Magneetteja esiintyy yleisesti moottoreissa, dynamoissa, jääkaapissa, pankki- ja luottokorteissa sekä elektronisissa laitteissa, kuten sähkökitaramikrofoneissa, stereokaiuttimissa ja tietokoneen kiintolevyissä. Magneetit voivat olla pysyviä, luonnollisesti muodostuneita tai sähkömagneetteja. Sähkömagneetti luo magneettikentän, kun sähkövirta kulkee rautaytimen ympärille kiertyvän lankakelan läpi. On useita tekijöitä, jotka vaikuttavat magneettikentän voimakkuuteen ja erilaisia tapoja määrittää kentän voimakkuus, ja molempia käsitellään tässä artikkelissa.
Vaihe
Menetelmä 1/3: Magneettikentän voimakkuuteen vaikuttavien tekijöiden määrittäminen
Vaihe 1. Harkitse magneetin ominaisuuksia
Magneettien ominaisuuksia kuvataan seuraavilla ominaisuuksilla:
- Pakotetun magneettikentän vahvuus, lyhenne Hc. Tämä symboli kuvastaa toisen magneettikentän demagnetoinnin (magneettikentän menetyksen) kohtaa. Mitä suurempi luku, sitä vaikeampi magneetti on poistaa.
- Jäännösmagneettivuon tiheys, lyhennettynä Br. Tämä on suurin magneettivirta, jonka magneetti pystyy tuottamaan.
- Magneettivuon tiheyttä vastaa kokonaisenergiatiheys, lyhennettynä Bmax. Mitä suurempi luku, sitä voimakkaampi magneetti.
- Jäännösmagneettivuon tiheyden lämpötilakerroin, lyhennettynä Tcoef Br ja ilmaistuna prosentteina celsiusasteina, selittää kuinka magneettivuo pienenee magneettisen lämpötilan noustessa. Tcoef Br 0,1 tarkoittaa, että jos magneetin lämpötila nousee 100 celsiusastetta, magneettivuo pienenee 10 prosenttia.
- Suurin käyttölämpötila (lyhenne Tmax) on korkein lämpötila, jonka magneetti voi käyttää menettämättä kentänvoimakkuutta. Kun magneetin lämpötila laskee alle Tmax: n, magneetti palauttaa täyden magneettikentän voimakkuutensa. Jos magneettia kuumennetaan yli Tmax: n, se menettää osan kentästään pysyvästi, kun se on jäähtynyt normaaliin käyttölämpötilaan. Kuitenkin, jos se kuumennetaan Curie -lämpötilaan (lyhenne Tcurie), magneetti menettää magneettisen voimansa.
Vaihe 2. Tunnista kestomagneettien valmistusmateriaalit
Kestomagneetit on yleensä valmistettu yhdestä seuraavista materiaaleista:
- Neodyymi rauta boori. Tällä materiaalilla on magneettivuon tiheys (12 800 gaussia), pakottava magneettikentän voimakkuus (12 300 oersted) ja kokonaisenergiatiheys (40). Tämän materiaalin suurin käyttölämpötila on 150 astetta ja 310 astetta, ja lämpötilakerroin -0,12.
- Samariumkoboltti on toiseksi suurin pakotuskentän voimakkuus, 9 200 oersted, mutta magneettivuon tiheys on 10 500 gaussia ja kokonaisenergiatiheys 26. Sen suurin käyttölämpötila on paljon korkeampi kuin neodyymirauta boori 300 celsiusasteessa johtuen sen Curien lämpötila 750 astetta. Sen lämpötilakerroin on 0,04.
- Alnico on alumiini-nikkeli-kobolttiseos. Tämän materiaalin magneettivuon tiheys on lähellä neodyymirauta booria (12500 gaussia), mutta pakottava magneettikentän voimakkuus on 640 ja kokonaisenergiatiheys vain 5,5. Tämän materiaalin suurin käyttölämpötila on korkeampi kuin samariumkoboltti, 540 astetta Celsius., Sekä korkeampi Curie -lämpötila 860 astetta ja lämpötilakerroin 0,02.
- Keraamisilla ja ferriittimagneeteilla on paljon pienemmät vuontiheydet ja kokonaisenergiatiheydet kuin muilla materiaaleilla, 3 900 gaussissa ja 3,5. Niiden magneettivuon tiheydet ovat kuitenkin parempia kuin alnico, joka on 3200 oersted. Tällä materiaalilla on sama maksimi käyttölämpötila kuin samariumkoboltilla, mutta paljon matalampi Curie -lämpötila, 460 astetta, ja lämpötilakerroin -0 2. Näin ollen magneetit menettävät magneettikentän voimakkuutensa nopeammin kuumissa lämpötiloissa kuin muut materiaalit.
Vaihe 3. Laske sähkömagneetin kelan kierrosten lukumäärä
Mitä enemmän kierroksia ytimen pituutta kohden, sitä suurempi magneettikentän vahvuus. Kaupallisissa sähkömagneeteissa on säädettävä ydin yhdestä edellä kuvatuista magneettimateriaaleista ja suuri kela sen ympärillä. Yksinkertainen sähkömagneetti voidaan kuitenkin tehdä kiertämällä lanka naulan ympärille ja kiinnittämällä päät 1,5 voltin akkuun.
Vaihe 4. Tarkista sähkömagneettisen kelan läpi virtaavan virran määrä
Suosittelemme käyttämään yleismittaria. Mitä suurempi virta, sitä voimakkaampi magneettikenttä syntyy.
Ampeeri metriä kohti (A/m) on toinen yksikkö, jota käytetään magneettikentän voimakkuuden mittaamiseen. Tämä yksikkö ilmaisee, että jos virtaa, kelojen määrää tai molempia lisätään, myös magneettikentän voimakkuus kasvaa
Menetelmä 2/3: Magneettikentän alueen testaaminen paperiliittimellä
Vaihe 1. Tee pidike tangomagneetille
Voit tehdä yksinkertaisen magneettisen pidikkeen pyykkinapeilla ja styrofoam -kupilla. Tämä menetelmä soveltuu parhaiten magneettikenttien opettamiseen peruskoulun opiskelijoille.
- Liimaa pyykkinarun yksi pitkä pää kupin pohjaan.
- Käännä kuppi pyykkinarun pihdeillä ja aseta se pöydälle.
- Kiinnitä magneetit pyykkinarun pihdeihin.
Vaihe 2. Taivuta paperiliitin koukkuun
Helpoin tapa tehdä tämä on vetää paperiliittimen ulkoreunasta. Tämä koukku ripustaa paljon paperiliittimiä.
Vaihe 3. Jatka paperiliittimien lisäämistä magneetin lujuuden mittaamiseksi
Kiinnitä taivutettu paperiliitin magneetin johonkin napaan. koukkuosan tulisi roikkua vapaasti. Ripusta paperiliitin koukkuun. Jatka kunnes paperiliittimen paino putoaa koukkuun.
Vaihe 4. Kirjaa paperiliittimien määrä, joiden vuoksi koukku putosi
Kun koukku putoaa sen kantaman painon alle, huomioi koukussa roikkuvien paperiliittimien määrä.
Vaihe 5. Kiinnitä maalarinteippi palkkimagneettiin
Kiinnitä 3 pientä maalarinteippiä palkkimagneettiin ja ripusta koukut takaisin.
Vaihe 6. Lisää paperiliitin koukkuun, kunnes se putoaa magneetista
Toista edellinen paperiliittimen menetelmä ensimmäisestä paperiliittimen koukusta, kunnes se lopulta putoaa magneetista.
Vaihe 7. Kirjoita ylös, kuinka monta leikettä koukun pudottaminen kestää
Muista kirjata käytettyjen peiteteipin ja paperiliittimien määrä.
Vaihe 8. Toista edellinen vaihe useita kertoja useammalla maalarinteipillä
Kirjaa joka kerta, kuinka paljon paperiliittimiä tarvitaan putoamaan magneetista. Huomaa, että aina kun nauha lisätään, koukun pudottamiseen tarvitaan vähemmän leikettä.
Menetelmä 3/3: Magneettikentän testaaminen Gaussmeterillä
Vaihe 1. Laske perus- tai alijännite/jännite
Voit käyttää kaasumittaria, joka tunnetaan myös nimellä magnetometri tai sähkömagneettisen kentän (EMF) ilmaisin, joka on kannettava laite, joka mittaa magneettikentän voimakkuuden ja suunnan. Nämä laitteet ovat yleensä helppoja ostaa ja käyttää. Gaussmeter -menetelmä soveltuu magneettikenttien opettamiseen keskiasteen ja lukion opiskelijoille. Käytä sitä seuraavasti:
- Aseta maksimijännite 10 volttia DC (tasavirta).
- Lue jännitenäyttö mittarilla kaukana magneetista. Tämä on perus- tai alijännite, joka esitetään muodossa V0.
Vaihe 2. Kosketa mittarianturia johonkin magneettinapaan
Joissakin kaasumittarissa tämä anturi, jota kutsutaan Hall -anturiksi, on integroitu sähköpiirisiruun, jotta voit koskettaa magneettipalkkia anturiin.
Vaihe 3. Kirjaa uusi jännite
Jännite, jota edustaa V1, kasvaa tai laskee riippuen Hall -anturia koskettavasta magneettipalkista. Jos jännite nousee, anturi koskettaa eteläisen etsimen magneettinapaa. Jos jännite laskee, se tarkoittaa, että anturi koskettaa pohjoisen etsimen magneettinapaa.
Vaihe 4. Etsi ero alkuperäisen ja uuden jännitteen välillä
Jos anturi on kalibroitu millivoltteina, jaa se 1000: lla millivolttien muuntamiseksi voltteiksi.
Vaihe 5. Jaa tulos anturin herkkyysarvolla
Jos esimerkiksi anturin herkkyys on 5 millivolttia gaussia kohden, jaa luvulla 10. Saatu arvo on gaussin magneettikentän vahvuus.
Vaihe 6. Toista magneettikentän voimakkuustesti eri etäisyyksillä
Aseta anturit eri etäisyyksille magneettinapoista ja tallenna tulokset.
