Magnety se běžně nacházejí v motorech, dynamech, chladničkách, debetních a kreditních kartách, stejně jako v elektronickém vybavení, jako jsou snímače elektrické kytary, stereo reproduktory a pevné disky počítačů. Magnety mohou být trvalé, přirozeně tvarované nebo elektromagnetické. Elektromagnet vytváří magnetické pole, když elektrický proud prochází cívkou drátu, která se obaluje kolem železného jádra. Existuje několik faktorů, které ovlivňují sílu magnetického pole a různé způsoby, jak určit sílu pole, a oba jsou diskutovány v tomto článku.
Krok
Metoda 1 ze 3: Stanovení faktorů ovlivňujících sílu magnetického pole
Krok 1. Zvažte vlastnosti magnetu
Vlastnosti magnetů jsou popsány pomocí následujících charakteristik:
- Síla donucovacího magnetického pole, zkráceně Hc. Tento symbol odráží bod demagnetizace (ztráta magnetického pole) jiným magnetickým polem. Čím vyšší číslo, tím těžší je magnet odstranit.
- Zbytková hustota magnetického toku, zkráceně Br. Toto je maximální magnetický tok, který je magnet schopen vytvořit.
- Hustotě magnetického toku odpovídá celková hustota energie, zkráceně Bmax. Čím vyšší číslo, tím silnější magnet.
- Teplotní koeficient hustoty zbytkového magnetického toku, zkráceně Tcoef Br a vyjádřený v procentech stupňů Celsia, vysvětluje, jak magnetický tok klesá se zvyšováním magnetické teploty. Tcoef Br 0,1 znamená, že pokud se teplota magnetu zvýší o 100 stupňů Celsia, magnetický tok se sníží o 10 procent.
- Maximální provozní teplota (zkráceně Tmax) je nejvyšší teplota, kterou může magnet provozovat, aniž by ztratil sílu pole. Jakmile teplota magnetu klesne pod Tmax, magnet obnoví svoji plnou sílu magnetického pole. Při zahřátí nad Tmax magnet po ochlazení na normální provozní teplotu trvale ztratí část svého pole. Pokud se však zahřeje na Curieovu teplotu (zkráceně Tcurie), magnet ztratí svoji magnetickou sílu.
Krok 2. Identifikujte materiály pro výrobu permanentních magnetů
Permanentní magnety jsou obvykle vyrobeny z jednoho z následujících materiálů:
- Neodym železo bór. Tento materiál má hustotu magnetického toku (12 800 gaussů), sílu donucovacího magnetického pole (12 300 oersted) a celkovou hustotu energie (40). Tento materiál má nejnižší maximální provozní teplotu 150 stupňů Celsia a 310 stupňů Celsia a teplotní koeficient -0,12.
- Samarium kobalt má druhou nejvyšší sílu donucovacího pole, 9 200 oersted, ale hustotu magnetického toku 10 500 gaussů a celkovou hustotu energie 26. Jeho maximální provozní teplota je mnohem vyšší než u neodymového železitého bóru při 300 stupních Celsia. Curieova teplota 750 stupňů Celsia. Jeho teplotní koeficient je 0,04.
- Alnico je slitina hliníku, niklu a kobaltu. Tento materiál má hustotu magnetického toku blízkou neodymu a bóru železa (12 500 gaussů), ale sílu donucovacího magnetického pole 640 oersted a celkovou hustotu energie pouze 5,5. Tento materiál má vyšší maximální provozní teplotu než samarium kobalt, při 540 stupních Celsia., Stejně jako vyšší Curieova teplota 860 stupňů Celsia a teplotní koeficient 0,02.
- Keramické a feritové magnety mají mnohem nižší hustotu toku a celkovou hustotu energie než jiné materiály, při 3 900 gaussech a 3,5. Jejich hustoty magnetického toku jsou však lepší než alnico, což je 3 200 oerstedů. Tento materiál má stejnou maximální provozní teplotu jako samarium kobalt, ale mnohem nižší Curieovu teplotu 460 stupňů Celsia a teplotní koeficient -0. 2. Magnety tedy za horkých teplot ztrácejí sílu magnetického pole rychleji než jiné materiály.
Krok 3. Spočítejte počet závitů v cívce elektromagnetu
Čím více závitů na délku jádra, tím větší je síla magnetického pole. Komerční elektromagnety mají nastavitelné jádro z jednoho z výše popsaných magnetických materiálů a kolem něj velkou cívku. Jednoduchý elektromagnet však lze vyrobit navinutím drátu kolem hřebu a připevněním konců k 1,5voltové baterii.
Krok 4. Zkontrolujte množství proudu protékajícího elektromagnetickou cívkou
Doporučujeme použít multimetr. Čím větší je proud, tím silnější je magnetické pole.
Ampér na metr (A/m) je další jednotka používaná k měření síly magnetického pole. Tato jednotka ukazuje, že pokud se zvýší proud, počet cívek nebo obojí, zvýší se také síla magnetického pole
Metoda 2 ze 3: Testování dosahu magnetického pole pomocí kancelářské sponky
Krok 1. Vytvořte držák pro tyčový magnet
Jednoduchý magnetický držák si můžete vyrobit pomocí kolíčků na prádlo a polystyrenového kelímku. Tato metoda je nejvhodnější pro výuku magnetických polí pro žáky základních škol.
- Na spodní část šálku přilepte jeden dlouhý konec šňůry na prádlo.
- Otočte šálek s kleštěmi na prádlo a položte jej na stůl.
- Upněte magnety na kleště na šňůry na prádlo.
Krok 2. Zahněte sponku do háčku
Nejjednodušší způsob, jak to udělat, je zatáhnout za vnější okraj kancelářské sponky. Na tento háček se vejde spousta kancelářských sponek.
Krok 3. Pokračujte v přidávání kancelářských sponek, abyste změřili sílu magnetu
Na jeden z pólů magnetu připevněte ohnutou kancelářskou sponku. hákový díl by měl volně viset. Zavěste sponku na háček. Pokračujte, dokud hmotnost kancelářské sponky neklesne na háček.
Krok 4. Zaznamenejte počet kancelářských sponek, které způsobily spadnutí háčku
Když háček spadne pod váhu, kterou nese, všimněte si počtu sponek, které na háku visí.
Krok 5. Přilepte maskovací pásku k tyčovému magnetu
Na tyčový magnet připevněte 3 malé proužky maskovací pásky a zavěste háčky zpět.
Krok 6. Přidejte háček na papír, dokud nespadne z magnetu
Opakujte předchozí metodu kancelářské sponky z počátečního háčku na kancelářské sponky, dokud nakonec nespadne z magnetu.
Krok 7. Zapište si, kolik klipů je zapotřebí k upuštění háčku
Nezapomeňte zaznamenat počet použitých proužků krycí pásky a kancelářských sponek.
Krok 8. Předchozí krok několikrát zopakujte s další maskovací páskou
Pokaždé zaznamenejte počet kancelářských sponek potřebných k pádu z magnetu. Měli byste si všimnout, že pokaždé, když je páska přidána, je potřeba k upnutí háčku méně klipu.
Metoda 3 ze 3: Testování magnetického pole pomocí Gaussmetru
Krok 1. Vypočítejte základní nebo počáteční napětí/napětí
Můžete použít gaussmetr, známý také jako magnetometr nebo detektor elektromagnetického pole (EMF), což je přenosné zařízení, které měří sílu a směr magnetického pole. Tato zařízení se obvykle snadno kupují a používají. Metoda gaussmetru je vhodná pro výuku magnetických polí pro studenty středních a vysokých škol. Zde je návod, jak jej použít:
- Nastavte maximální napětí 10 voltů DC (stejnosměrný proud).
- Odečtěte zobrazení napětí s měřičem mimo magnet. Toto je základní nebo počáteční napětí reprezentované jako V0.
Krok 2. Dotkněte se senzoru měřiče jedním z magnetických pólů
V některých gaussmetrech je tento senzor, nazývaný Hallův senzor, vyroben tak, aby integroval čip elektrického obvodu, takže se můžete senzoru dotknout magnetické lišty.
Krok 3. Zaznamenejte nové napětí
Napětí reprezentované V1 se zvýší nebo sníží v závislosti na magnetické liště, která se dotýká Hallova senzoru. Pokud napětí stoupne, senzor se dotkne magnetického pólu jižního nálezce. Pokud napětí klesne, znamená to, že se senzor dotýká magnetického pólu severního hledáčku.
Krok 4. Najděte rozdíl mezi počátečním a novým napětím
Pokud je senzor kalibrován v milivoltech, vydělením 1 000 převeďte milivolty na volty.
Krok 5. Vydělte výsledek hodnotou citlivosti snímače
Pokud má senzor například citlivost 5 milivoltů na gauss, vydělte 10. Získaná hodnota je síla magnetického pole v gaussech.
Krok 6. Opakujte test síly magnetického pole na různých vzdálenostech
Umístěte senzory v různých vzdálenostech od magnetických pólů a zaznamenejte výsledky.
