Οι μαγνήτες βρίσκονται συνήθως σε κινητήρες, δυναμό, ψυγεία, χρεωστικές και πιστωτικές κάρτες, καθώς και ηλεκτρονικό εξοπλισμό, όπως ηλεκτρικές παραλαβές κιθάρας, στερεοφωνικά ηχεία και σκληρούς δίσκους υπολογιστών. Οι μαγνήτες μπορεί να είναι μόνιμοι, φυσικά σχηματισμένοι ή ηλεκτρομαγνήτες. Ένας ηλεκτρομαγνήτης δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο όταν ένα ηλεκτρικό ρεύμα διέρχεται από ένα πηνίο σύρματος που τυλίγεται γύρω από έναν πυρήνα σιδήρου. Υπάρχουν διάφοροι παράγοντες που επηρεάζουν την ένταση ενός μαγνητικού πεδίου και διάφοροι τρόποι για να προσδιορίσουμε την ένταση του πεδίου, και οι δύο συζητούνται σε αυτό το άρθρο.
Βήμα
Μέθοδος 1 από 3: Προσδιορισμός παραγόντων που επηρεάζουν την ισχύ του μαγνητικού πεδίου
Βήμα 1. Εξετάστε τα χαρακτηριστικά του μαγνήτη
Οι ιδιότητες των μαγνητών περιγράφονται χρησιμοποιώντας τα ακόλουθα χαρακτηριστικά:
- Η ισχύς του εξαναγκαστικού μαγνητικού πεδίου, με συντομογραφία Hc. Αυτό το σύμβολο αντανακλά το σημείο απομαγνήτισης (απώλεια μαγνητικού πεδίου) από ένα άλλο μαγνητικό πεδίο. Όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός, τόσο πιο δύσκολο είναι να αφαιρεθεί ο μαγνήτης.
- Υπολειμματική πυκνότητα μαγνητικής ροής, συντομογραφία Br. Αυτή είναι η μέγιστη μαγνητική ροή που μπορεί να παράγει ένας μαγνήτης.
- Αντίστοιχη με την πυκνότητα της μαγνητικής ροής είναι η συνολική πυκνότητα ενέργειας, συντομογραφημένη ως Bmax. Όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός, τόσο ισχυρότερος είναι ο μαγνήτης.
- Ο συντελεστής θερμοκρασίας της υπολειπόμενης πυκνότητας μαγνητικής ροής, συντομογραφημένος ως Tcoef Br και εκφραζόμενος ως ποσοστό βαθμών Κελσίου, εξηγεί πώς η μαγνητική ροή μειώνεται καθώς αυξάνεται η μαγνητική θερμοκρασία. Ένα Tcoef Br 0,1 σημαίνει ότι εάν η θερμοκρασία του μαγνήτη αυξηθεί κατά 100 βαθμούς Κελσίου, η μαγνητική ροή μειώνεται κατά 10 τοις εκατό.
- Η μέγιστη θερμοκρασία λειτουργίας (συντομογραφία Tmax) είναι η υψηλότερη θερμοκρασία που μπορεί να λειτουργήσει ένας μαγνήτης χωρίς να χάσει τη δύναμη του πεδίου του. Μόλις η θερμοκρασία του μαγνήτη πέσει κάτω από το Tmax, ο μαγνήτης ανακτά την πλήρη ισχύ του μαγνητικού πεδίου. Εάν θερμανθεί πέρα από το Tmax, ο μαγνήτης θα χάσει ορισμένα από το πεδίο του όταν κρυώσει σε κανονική θερμοκρασία λειτουργίας. Ωστόσο, εάν θερμανθεί σε θερμοκρασία Curie (συντομογραφία Tcurie) ο μαγνήτης θα χάσει τη μαγνητική του ισχύ.
Βήμα 2. Προσδιορίστε τα υλικά για την κατασκευή μόνιμων μαγνητών
Οι μόνιμοι μαγνήτες είναι συνήθως κατασκευασμένοι από ένα από τα ακόλουθα υλικά:
- Βόριο σιδήρου νεοδυμίου. Αυτό το υλικό έχει πυκνότητα μαγνητικής ροής (12.800 gauss), δύναμη αναγκαστικού μαγνητικού πεδίου (12.300 oersted) και συνολική πυκνότητα ενέργειας (40). Αυτό το υλικό έχει τη χαμηλότερη μέγιστη θερμοκρασία λειτουργίας 150 βαθμούς Κελσίου και 310 βαθμούς Κελσίου αντίστοιχα, και συντελεστή θερμοκρασίας -0,12.
- Το κοβάλτιο σαμαρίου έχει τη δεύτερη υψηλότερη δύναμη αναγκαστικού πεδίου, με 9.200 βαθμούς, αλλά πυκνότητα μαγνητικής ροής 10.500 gauss και συνολική ενεργειακή πυκνότητα 26. Η μέγιστη θερμοκρασία λειτουργίας του είναι πολύ υψηλότερη από εκείνη του βορίου σιδήρου νεοδυμίου στους 300 βαθμούς Κελσίου λόγω του Θερμοκρασία Curie στους 750 βαθμούς Κελσίου. Ο συντελεστής θερμοκρασίας του είναι 0,04.
- Το Alnico είναι κράμα αλουμινίου-νικελίου-κοβαλτίου. Αυτό το υλικό έχει πυκνότητα μαγνητικής ροής κοντά σε βόριο σιδήρου νεοδυμίου (12.500 gauss), αλλά δύναμη εξαναγκαστικού μαγνητικού πεδίου 640 oersted και συνολική ενεργειακή πυκνότητα μόνο 5.5. Αυτό το υλικό έχει υψηλότερη μέγιστη θερμοκρασία λειτουργίας από το κοβάλτιο σαμαρίου, στους 540 βαθμούς Κελσίου., Καθώς και υψηλότερη θερμοκρασία Κιουρί 860 βαθμών Κελσίου και συντελεστής θερμοκρασίας 0,02.
- Οι κεραμικοί μαγνήτες και οι φερρίτες έχουν πολύ χαμηλότερη πυκνότητα ροής και συνολική πυκνότητα ενέργειας από άλλα υλικά, σε 3.900 gauss και 3.5. Ωστόσο, η πυκνότητα της μαγνητικής ροής τους είναι καλύτερη από την alnico, η οποία είναι 3.200 oersted. Αυτό το υλικό έχει την ίδια μέγιστη θερμοκρασία λειτουργίας με το κοβάλτιο σαμαρίου, αλλά πολύ χαμηλότερη θερμοκρασία Curie 460 βαθμών Κελσίου και συντελεστή θερμοκρασίας -0.
Βήμα 3. Μετρήστε τον αριθμό των στροφών στο πηνίο του ηλεκτρομαγνήτη
Όσο περισσότερες στροφές ανά μήκος πυρήνα, τόσο μεγαλύτερη είναι η δύναμη του μαγνητικού πεδίου. Οι εμπορικοί ηλεκτρομαγνήτες έχουν ρυθμιζόμενο πυρήνα ενός από τα μαγνητικά υλικά που περιγράφηκαν παραπάνω και ένα μεγάλο πηνίο γύρω από αυτόν. Ωστόσο, ένας απλός ηλεκτρομαγνήτης μπορεί να κατασκευαστεί τυλίγοντας ένα σύρμα γύρω από ένα καρφί και συνδέοντας τα άκρα σε μια μπαταρία 1,5 βολτ.
Βήμα 4. Ελέγξτε την ποσότητα ρεύματος που ρέει μέσω του ηλεκτρομαγνητικού πηνίου
Σας συνιστούμε να χρησιμοποιήσετε ένα πολύμετρο. Όσο μεγαλύτερο είναι το ρεύμα, τόσο ισχυρότερο είναι το μαγνητικό πεδίο που παράγεται.
Το αμπέρ ανά μέτρο (A/m) είναι μια άλλη μονάδα που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της έντασης ενός μαγνητικού πεδίου. Αυτή η μονάδα υποδεικνύει ότι εάν αυξηθεί το ρεύμα, ο αριθμός των πηνίων ή και τα δύο, η δύναμη του μαγνητικού πεδίου αυξάνεται επίσης
Μέθοδος 2 από 3: Δοκιμή της εμβέλειας του μαγνητικού πεδίου με ένα συνδετικό κάλυμμα
Βήμα 1. Φτιάξτε μια βάση για τον μαγνήτη της ράβδου
Μπορείτε να φτιάξετε ένα απλό μαγνητικό στήριγμα χρησιμοποιώντας μανταλάκια και φλιτζάνι φελιζόλ. Αυτή η μέθοδος είναι η πλέον κατάλληλη για τη διδασκαλία μαγνητικών πεδίων σε μαθητές δημοτικού.
- Κολλήστε το ένα μακρύ άκρο του νιπτήρα στο κάτω μέρος του φλιτζανιού.
- Αναποδογυρίστε το φλιτζάνι με τις λαβίδες για τα ρούχα και τοποθετήστε το στο τραπέζι.
- Σφίξτε τους μαγνήτες στις λαβίδες των ρούχων.
Βήμα 2. Λυγίστε το κλιπ χαρτιού σε γάντζο
Ο ευκολότερος τρόπος για να γίνει αυτό είναι να τραβήξετε την εξωτερική άκρη του συνδετήρα χαρτιού. Αυτό το άγκιστρο θα κρεμάσει πολλά συνδετήρες χαρτιού.
Βήμα 3. Συνεχίστε να προσθέτετε συνδετήρες για να μετρήσετε την ένταση του μαγνήτη
Συνδέστε ένα λυγισμένο κλιπ χαρτιού σε έναν από τους πόλους του μαγνήτη. Το τμήμα γάντζου πρέπει να κρέμεται ελεύθερα. Κρεμάστε το συνδετήρα στο γάντζο. Συνεχίστε μέχρι το βάρος του συνδετήρα να πέσει το άγκιστρο.
Βήμα 4. Καταγράψτε τον αριθμό των συνδετήρων που προκάλεσαν την πτώση του γάντζου
Όταν το άγκιστρο πέσει κάτω από το βάρος που μεταφέρει, σημειώστε τον αριθμό των συνδετήρων που κρέμονται στο γάντζο.
Βήμα 5. Κολλήστε την ταινία κάλυψης στο μαγνήτη της ράβδου
Συνδέστε 3 μικρές λωρίδες κολλητικής ταινίας στον μαγνήτη της ράβδου και κρεμάστε τους γάντζους πίσω.
Βήμα 6. Προσθέστε ένα συνδετήρα χαρτιού στο άγκιστρο μέχρι να πέσει από τον μαγνήτη
Επαναλάβετε την προηγούμενη μέθοδο συνδετήρων από το αρχικό άγκιστρο, μέχρι να πέσει τελικά από το μαγνήτη.
Βήμα 7. Γράψτε πόσα κλιπ χρειάζονται για να πέσει το άγκιστρο
Βεβαιωθείτε ότι έχετε καταγράψει τον αριθμό των ταινιών μασκαρίσματος και συνδετήρων που χρησιμοποιούνται.
Βήμα 8. Επαναλάβετε το προηγούμενο βήμα αρκετές φορές με περισσότερη ταινία κάλυψης
Κάθε φορά, καταγράψτε τον αριθμό των συνδετήρων που χρειάζονται για να πέσουν από τον μαγνήτη. Θα πρέπει να παρατηρήσετε ότι κάθε φορά που προστίθεται η ταινία, απαιτείται λιγότερος συνδετήρας για να πέσει το άγκιστρο.
Μέθοδος 3 από 3: Δοκιμή μαγνητικού πεδίου με Gaussmeter
Βήμα 1. Υπολογίστε τη βάση ή την αρχική τάση/τάση
Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ένα gaussmeter, γνωστό και ως μαγνητόμετρο ή ανιχνευτή ηλεκτρομαγνητικού πεδίου (EMF), που είναι μια φορητή συσκευή που μετρά την ένταση και την κατεύθυνση ενός μαγνητικού πεδίου. Αυτές οι συσκευές είναι συνήθως εύκολες στην αγορά και στη χρήση. Η μέθοδος gaussmeter είναι κατάλληλη για τη διδασκαλία μαγνητικών πεδίων σε μαθητές γυμνασίου και γυμνασίου. Δείτε πώς να το χρησιμοποιήσετε:
- Ρυθμίστε τη μέγιστη τάση 10 βολτ DC (συνεχές ρεύμα).
- Διαβάστε την ένδειξη τάσης με το μετρητή μακριά από το μαγνήτη. Αυτή είναι η βασική ή αρχική τάση, που αναπαρίσταται ως V0.
Βήμα 2. Αγγίξτε τον αισθητήρα μετρητή σε έναν από τους μαγνητικούς πόλους
Σε ορισμένα gaussmeters, αυτός ο αισθητήρας, που ονομάζεται αισθητήρας Hall, είναι κατασκευασμένος για να ενσωματώνει ένα τσιπ ηλεκτρικού κυκλώματος, ώστε να μπορείτε να αγγίξετε μια μαγνητική ράβδο στον αισθητήρα.
Βήμα 3. Καταγράψτε τη νέα τάση
Η τάση που αντιπροσωπεύεται από το V1 θα αυξηθεί ή θα μειωθεί, ανάλογα με τη μαγνητική ράβδο που αγγίζει τον αισθητήρα Hall. Εάν η τάση αυξηθεί, ο αισθητήρας αγγίζει τον μαγνητικό πόλο του νότιου εύρεσης. Εάν η τάση πέσει, σημαίνει ότι ο αισθητήρας αγγίζει τον μαγνητικό πόλο του βόρειου ανιχνευτή.
Βήμα 4. Βρείτε τη διαφορά μεταξύ της αρχικής και της νέας τάσης
Εάν ο αισθητήρας βαθμονομηθεί σε millivolt, διαιρέστε με 1.000 για να μετατρέψετε τα millivolt σε volts.
Βήμα 5. Διαιρέστε το αποτέλεσμα με την τιμή ευαισθησίας του αισθητήρα
Για παράδειγμα, εάν ο αισθητήρας έχει ευαισθησία 5 millivolt ανά gaus, διαιρέστε με το 10. Η τιμή που λαμβάνεται είναι η δύναμη του μαγνητικού πεδίου σε gaus.
Βήμα 6. Επαναλάβετε τη δοκιμή έντασης μαγνητικού πεδίου σε διάφορες αποστάσεις
Τοποθετήστε τους αισθητήρες σε διάφορες αποστάσεις από τους μαγνητικούς πόλους και καταγράψτε τα αποτελέσματα.
