jordens magnetiska (magnetens nordpol) eller i vinkelrätt riktning. En stålnål kan å andra sidan magnetiseras när den träffas medan den ligger i linje med jordens magnetiska poler.