Magneti se obično nalaze u motorima, dinamovima, hladnjacima, debitnim i kreditnim karticama, kao i u elektroničkoj opremi kao što su zvučnici za električne gitare, stereo zvučnici i tvrdi diskovi računala. Magneti mogu biti trajni, prirodno oblikovani ili elektromagneti. Elektromagnet stvara magnetsko polje kada električna struja prolazi kroz zavojnicu žice koja se obavija oko željezne jezgre. Nekoliko je čimbenika koji utječu na jakost magnetskog polja i različiti načini za određivanje jakosti polja, a oba se razmatraju u ovom članku.
Korak
Metoda 1 od 3: Određivanje čimbenika koji utječu na jakost magnetskog polja
Korak 1. Razmotrite karakteristike magneta
Svojstva magneta opisana su pomoću sljedećih karakteristika:
- Jačina prisilnog magnetskog polja, skraćeno Hc. Ovaj simbol odražava točku demagnetizacije (gubitak magnetskog polja) drugim magnetskim poljem. Što je veći broj, magnet se teže uklanja.
- Gustoća zaostalog magnetskog toka, skraćeno Br. To je najveći magnetski tok koji magnet može proizvesti.
- Gustoći magnetskog toka odgovara ukupna gustoća energije, skraćeno Bmax. Što je veći broj, magnet je jači.
- Temperaturni koeficijent zaostale gustoće magnetskog toka, skraćeno Tcoef Br i izražen kao postotak stupnjeva Celzijusa, objašnjava kako se magnetski tok smanjuje s povećanjem magnetske temperature. Tcoef Br od 0,1 znači da ako se temperatura magneta poveća za 100 stupnjeva Celzijusa, magnetski tok se smanjuje za 10 posto.
- Maksimalna radna temperatura (skraćeno Tmax) najviša je temperatura koju magnet može raditi bez gubitka jakosti polja. Nakon što temperatura magneta padne ispod Tmax, magnet obnavlja svoju punu jakost magnetskog polja. Ako se zagrije iznad Tmax, magnet će trajno izgubiti dio polja nakon što se ohladi na normalnu radnu temperaturu. Međutim, ako se zagrije na Curiejevu temperaturu (skraćeno Tcurie), magnet će izgubiti magnetsku snagu.
Korak 2. Identificirajte materijale za izradu trajnih magneta
Trajni magneti obično su izrađeni od jednog od sljedećih materijala:
- Neodimij željezo bor. Ovaj materijal ima gustoću magnetskog toka (12,800 gauss), jakost prisilnog magnetskog polja (12,300 oersted) i ukupnu gustoću energije (40). Ovaj materijal ima najnižu maksimalnu radnu temperaturu od 150 stupnjeva Celzijusa i 310 stupnjeva Celzijusa, odnosno temperaturni koeficijent od -0,12.
- Samarij -kobalt ima drugu najveću snagu prisilnog polja, na 9.200 oersteta, ali gustoću magnetskog toka od 10.500 gausa i ukupnu gustoću energije 26. Njegova je maksimalna radna temperatura mnogo veća od temperature neodimijskog željeza na 300 stupnjeva Celzijusa Kirijeva temperatura 750 stepeni Celzijusa. Njegov temperaturni koeficijent je 0,04.
- Alnico je slitina aluminij-nikal-kobalt. Ovaj materijal ima gustoću magnetskog toka blizu neodimijskog željeznog bora (12 500 gaussa), ali jačinu prisilnog magnetskog polja od 640 oersteda i ukupnu gustoću energije od samo 5,5. Ovaj materijal ima veću maksimalnu radnu temperaturu od samarijevog kobalta, na 540 stupnjeva Celzijevih., Kao i višu Curiejevu temperaturu od 860 stupnjeva Celzijevih, te temperaturni koeficijent 0,02.
- Keramički i feritni magneti imaju mnogo nižu gustoću fluksa i ukupnu gustoću energije od ostalih materijala, pri 3.900 gaussa i 3.5. Međutim, njihova gustoća magnetskog toka je bolja od alnico, koja je 3.200 oersted. Ovaj materijal ima istu maksimalnu radnu temperaturu kao i samarijev kobalt, ali znatno nižu Curiejevu temperaturu od 460 stupnjeva Celzijusa i temperaturni koeficijent -0.2. Dakle, magneti brže gube jakost magnetskog polja na vrućim temperaturama od ostalih materijala.
Korak 3. Izbrojite broj zavoja u zavojnici elektromagneta
Što je više zavoja po duljini jezgre, veća je i snaga magnetskog polja. Komercijalni elektromagneti imaju podesivu jezgru od jednog od gore opisanih magnetskih materijala i veliku zavojnicu oko nje. Međutim, jednostavan elektromagnet može se napraviti namotavanjem žice oko čavla i pričvršćivanjem krajeva na bateriju od 1,5 volta.
Korak 4. Provjerite količinu struje koja teče kroz elektromagnetsku zavojnicu
Preporučujemo da koristite multimetar. Što je veća struja, magnetsko polje proizvodi jače.
Amper po metru (A/m) je druga jedinica koja se koristi za mjerenje jakosti magnetskog polja. Ova jedinica pokazuje da ako se poveća struja, broj zavojnica ili oboje, jačina magnetskog polja također raste
Metoda 2 od 3: Ispitivanje raspona magnetskog polja spajalicom
Korak 1. Napravite držač za magnet magneta
Jednostavan magnetski držač možete napraviti pomoću držača za odjeću i čaše od stiropora. Ova metoda je najprikladnija za poučavanje magnetskih polja učenika osnovnih škola.
- Zalijepite jedan dugi kraj užeta za odjeću na dno šalice.
- Preokrenite šalicu s kleštima za odjeću i stavite je na stol.
- Pričvrstite magnete na klešta za veš.
Korak 2. Savijte spajalicu u kuku
Najlakši način za to je povući vanjski rub spajalice. Ova kuka će objesiti mnogo spajalica.
Korak 3. Nastavite dodavati spajalice za mjerenje jačine magneta
Pričvrstite savijenu spajalicu za papir na jedan od polova magneta. dio kuke treba slobodno visjeti. Objesite spajalicu na kuku. Nastavite dok težina spajalice ne padne s udice.
Korak 4. Zapišite broj spajalica zbog kojih je udica otpala
Kad udica padne ispod težine koju nosi, zabilježite broj spajalica koje vise na udici.
Korak 5. Zalijepite maskirnu traku na magnet za šipku
Pričvrstite 3 male trake maskirne trake na magnet za šipku i objesite kuke unatrag.
Korak 6. Dodajte spajalicu na udicu dok ne padne s magneta
Ponavljajte prethodnu metodu spajalica sa početne kuke za spajalicu, sve dok konačno ne padne s magneta.
Korak 7. Zapišite koliko isječaka je potrebno za ispuštanje udice
Zapišite broj upotrijebljenih traka maskirne trake i spajalica.
Korak 8. Ponovite prethodni korak nekoliko puta s više maskirne trake
Svaki put zabilježite broj spajalica potrebnih za pad s magneta. Trebali biste primijetiti da je svaki put kad se doda traka potrebno manje isječka za ispuštanje udice.
Metoda 3 od 3: Ispitivanje magnetskog polja Gaussmetrom
Korak 1. Izračunajte osnovni ili početni napon/napon
Možete koristiti gaussmetar, također poznat kao magnetometar ili detektor elektromagnetskog polja (EMF), koji je prijenosni uređaj koji mjeri jakost i smjer magnetskog polja. Ovi se uređaji obično jednostavno kupuju i koriste. Metoda gaussmetra prikladna je za poučavanje magnetskih polja učenika srednjih i srednjih škola. Evo kako ga koristiti:
- Postavite maksimalni napon od 10 V DC (istosmjerna struja).
- Očitajte prikaz napona s mjeračem udaljenim od magneta. Ovo je osnovni ili početni napon, predstavljen kao V0.
Korak 2. Dodirnite senzor mjerača do jednog od magnetskih polova
U nekim gaussmetrima, ovaj senzor, nazvan Hall senzor, izrađen je tako da integrira čip električnog kruga tako da osjetniku možete dodirnuti magnetsku šipku.
Korak 3. Snimite novi napon
Napon koji predstavlja V1 povećat će se ili smanjiti, ovisno o magnetskoj traci koja dodiruje Hall senzor. Ako napon poraste, senzor dodiruje magnetski pol južnog tražila. Ako napon padne, to znači da senzor dodiruje sjeverni magnetski pol tražila.
Korak 4. Pronađite razliku između početnog i novog napona
Ako je senzor kalibriran u milivoltima, podijelite s 1000 kako biste pretvorili milivolte u volte.
Korak 5. Podijelite rezultat s vrijednošću osjetljivosti senzora
Na primjer, ako senzor ima osjetljivost od 5 milivolta po gaussu, podijelite s 10. Dobivena vrijednost je jakost magnetskog polja u gaussu.
Korak 6. Ponovite ispitivanje jakosti magnetskog polja na različitim udaljenostima
Postavite senzore na različitu udaljenost od magnetskih polova i zabilježite rezultate.
