Sådan bestemmes magnetenes styrke

Magneter kan sædvanligvis findes i motorer, dynamoer, køleskabe, kredit- og betalingskort samt i elektronisk udstyr såsom pickup af guitarer, højttalere og computerharddiske. De kan være permanente magneter, fremstillet af naturligt forekommende jernformer eller legeringer eller elektromagneter. Sidstnævnte er i stand til at skabe et magnetfelt, når en elektrisk strøm ledes gennem en spole af tråd, der omslutter en jernkerne. Der er flere faktorer, der påvirker intensiteten af magnetfelter og forskellige måder at bestemme styrken af disse felter på, som vil blive beskrevet i artiklen nedenfor.

indhold

Trin

Metode 1faktorer der påvirker magnetfeltintensiteten

Video: 189th knowledge seekers workshop sept 14th, 2017

Metode 2test magneten af magnetfeltet med klip

Video: 167th knowledge seekers workshop april 13, 2017

Metode 3testning af feltstyrken med et magnetometer

Tips
Advarsler
Nødvendige materialer

trin

Metode 1
Faktorer der påvirker magnetfeltintensiteten

Overvej magnetens egenskaber. De magnetiske egenskaber beskrives gennem disse egenskaber:

Coercitivity, forkortet som H_c. Det repræsenterer det punkt, hvor magneten kan demagnetiseres af et andet magnetfelt. Jo højere dette tal er, jo vanskeligere bliver det at afmagnetisere den pågældende magnet.
Densitet af den resterende magnetiske flux, forkortet som B_r. Det er den maksimale magnetiske flux, som magneten kan producere.
Generel energitæthed relateret til magnetisk fluxdensitet, forkortet som B_max. Jo højere tallet er, jo stærkere magneten.
Temperaturkoefficienten for den resterende magnetiske fluxdensitet, forkortet som T_coef gør B_r og udtrykt som en procentdel af grader Celsius, beskriver, hvordan den magnetiske flux falder, da magnet temperaturen stiger. A t_coef gør B_r svarende til 0,1 angiver, at hvis magnet temperaturen stiger med 100 grader Celsius, sænker dens magnetiske flux med 10 procent.
Den højeste driftstemperatur (forkortet T_max) repræsenterer den højeste temperatur, ved hvilken magneten kan betjenes uden at miste nogen af dens feltstyrke. Når det falder under T_max, magneten genvinder sin normale feltstyrke. Men hvis det opvarmes til temperaturer højere end T_max, vil miste en del af dens feltstyrke permanent, selvom den vender tilbage til normal temperatur. Det er værd at huske, at hvis magneten opvarmes til sin Curie temperatur, forkortet som T_curie, permanent demagnetiseret.

Billedets titel Bestem magnetens styrke Trin 2

Bemærk det materiale, hvorfra permanentmagneten er lavet. Magneter er normalt lavet af et af følgende materialer:

Neodym-jern-bor. Denne legering har den højeste magnetiske fluxdensitet (12.800 gauss), den højeste koercivitet (12.300 oersted) og den højeste samlede energitæthed (40). Den har den laveste maksimale driftstemperatur og den laveste Curie-temperatur, henholdsvis 150 ° C og 310 ° C, med en temperaturkoefficient på 0,04.
Sammensættelsen af kobolt er den næste i tvangsværdi med 9.200 oersted. Men det har en magnetisk fluxtæthed på 10.500 gauss og en samlet energitæthed Masima 26. Dens driftstemperaturen er meget højere end neodímioio-jern-bor, 300 ° C, og dets Curie-temperatur, 750 ° C Dens temperaturkoefficient er 0,04.
Alnico legeringer er baseret på aluminium, nikkel og kobolt. De har en magnetisk fluxdensitet tæt på neodymium-jernboringen (12.500 gauss), men en meget lavere koercivitet (640 oersted) og dermed en samlet energitæthed på kun 5,5. Den maksimale driftstemperatur er højere end samarium-kobolt ved 540 ° C samt Curie-temperaturen på 860 ° C med en temperaturkoefficient på 0,02.
Keramiske og ferritmagneter har meget lavere fluxdensiteter og generel energi end andre materialer ved henholdsvis 3.900 gauss og 3.5. Den magnetiske fluxdensitet er imidlertid meget højere end Alnico-legeringen ved 3.200 oersted. Den maksimale driftstemperatur vil være den samme for samarium kobolt, men Curie temperaturen er under 460 ° C, og temperaturkoefficienten er -0,2. Derfor, når de udsættes for varme, mister de feltstyrke hurtigere end nogen af de andre materialer.

Billedets titel Bestem magnetens styrke Trin 3

Tæl antallet af drejninger på den elektromagnetiske spole. Jo flere sving der er pr. Kerneafsnit, desto større er magnetfeltets styrke. Kommercielle elektromagneter har kerner af stor størrelse baseret på et af de ovenfor beskrevne materialer med en stor spole, der omgiver den. Imidlertid kan en simpel elektromagnet fremstilles ved at indpakke en kobbertråd omkring en negle og fastgøre dens ender til et 1,5 V batteri.

Video: 189th Knowledge Seekers Workshop Sept 14th, 2017

Billedets titel Bestem magnetens styrke Trin 4

Bemærk mængden af strøm, der strømmer gennem den elektromagnetiske spole. For at gøre dette skal du bruge et multimeter. Jo stærkere strømmen er, desto mere intens er det magnetiske felt produceret.

Ampère-spire er en anden metrisk enhed til måling af styrken af magnetfelter. Det repræsenterer, at hvis strømmen, antallet af spoler eller begge værdier stiger, det gør også magnetfeltets styrke.

Metode 2
Test magneten af magnetfeltet med klip

Billedets titel Bestem magnetens styrke Trin 5

Lav en stand til en bar magnet. Du kan gøre noget simpelt med et tøjfang og et ark papir eller en styrofoamkop. Denne metode er velegnet til grundskoleelever, der lærer om magnetfelter.

Tape en af de større ender af fangsten til bunden af koppen.
Placer bægeret med fangen på bordet, på hovedet.
Sæt magneten i tøjspidsen.

Billedets titel Bestem magnetens styrke Trin 6

Fold klipet i en krog. Den nemmeste måde er at trække den yderste del af papirclipset. Du bliver nødt til at hænge nogle andre ved hjælp af denne krog.

Billedets titel Bestem magnetens styrke Trin 7

Sæt flere klip for at måle magnetens styrke. Forlad den ene ende af det foldede klip ved at berøre en af magnetpolerne. Den del med krogen skal være fri. Hæng derefter andre klip på kroge og fortsæt med at gøre det, indtil vægten af klip er nok til at slippe dem.

Billedets titel Bestem magnetens styrke Trin 8

Skriv ned, hvor mange klip der har resulteret i dit fald. Når du har lagt nok klip og de alle falder ud af magneten, skal du nøje notere det nøjagtige tal, der fik dem til at falde.

Billedets titel Bestem magnetens styrke Trin 9

Sæt elektrisk tape på magnetstangen. Sæt tre små bånd af elektrisk tape over magnetstangen og hæng clipsene igen.

Billedets titel Bestem magnetens styrke Trin 10

Sæt klipene fast, indtil de falder ned. Gentag den tidligere metode til hængende klip ved hjælp af kroge, indtil de på et bestemt tidspunkt falder væk fra magneten.

Billedets titel Bestem magnetens styrke Trin 11

Skriv ned, hvor mange klip der var nødvendige for efteråret nu. Du bør notere både antallet af anvendte isoleringsbånd og antallet af klip, der bruges.

Billedets titel Bestem magnetens styrke Trin 12

Video: 167th Knowledge Seekers Workshop April 13, 2017

Gentag de forrige trin flere gange med flere og flere lag af isoleringstape. Skriv hver gang ned mængden af klip, der skal bruges til efteråret. Du vil bemærke, at som lagene af isoleringstape tilsættes, færre og færre klip er nødvendige for at få dem til at falde.

Metode 3
Testning af feltstyrken med et magnetometer

Billedets titel Bestem magnetens styrke Trin 13

Beregn basisværdien eller den originale spænding. Til dette kan du bruge et magnetometer, en bærbar enhed, der er i stand til at måle styrken og retningen af magnetfelter. Disse enheder er let tilgængelige og nemme at bruge. Magnetometermetoden er egnet til undervisning af magnetfelter til elever i grundskoler. Lær hvordan du kommer i gang her:

Indstil maksimal spænding til at læse som 10 V DC.
Læs spændingsværdien ved at holde sonden vendt væk fra magneten. Denne måling repræsenterer basisværdien eller den originale spænding, repræsenteret som V0.

Billedets titel Bestem magnetens styrke Trin 14

Berør instrumentføleren ved en af magnetpolerne. I nogle magnetometre er denne sensor, kaldet Hall-sensoren, allerede integreret i chipet i det integrerede kredsløb, så rør bare magnetpolen med sonden.

Billedets titel Bestem magnetens styrke Trin 15

Skriv ned den nye spænding. Repræsenteret af V1 vil spændingen stige eller falde, afhængigt af magnetpolen i kontakt med Hall-sensoren. Hvis spændingen stiger, indikerer dette, at kontakten er sket med sydpolen. Hvis spændingen går ned, er det på den anden side et tegn på, at kontakten er sket med nordpolen.

Billedets titel Bestem magnetens styrke Trin 16

Find forskellen mellem den oprindelige og den nye spænding. Hvis sensoren er kalibreret i mV, dividerer værdien med 1.000 for at konvertere den til V.

Billedets titel Bestem magnetens styrke Trin 17

Opdel resultatet ved følsomhed af sensoren. For eksempel, hvis det har en følsomhed på 5 mV pr gauss, skal du dividere værdien med 5. Hvis imidlertid denne følsomhed er 10 mV pr gauss, er det nødvendigt at dividere med 10. Den opnåede værdi vil svare til den kraft af magneten i gauss.

Billedets titel Bestem magnetens styrke Trin 18

Gentag denne proces for at teste feltstyrken ved forskellige afstande fra magneten. Placer sensoren på flere bestemte afstande fra magnetpolerne, og optag derefter resultaterne.

tips

Fra hver pol stiger magnetfeltets styrke ret i forhold til dens afstand fra den pågældende pol. Således, hvis afstanden fordobles, falder intensiteten med en faktor på 4. Imidlertid falder magnetfeltstyrken fra midten af magneten til kuben af afstanden. For eksempel, hvis afstanden fordobles, falder magnetfeltstyrken med en faktor på 8.

advarsler

Efterlad en magnet fald eller ramte ham med polerne justeret i den modsatte vej til de magnetiske poler på Jorden (nordpolen af magneten pegede på den sydlige del af Jorden og omvendt), eller vinkelret i forhold til dem kan afmagnetisere det. Stadig kan et stålspik magnetiseres, hvis det modtager et slag, mens det justeres til jordens magnetiske poler.