Magnety sa bežne nachádzajú v motoroch, dynamách, chladničkách, debetných a kreditných kartách, ako aj v elektronickom zariadení, ako sú snímače elektrickej gitary, stereo reproduktory a pevné disky počítačov. Magnety môžu byť trvalé, prirodzene tvarované alebo elektromagnetické. Elektromagnet vytvára magnetické pole, keď elektrický prúd prechádza cievkou z drôtu, ktorá sa obalí okolo železného jadra. Existuje niekoľko faktorov, ktoré ovplyvňujú silu magnetického poľa a rôzne spôsoby určovania sily poľa, a obidva sú diskutované v tomto článku.
Krok
Metóda 1 z 3: Stanovenie faktorov ovplyvňujúcich silu magnetického poľa
Krok 1. Zvážte vlastnosti magnetu
Vlastnosti magnetov sú popísané pomocou nasledujúcich charakteristík:
- Sila donucovacieho magnetického poľa, skrátene Hc. Tento symbol odráža bod demagnetizácie (strata magnetického poľa) iným magnetickým poľom. Čím vyššie je číslo, tým ťažšie je magnet odstrániť.
- Zvyšková hustota magnetického toku, skrátene ako Br. Toto je maximálny magnetický tok, ktorý je magnet schopný vytvoriť.
- Hustote magnetického toku zodpovedá celková hustota energie, skrátene Bmax. Čím je číslo vyššie, tým je magnet silnejší.
- Teplotný koeficient hustoty zvyškového magnetického toku, skrátene Tcoef Br a vyjadrený v percentách stupňov Celzia, vysvetľuje, ako magnetický tok klesá so zvyšovaním magnetickej teploty. Tcoef Br 0,1 znamená, že ak sa teplota magnetu zvýši o 100 stupňov Celzia, magnetický tok sa zníži o 10 percent.
- Maximálna prevádzková teplota (skrátene Tmax) je najvyššia teplota, ktorú môže magnet pracovať bez straty sily poľa. Akonáhle teplota magnetu klesne pod Tmax, magnet obnoví svoju plnú silu magnetického poľa. Pri zahriatí nad Tmax magnet po ochladení na normálnu prevádzkovú teplotu stratí časť svojho poľa natrvalo. Ak sa však magnet zahreje na Curieovu teplotu (skrátene Tcurie), stratí svoju magnetickú silu.
Krok 2. Identifikujte materiály na výrobu permanentných magnetov
Permanentné magnety sú zvyčajne vyrobené z jedného z nasledujúcich materiálov:
- Neodym železo bór. Tento materiál má hustotu magnetického toku (12 800 gaussov), koercitívnu silu magnetického poľa (12 300 otvorených) a celkovú hustotu energie (40). Tento materiál má najnižšiu maximálnu prevádzkovú teplotu 150 stupňov Celzia a 310 stupňov Celzia a teplotný koeficient -0,12.
- Samarium kobalt má druhú najvyššiu koercitívnu silu poľa, 9 200 oersted, ale hustotu magnetického toku 10 500 gaussov a celkovú hustotu energie 26. Jeho maximálna prevádzková teplota je oveľa vyššia ako teplota neodýmového bóru pri 300 stupňoch Celzia kvôli Curieova teplota 750 stupňov Celzia. Jeho teplotný koeficient je 0,04.
- Alnico je zliatina hliníka, niklu a kobaltu. Tento materiál má hustotu magnetického toku blízku bóru neodýmového železa (12 500 gaussov), ale koercitívnu silu magnetického poľa je 640 oersted a celkovú hustotu energie iba 5,5. Tento materiál má vyššiu maximálnu prevádzkovú teplotu ako samarium kobalt, pri 540 stupňoch Stupňov Celzia., Ako aj vyššou Curieho teplotou 860 stupňov Celzia a teplotným koeficientom 0,02.
- Keramické a feritové magnety majú oveľa nižšiu hustotu toku a celkovú hustotu energie ako ostatné materiály, pri 3 900 gaussoch a 3,5. Ich hustoty magnetického toku sú však lepšie ako alnico, ktoré má 3 200 otvorov. Tento materiál má rovnakú maximálnu prevádzkovú teplotu ako samarium kobalt, ale oveľa nižšiu Curieovu teplotu 460 stupňov Celzia a teplotný koeficient -0. 2. Magnety teda pri vysokých teplotách rýchlejšie strácajú silu magnetického poľa ako ostatné materiály.
Krok 3. Spočítajte počet závitov v cievke elektromagnetu
Čím viac závitov na dĺžku jadra, tým väčšia je sila magnetického poľa. Komerčné elektromagnety majú nastaviteľné jadro z jedného z vyššie popísaných magnetických materiálov a okolo neho veľkú cievku. Jednoduchý elektromagnet však možno vyrobiť navinutím drôtu okolo klinca a pripevnením koncov k 1,5-voltovej batérii.
Krok 4. Skontrolujte množstvo prúdu pretekajúceho elektromagnetickou cievkou
Odporúčame vám použiť multimetr. Čím je prúd väčší, tým silnejšie je magnetické pole.
Ampéry na meter (A/m) sú ďalšou jednotkou používanou na meranie sily magnetického poľa. Táto jednotka naznačuje, že ak sa zvýši prúd, počet cievok alebo oboje, zvýši sa aj sila magnetického poľa
Metóda 2 z 3: Testovanie dosahu magnetického poľa pomocou kancelárskej sponky
Krok 1. Vytvorte držiak na tyčový magnet
Jednoduchý magnetický držiak si môžete vyrobiť pomocou štipcov na bielizeň a hrnčeka z polystyrénu. Táto metóda je najvhodnejšia na vyučovanie magnetických polí pre žiakov základných škôl.
- Na spodok pohára prilepte jeden dlhý koniec šnúry na prádlo.
- Prevráťte pohár s kliešťami na šnúry a položte ho na stôl.
- Pripevnite magnety na kliešte na šnúry.
Krok 2. Zahnite sponku do háčika
Najľahšie to urobíte tak, že potiahnete vonkajší okraj kancelárskej sponky. Tento háčik zavesí veľa kancelárskych sponiek.
Krok 3. Pokračujte v pridávaní kancelárskych sponiek, aby ste zmerali silu magnetu
Na jeden z pólov magnetu pripevnite ohnutú kancelársku sponku. háčiková časť by mala voľne visieť. Zaveste sponku na háčik. Pokračujte, kým hmotnosť kancelárskej spinky neklesne na háčik.
Krok 4. Zaznamenajte počet kancelárskych sponiek, ktoré spôsobili spadnutie háčika
Keď háčik spadne pod váhu, ktorú nesie, všimnite si počet kancelárskych sponiek zavesených na háčiku.
Krok 5. Prilepte maskovaciu pásku k tyčovému magnetu
Na tyčový magnet pripevnite 3 malé prúžky krycej pásky a zaveste háčiky späť.
Krok 6. Pridajte na háčik kancelársku sponku, kým nespadne z magnetu
Opakujte predchádzajúcu metódu kancelárskej sponky z počiatočného háčika na kancelársku sponku, kým nakoniec nespadne z magnetu.
Krok 7. Zapíšte si, koľko klipov je potrebných na spadnutie háčika
Nezabudnite zaznamenať počet použitých pásikov krycej pásky a kancelárskych sponiek.
Krok 8. Predošlý krok niekoľkokrát zopakujte s ďalšou krycou páskou
Zakaždým zaznamenajte počet kancelárskych sponiek, ktoré sú potrebné na spadnutie z magnetu. Mali by ste si všimnúť, že pri každom pridaní pásky je na spustenie háčika potrebná menšia svorka.
Metóda 3 z 3: Testovanie magnetického poľa pomocou gaussmetra
Krok 1. Vypočítajte základné alebo počiatočné napätie/napätie
Môžete použiť gaussmeter, známy tiež ako magnetometer alebo detektor elektromagnetického poľa (EMF), čo je prenosné zariadenie, ktoré meria silu a smer magnetického poľa. Tieto zariadenia sa zvyčajne dajú ľahko kúpiť a používať. Metóda gaussmetra je vhodná na výučbu magnetických polí pre študentov stredných a stredných škôl. Postup použitia:
- Nastavte maximálne napätie 10 voltov DC (jednosmerný prúd).
- Prečítajte si zobrazenie napätia s meračom ďalej od magnetu. Toto je základné alebo počiatočné napätie reprezentované ako V0.
Krok 2. Dotknite sa senzora merača jedného z magnetických pólov
V niektorých gaussmetroch je tento snímač, nazývaný Hallov snímač, vyrobený tak, aby integroval čip elektrického obvodu, aby ste sa senzora mohli dotknúť magnetickej tyče.
Krok 3. Zaznamenajte nové napätie
Napätie reprezentované V1 sa zvýši alebo zníži v závislosti od magnetickej tyče, ktorá sa dotýka Hallovho senzora. Ak napätie stúpne, senzor sa dotkne magnetického pólu južného nálezcu. Ak napätie klesne, znamená to, že sa senzor dotýka magnetického pólu severného nálezcu.
Krok 4. Nájdite rozdiel medzi počiatočným a novým napätím
Ak je snímač kalibrovaný v milivoltoch, vydelením 1 000 sa milivolty prevedú na volty.
Krok 5. Vydeľte výsledok hodnotou citlivosti senzora
Ak má senzor napríklad citlivosť 5 milivoltov na gauss, vydelí sa 10. Získaná hodnota je sila magnetického poľa v gaussoch.
Krok 6. Opakujte test sily magnetického poľa na rôznych vzdialenostiach
Senzory umiestnite do rôznych vzdialeností od magnetických pólov a zaznamenajte výsledky.
