Як визначити силу магнітів

Магніти повсюдно використовуються в двигунах, динамо-машинах, холодильниках, кредитних і дебетових картках, різних електронних пристроях, наприклад в звукознімачах на електрогітарах, стереодинамиках, жорстких дисках комп`ютерів. Магніти можуть бути постійними і складатися з природних магнітних матеріалів (заліза або сплавів), або представляти собою електромагніти. У електромагнітах магнітне поле створюється за рахунок пропускання електричного поля через дротяну котушку, оповиту навколо залізного сердечника. Існує кілька факторів, які впливають на силу магнітного поля, і цю силу можна змінити декількома способами. Ці фактори і способи описані в даній статті.

кроки

Метод 1 з 3:

Визначте фактори, які впливають на силу магнітного поля

1. Розглянемо характеристики магніту. Властивості магніту описуються наступними параметрами:

Коерцитивна сила магнітного поля, позначається як Hc. Це значення зовнішнього магнітного поля, при якому магніт можна розмагнітити. Чим вище це значення, тим важче розмагнітити даний магніт.
Залишкова магнітна індукція, позначається як Br. Це максимальна сила (індукція) магнітного поля, яку може створити магніт при відсутності зовнішнього магнітного поля.
З індукцією магнітного поля пов`язана максимальна щільність магнітного потоку, яка позначається як Bmax. Чим вище ця величина, тим потужніше даний магніт.
Температурний коефіцієнт залишкової магнітної індукції, який позначається як Tcoef Br і вимірюється в частках від градусів Цельсія, описує, наскільки зменшується індукція магнітного поля при підвищенні температури. Наприклад, якщо Tcoef Br дорівнює 0,1, це означає, що при підвищенні температури магніту на 100 градусів Цельсія індукція магнітного поля зменшується на 10 відсотків.
Максимальна робоча температура (позначається як Tmax) являє собою найбільшу температуру, при якій матеріал повністю зберігає свої магнітні властивості. При температурах нижче Tmax магніт зберігає свою силу. Якщо матеріал нагріти вище температури Tmax, після охолодження його сила зменшиться. Однак якщо матеріал нагріти вище його температури Кюрі, яка позначається як Tcurie, він повністю розмагнітиться.

Зображення з назвою Determine the Strength of Magnets Step 2

2. Врахуйте, з якого матеріалу виготовлений постійний магніт. Постійні магніти зазвичай роблять з наступних матеріалів:

Сплав неодиму, заліза і бору. Даний матеріал має найвищу магнітної індукції (12.800 гаусів), коерцитивної силою магнітного поля (12.300 Ерстед) і максимальною щільністю магнітного потоку (40). Також він характеризується найнижчими максимальною робочою температурою і температурою Кюрі (150 і 310 градусів Цельсія відповідно), його температурний коефіцієнт становить -0,12.

Сплав самарію з кобальтом займає друге місце за величиною коерцитивної сили магнітного поля, яка становить 9.200 Ерстед. Він створює магнітну індукцію силою 10.500 гаусів і максимальну щільність магнітного потоку 26. Його максимальна робоча температура набагато вище, ніж у сплаву неодиму, заліза і бору, і становить 300 градусів Цельсія, а температура Кюрі дорівнює 750 градусів Цельсія. Температурний коефіцієнт даного слава становить 0,04.

Альнико являє собою сплав алюмінію, нікелю і кобальту. Його індукція магнітного поля (12.500 гаусів) близька до цієї ж характеристиці сплаву неодиму, заліза і бору, проте він має набагато меншу коерцитивної силу магнітного поля (640 Ерстед) і, отже, більш низьку максимальну щільність магнітного потоку (5,5). У порівнянні зі сплавом самарію і кобальту даний матеріал має більш високу максимальну робочу температуру (540 градусів Цельсія) і температуру Кюрі (860 градусів Цельсія). Його температурний коефіцієнт становить 0,02.

Магніти з кераміки і фериту мають набагато менші значення індукції магнітного поля і максимальної щільності магнітного потоку, вони складають відповідно 3.900 гаусів і 3,5. Однак їх коерцитивної сила магнітного поля набагато вище, ніж у альнико, і становить 3.200 Ерстед. Їх максимальна робоча температура аналогічна сплаву самарію з кобальтом, в той час як температура Кюрі значно нижче (460 градусів Цельсія). Температурний коефіцієнт даних матеріалів становить -0,2, тобто з ростом температури сила їх магнітного поля зменшується набагато швидше, ніж у інших матеріалів.

Зображення з назвою Determine the Strength of Magnets Step 3

3. Порахуйте кількість витків електромагнітної котушки. Чим більше витків доводиться на одиницю довжини котушки, тим вище сила магнітного поля. Стандартні електромагніти забезпечені досить масивним сердечником з одного з описаних вище матеріалів, навколо якого розташовані великі витки. Проте, простий електромагніт легко зробити самому: достатньо взяти цвях, обмотати його дротом і під`єднати її кінці до батарейці з напругою 1,5 вольта.

Зображення з назвою Determine the Strength of Magnets Step 4

4. Перевірте силу струму, який проходить через обмотку електромагніту. Використовуйте для цього мультиметр. Чим вище струм, тим сильніше створюване їм магнітне поле.

Ще однією одиницею вимірювання сили магнітного поля в метричній системі служить ампер-виток. Ця величина визначає, наскільки збільшується сила магнітного поля при зростанні струму і / або числа витків.

Метод 2 з 3:

Оцініть магнітне поле за допомогою скріпок

1. Зробіть тримач для постійного магніту в вигляді бруска. Для цього можна використовувати одежну прищіпку і паперовий або пластиковий стакан. Даний спосіб добре підходить для демонстрації дії магнітного поля школярам молодших класів.

За допомогою скотча прикріпіть один з довгих кінців прищіпки до дну склянки.
Поставте склянку з прикріпленою до нього прищіпкою на стіл догори дном.

Зображення з назвою Determine the Strength of Magnets Step 6

2. Розігніть скріпку так, щоб вийшов гачок. Для цього можна просто відігнути зовнішній край скріпки. На цей гачок ви підвісити інші скріпки.

Зображення з назвою Determine the Strength of Magnets Step 7

3. Щоб виміряти силу магнітного поля, додайте інші скріпки. Прикладіть вигнуту гачком скріпку до одного з полюсів магніту. При цьому зігнуте гачком місце повинно вільно звисати вниз. Підвісьте до гачка інші скріпки. Продовжуйте додавати скріпки, поки під їх вагою гачок не відірветься від магніту і все скріпки впадуть на стіл.

Зображення з назвою Determine the Strength of Magnets Step 8

4. Відзначте кількість скріпок, при якому гачок відірвався від магніту. Після того як ви додасте досить скріпок і верхня скріпка відірветься від магніту, акуратно підрахуйте число скріпок, при якому це сталося, і запишіть його.

Зображення з назвою Determine the Strength of Magnets Step 9

5. Наклейте на нижній полюс магніту ізоляційну стрічку. Прикріпіть до полюса магніту три невеликих смужки ізоляційної стрічки і знову підвісьте вигнуту гачком скріпку.

Зображення з назвою Determine the Strength of Magnets Step 10

6. Додавайте скріпки до гачка, поки він знов не відірветься від магніту. Повторіть попередню процедуру і підвісьте до гачка скріпки, так щоб в кінці кінців вони знову відірвалися від магніту і впали на стіл.

Зображення з назвою Determine the Strength of Magnets Step 11

7. Запишіть, скільки скріпок треба було на цей раз. Крім числа скріпок запишіть також кількість смужок ізоляційної стрічки, які ви наклеїли на полюс магніту.

Зображення з назвою Determine the Strength of Magnets Step 12

8. Повторіть попередній крок кілька разів зі все бпрольшим кількістю смужок ізоляційної стрічки. Кожен раз записуйте число скріпок, при якому вони відриваються від магніту, і кількість смужок ізоляційної стрічки. У міру збільшення числа смужок для відриву від магніту потрібно буде дедалі менше скріпок.

Метод 3 з 3:

Виміряйте магнітне поле гаусметри

1. Визначте базову, або вихідна напруга. Це можна зробити за допомогою гаусметри, який називають також магнітометром або детектором ЕРС (електрорушійної сили). Це ручний прилад, який дозволяє виміряти силу і напрям магнітного поля. Гаусметри можна придбати в магазині електроніки, він простий у використанні. Даний метод підходить для демонстрації дії магнітного поля школярам старших класів і студентам. Для початку виконайте наступне:

Виставте максимальне значення напруги 10 вольт, DC (постійний струм).
Відзначте показання на дисплеї приладу, коли він знаходиться в стороні від магніту. Це буде базове, або вихідна напруга V0.

Зображення з назвою Determine the Strength of Magnets Step 14

2. Доторкніться зондом приладу до одного з полюсів магніту. На деяких гаусметри цей зонд, так званий датчик Холла, вбудований в інтегральну мікросхему, і їм слід доторкнутися до полюса магніту.

Зображення з назвою Determine the Strength of Magnets Step 15

3. Запишіть нове значення напруги V1. Ця напруга буде більше або менше попереднього значення, в залежності від того, до якого полюсу магніту ви доторкнетеся датчиком Холла. Якщо напруга зросла, це означає, що ви піднесли зонд до північного полюса магніту. Якщо напруга зменшилася, значить, ви доторкнулися до південного полюса магніту.

Зображення з назвою Determine the Strength of Magnets Step 16

4. Знайдіть різницю між початковим і подальшим значеннями напруги. Якщо датчик відкалібрований в мілівольтах, поділіть значення на 1.000, щоб перевести мілівольтах в вольти.

Зображення з назвою Determine the Strength of Magnets Step 17

5. Поділіть отриманий результат на чутливість датчика. Наприклад, якщо чутливість датчика становить 5 мілівольтах на гаус, слід поділити на 5. При чутливості 10 мілівольт на гаус необхідно поділити результат на 10. Отримане значення буде відповідати індукції (силі) магнітного поля в гаусах.

Зображення з назвою Determine the Strength of Magnets Step 18

6. Повторіть вимірювання на різній відстані від магніту. Розміщуйте датчик на різній відстані від магнітного полюса і записуйте результати.

Поради

Для кожного з двох полюсів магніту сила магнітного поля зменшується пропорційно квадрату відстані від полюса. Таким чином, якщо відстань зросла вдвічі, індукція магнітного поля зменшиться в 4 рази. Однак при видаленні від середини магніту сила поля зменшується пропорційно третього ступеня відстані. Наприклад, якщо відстань збільшити в два рази, індукція магнітного поля зменшиться в 8 разів.

попередження

Якщо магніт впустити або стукнути, коли його полюса спрямовані проти магнітного поля Землі (південний полюс магніту направлений до південного, а північний - до північного магнітного полюса Землі) або перпендикулярно цьому полю, він може розмагнітитися. У той же час сталевий цвях можна намагнітити, якщо постукати по ньому, коли він розташований паралельно магнітному полю Землі.