Magneter findes almindeligvis i motorer, dynamoer, køleskabe, debet- og kreditkort samt elektronisk udstyr såsom elektrisk guitar pickupper, stereohøjttalere og computerharddiske. Magneter kan være permanente, naturligt dannede eller elektromagnetiske. En elektromagnet skaber et magnetfelt, når en elektrisk strøm passerer gennem en trådspole, der ombrydes omkring en jernkerne. Der er flere faktorer, der påvirker styrken af et magnetfelt og forskellige måder at bestemme feltets styrke på, og begge diskuteres i denne artikel.
Trin
Metode 1 af 3: Bestemmelse af faktorer, der påvirker magnetfeltstyrke
Trin 1. Overvej magnetens egenskaber
Magneternes egenskaber beskrives ved hjælp af følgende egenskaber:
- Styrken af det tvangsmagnetiske felt, forkortet Hc. Dette symbol afspejler punktet for demagnetisering (tab af magnetfelt) af et andet magnetfelt. Jo højere tallet er, desto sværere er magneten at fjerne.
- Resterende magnetisk fluxdensitet, forkortet som Br. Dette er den maksimale magnetiske flux, en magnet er i stand til at producere.
- Tilsvarende den magnetiske fluxdensitet er den samlede energitæthed, forkortet som Bmax. Jo højere tallet er, desto stærkere er magneten.
- Temperaturkoefficienten for den resterende magnetiske fluxdensitet, forkortet som Tcoef Br og udtrykt som en procentdel af grader Celsius, forklarer, hvordan den magnetiske flux falder, når den magnetiske temperatur stiger. En Tcoef Br på 0,1 betyder, at hvis temperaturen på magneten stiger med 100 grader Celsius, falder den magnetiske flux med 10 procent.
- Den maksimale driftstemperatur (forkortet Tmax) er den højeste temperatur, en magnet kan operere uden at miste sin feltstyrke. Når magnetens temperatur falder til under Tmax, genopretter magneten sin fulde magnetiske feltstyrke. Hvis den opvarmes ud over Tmax, vil magneten miste noget af sit felt permanent, når den er afkølet til normal driftstemperatur. Men hvis den opvarmes til Curie -temperatur (forkortet som Tcurie), vil magneten miste sin magnetiske effekt.
Trin 2. Identificer materialer til fremstilling af permanente magneter
Permanente magneter er normalt lavet af et af følgende materialer:
- Neodym jernbor. Dette materiale har en magnetisk fluxdensitet (12.800 gauss), en tvangsmæssig magnetisk feltstyrke (12.300 oersted) og en samlet energitæthed (40). Dette materiale har den laveste maksimale driftstemperatur på henholdsvis 150 grader Celsius og 310 grader Celsius og en temperaturkoefficient på -0,12.
- Samarium kobolt har den næsthøjeste tvangsfeltstyrke ved 9.200 oersted, men en magnetisk fluxdensitet på 10.500 gauss og en samlet energitæthed på 26. Dens maksimale driftstemperatur er meget højere end for neodymiumjernbor ved 300 grader Celsius på grund af dets Curietemperatur på 750 grader Celsius. Dens temperaturkoefficient er 0,04.
- Alnico er en aluminium-nikkel-koboltlegering. Dette materiale har en magnetisk fluxdensitet tæt på neodymium jernbor (12.500 gauss), men en magnetisk feltstyrke på 640 oersted og en samlet energitæthed på kun 5,5. Dette materiale har en højere maksimal driftstemperatur end samariumkobolt, ved 540 grader Celsius., Samt en højere Curie -temperatur på 860 grader Celsius og en temperaturkoefficient på 0,02.
- Keramik- og ferritmagneter har meget lavere strømningstætheder og generelle energitætheder end andre materialer ved 3.900 gauss og 3.5. Dog er deres magnetiske fluxdensiteter bedre end alnico, som er 3.200 oersted. Dette materiale har den samme maksimale driftstemperatur som samariumkobolt, men en meget lavere Curie -temperatur på 460 grader Celsius og en temperaturkoefficient på -0. 2. Således mister magneter hurtigere deres magnetfeltstyrke i varme temperaturer end andre materialer.
Trin 3. Tæl antallet af omdrejninger i elektromagnetens spole
Jo flere omdrejninger pr. Kernelængde, desto større er magnetfeltets styrke. Kommercielle elektromagneter har en justerbar kerne af et af de magnetiske materialer beskrevet ovenfor og en stor spole omkring den. En simpel elektromagnet kan dog laves ved at sno en ledning rundt om et søm og fastgøre enderne til et 1,5 volt batteri.
Trin 4. Kontroller mængden af strøm, der strømmer gennem den elektromagnetiske spole
Vi anbefaler, at du bruger et multimeter. Jo større strøm, desto stærkere produceres magnetfeltet.
Ampere pr. Meter (A/m) er en anden enhed, der bruges til at måle styrken af et magnetfelt. Denne enhed angiver, at hvis strømmen, antallet af spoler eller begge øges, øges magnetfeltets styrke også
Metode 2 af 3: Testning af magnetfeltets rækkevidde med en papirclips
Trin 1. Lav en holder til stangmagneten
Du kan lave en simpel magnetisk holder ved hjælp af tøjnåle og en styrofoam -kop. Denne metode er mest velegnet til at undervise folkeskoleelever i magnetfelter.
- Lim den ene ende af en tørresnor til bunden af koppen.
- Vend koppen med tøjstangstangen på og læg den på bordet.
- Spænd magneterne til tøjstangstangen.
Trin 2. Bøj papirclipsen i en krog
Den nemmeste måde at gøre dette på er at trække i ydersiden af binderen. Denne krog vil hænge mange papirclips.
Trin 3. Fortsæt med at tilføje papirclips for at måle magnetens styrke
Fastgør en bøjet papirclips til en af magnetens poler. krogdelen skal hænge frit. Hæng papirclipsen på krogen. Fortsæt, indtil vægten af papirclipsen taber krogen.
Trin 4. Noter antallet af papirclips, der fik krogen til at falde af
Når krogen falder under den vægt, den bærer, skal du notere antallet af papirclips, der hænger på krogen.
Trin 5. Sæt maskeringstapen fast på stangmagneten
Fastgør 3 små strimler af tape til stangmagneten, og hæng krogene tilbage.
Trin 6. Tilføj en papirclips på krogen, indtil den falder af magneten
Gentag den tidligere papirclips -metode fra den første papirclips -krog, indtil den endelig falder af magneten.
Trin 7. Skriv ned, hvor mange klip der skal til for at tabe krogen
Sørg for at registrere antallet af strimler af malertape og papirclips, der bruges.
Trin 8. Gentag det foregående trin flere gange med mere malertape
Hver gang registreres det antal papirclips, der er nødvendige for at falde af magneten. Du skal bemærke, at hver gang tapen tilføjes, er der brug for mindre klip for at tabe krogen.
Metode 3 af 3: Test af et magnetfelt med et Gaussmeter
Trin 1. Beregn basen eller startspændingen/spændingen
Du kan bruge et gaussmeter, også kendt som et magnetometer eller en elektromagnetisk felt (EMF) detektor, som er en bærbar enhed, der måler et magnetfelts styrke og retning. Disse enheder er normalt lette at købe og bruge. Gaussmeter -metoden er velegnet til undervisning af magnetfelter til mellem- og gymnasieelever. Sådan bruges det:
- Indstil den maksimale spænding på 10 volt DC (jævnstrøm).
- Læs spændingsdisplayet med måleren væk fra magneten. Dette er basis- eller startspændingen, repræsenteret som V0.
Trin 2. Rør målesensoren til en af de magnetiske poler
I nogle gaussmetere er denne sensor, kaldet en Hall -sensor, lavet til at integrere en elektrisk kredsløbschip, så du kan røre en magnetisk stang til sensoren.
Trin 3. Registrer den nye spænding
Spændingen repræsenteret af V1 vil stige eller falde, afhængigt af den magnetiske bar, der berører Hall -sensoren. Hvis spændingen stiger, rører sensoren den sydlige finder magnetiske pol. Hvis spændingen falder, betyder det, at sensoren rører ved den nordlige finder magnetiske pol.
Trin 4. Find forskellen mellem den indledende og nye spænding
Hvis sensoren er kalibreret i millivolt, divideres den med 1.000 for at konvertere millivolt til volt.
Trin 5. Divider resultatet med sensorfølsomhedsværdien
For eksempel, hvis sensoren har en følsomhed på 5 millivolt pr. Gauss, divideres med 10. Den opnåede værdi er styrken af magnetfeltet i gauss.
Trin 6. Gentag magnetfeltstyrketesten på forskellige afstande
Placer sensorerne i forskellige afstande fra de magnetiske poler og registrer resultaterne.
