Magneter finns vanligtvis i motorer, dynamos, kylskåp, betalkort och kreditkort, samt elektronisk utrustning som elektriska gitarrhämtningar, stereohögtalare och datorhårddiskar. Magneter kan vara permanenta, naturligt bildade eller elektromagnetiska. En elektromagnet skapar ett magnetfält när en elektrisk ström passerar genom en trådspole som sveper runt en järnkärna. Det finns flera faktorer som påverkar styrkan hos ett magnetfält och olika sätt att bestämma styrkan på fältet, och båda diskuteras i denna artikel.
Steg
Metod 1 av 3: Bestämning av faktorer som påverkar magnetfältets styrka
Steg 1. Tänk på egenskaperna hos magneten
Magneternas egenskaper beskrivs med hjälp av följande egenskaper:
- Styrkan hos det tvångsmagnetiska fältet, förkortat som Hc. Denna symbol återspeglar punkten för demagnetisering (förlust av magnetfält) av ett annat magnetfält. Ju högre siffra desto svårare är magneten att ta bort.
- Återstående magnetisk flödestäthet, förkortad som Br. Detta är det maximala magnetiska flödet en magnet kan producera.
- Motsvarande magnetisk flödestäthet är den totala energitätheten, förkortad som Bmax. Ju högre siffra desto starkare magnet.
- Temperaturkoefficienten för kvarvarande magnetisk flödestäthet, förkortad som Tcoef Br och uttryckt som en procentsats av grader Celsius, förklarar hur magnetflödet minskar när den magnetiska temperaturen ökar. En Tcoef Br på 0,1 betyder att om magnetens temperatur ökar med 100 grader Celsius minskar magnetflödet med 10 procent.
- Den maximala arbetstemperaturen (förkortad som Tmax) är den högsta temperaturen en magnet kan arbeta utan att förlora sin fältstyrka. När temperaturen på magneten sjunker under Tmax återvinner magneten sin fulla magnetfältstyrka. Om den upphettas bortom Tmax, förlorar magneten en del av sitt fält permanent när den har svalnat till normal driftstemperatur. Men om den upphettas till Curie -temperatur (förkortad som Tcurie) kommer magneten att förlora sin magnetiska kraft.
Steg 2. Identifiera materialen för tillverkning av permanenta magneter
Permanenta magneter är vanligtvis gjorda av något av följande material:
- Neodymium järnbor. Detta material har en magnetisk flödestäthet (12 800 gauss), en tvingande magnetfältstyrka (12 300 oersted) och en total energitäthet (40). Detta material har den lägsta maximala arbetstemperaturen på 150 grader Celsius respektive 310 grader Celsius och en temperaturkoefficient på -0,12.
- Samariumkobolt har den näst högsta tvångsfältstyrkan, vid 9 200 oersted, men en magnetisk flödestäthet på 10 500 gauss och en total energitäthet på 26. Dess maximala arbetstemperatur är mycket högre än för neodymiumjärnbor vid 300 grader Celsius på grund av dess Curie -temperatur på 750 grader Celsius. Dess temperaturkoefficient är 0,04.
- Alnico är en aluminium-nickel-koboltlegering. Detta material har en magnetisk flödestäthet nära neodymiumjärnbor (12 500 gauss), men en tvångsmagnetisk fältstyrka på 640 oersted och en total energitäthet på endast 5,5. Detta material har en högre maximal arbetstemperatur än samariumkobolt, vid 540 grader Celsius., Liksom en högre Curie -temperatur på 860 grader Celsius och en temperaturkoefficient på 0,02.
- Keramik- och ferritmagneter har mycket lägre flödestätheter och totala energitätheter än andra material, vid 3.900 gauss och 3.5 Men deras magnetiska flödestäthet är bättre än alnico, som är 3.200 oersted. Detta material har samma maximala arbetstemperatur som samariumkobolt, men en mycket lägre Curie -temperatur på 460 grader Celsius och en temperaturkoefficient på -0. 2. Således tappar magneterna sin magnetfältstyrka snabbare i varma temperaturer än andra material.
Steg 3. Räkna antalet varv i elektromagnetens spole
Ju fler varv per kärnlängd, desto större är magnetfältets styrka. Kommersiella elektromagneter har en justerbar kärna av ett av de magnetiska materialen som beskrivs ovan och en stor spole runt den. En enkel elektromagnet kan dock göras genom att linda en tråd runt en spik och fästa ändarna på ett 1,5 volts batteri.
Steg 4. Kontrollera mängden ström som flödar genom den elektromagnetiska spolen
Vi rekommenderar att du använder en multimeter. Ju större ström, desto starkare produceras magnetfältet.
Ampere per meter (A/m) är en annan enhet som används för att mäta styrkan hos ett magnetfält. Denna enhet indikerar att om strömmen, antalet spolar eller båda ökas, ökar också magnetfältets styrka
Metod 2 av 3: Testa magnetfältets räckvidd med ett gem
Steg 1. Gör en hållare för stångmagneten
Du kan göra en enkel magnetisk hållare med hjälp av klädnypor och en frigolitmugg. Denna metod är mest lämplig för undervisning av magnetfält till grundskoleelever.
- Limma en lång ände av en klädstreck till botten av koppen.
- Vänd koppen med klädstångstången på den och lägg den på bordet.
- Kläm fast magneterna på klädstångstången.
Steg 2. Böj gemet i en krok
Det enklaste sättet att göra detta är att dra den yttre kanten av gemet. Denna krok kommer att hänga många gem.
Steg 3. Fortsätt lägga till gem för att mäta styrkan på magneten
Fäst ett böjt gem för en av magnetens poler. krokdelen ska hänga fritt. Häng gemet på kroken. Fortsätt tills vikten på gemet tappar kroken.
Steg 4. Anteckna antalet gem som fick kroken att falla av
När kroken faller under vikten den bär, notera antalet gem som hänger på kroken.
Steg 5. Fäst maskeringstejpen på stångmagneten
Fäst 3 små remsor av maskeringstejp på stångmagneten och häng fast krokarna.
Steg 6. Lägg till ett gem på kroken tills det faller av magneten
Upprepa föregående bindersmetod från den första bindershaken tills den slutligen faller av magneten.
Steg 7. Skriv ner hur många klipp som krävs för att tappa kroken
Se till att du registrerar antalet band med maskeringstejp och gem som används.
Steg 8. Upprepa föregående steg flera gånger med mer maskeringstejp
Varje gång, registrera antalet gem som behövs för att falla av magneten. Du bör märka att varje gång bandet läggs till behövs mindre klipp för att tappa kroken.
Metod 3 av 3: Testning av ett magnetfält med en Gaussmeter
Steg 1. Beräkna bas- eller initialspänningen/spänningen
Du kan använda en gaussmeter, även känd som en magnetometer eller en elektromagnetisk fältdetektor (EMF), som är en bärbar enhet som mäter styrkan och riktningen för ett magnetfält. Dessa enheter är vanligtvis enkla att köpa och använda. Gaussmeter -metoden är lämplig för undervisning av magnetfält till elever i gymnasiet och gymnasiet. Så här använder du det:
- Ställ in maximal spänning på 10 volt DC (likström).
- Läs av spänningsdisplayen med mätaren borta från magneten. Detta är bas- eller startspänningen, representerad som V0.
Steg 2. Rör mätsensorn mot en av magnetpolerna
I vissa gaussmetrar är denna sensor, kallad en Hall -sensor, gjord för att integrera ett kretschip så att du kan röra en magnetstång till sensorn.
Steg 3. Spela in den nya spänningen
Spänningen som representeras av V1 kommer att öka eller minska, beroende på magnetstången som rör Hall -sensorn. Om spänningen stiger berör sensorn den magnetiska polen i söderläge. Om spänningen sjunker betyder det att sensorn vidrör den magnetiska polen i nordfinder.
Steg 4. Hitta skillnaden mellan den initiala och nya spänningen
Om sensorn är kalibrerad i millivolt, dividera med 1000 för att omvandla millivolt till volt.
Steg 5. Dela resultatet med sensorkänslighetsvärdet
Till exempel, om sensorn har en känslighet på 5 millivolt per gauss, dividera med 10. Det erhållna värdet är styrkan hos magnetfältet i gauss.
Steg 6. Upprepa magnetfältstyrkestestet på olika avstånd
Placera sensorerna på olika avstånd från magnetpolerna och registrera resultaten.
