Ako určiť silu magnetov?
Na určenie sily magnetov prilepte dlhý koniec špendlíka k spodnej časti šálky. Položte šálku na stôl hore nohami a vložte magnet do špendlíka. Ďalej ohnite kancelársku sponku do háčika vytiahnutím vonkajšieho konca sponky. Dotknite sa ohnutej spony magnetu a držte na háčiku zavesené kancelárske sponky, až kým váha nespadne. Všimnite si počtu kancelárskych sponiek, ktoré spôsobili, že háčik neurčil silu magnetu. Ak sa chcete dozvedieť, ako používať pásku na pridanie ďalších premenných do testu kancelárskych sponiek, čítajte ďalej!
Má najvyššiu hustotu magnetického toku (1 20000 gaussov), silu donucovacieho magnetického poľa (1 200000 otvorov) a celkovú hustotu energie (40).
Magnety sa bežne nachádzajú v motoroch, dynamách, chladničkách, kreditných a debetných kartách a v elektronickom zariadení, ako sú snímače elektrickej gitary, stereo reproduktory a pevné disky počítačov. Môžu to byť buď trvalé magnety, vyrobené z prirodzene magnetických foriem železa alebo zliatin, alebo elektromagnety. Elektromagnety vytvárajú magnetické pole, keď elektrický prúd prechádza cievkou z drôtu omotanou okolo železného jadra. Sila magnetických polí ovplyvňuje niekoľko faktorov a niekoľko spôsobov určovania sily týchto polí, oba sú popísané v článku nižšie.
Metóda 1 z 3: určovanie faktorov, ktoré ovplyvňujú silu magnetického poľa
- 1Zvážte vlastnosti magnetu. Magnetické vlastnosti sú popísané pomocou týchto charakteristík:
- Sila koercitívneho magnetického poľa, skrátene Hc. Toto predstavuje bod, v ktorom môže byť magnet demagnetizovaný (odmagnetizovaný) iným magnetickým poľom. Čím vyššie je toto číslo, tým ťažšie je odmagnetizovať magnet.
- Zvyšková hustota magnetického toku, skrátene Br. Toto je maximálny magnetický tok, ktorý môže magnet vytvoriť.
- S hustotou magnetického toku je celková hustota energie, skrátene Bmax. Čím vyššie je toto číslo, tým je magnet silnejší.
- Teplotný koeficient zvyškovej hustoty magnetického toku, skrátene Tcoef of Br a vyjadrený ako percento stupňov Celzia, opisuje, ako magnetický tok klesá so zvyšujúcou sa teplotou magnetu. Tcoef Br 0,1 znamená, že ak teplota magnetu stúpne o 100°C, jeho magnetický tok sa zníži o 10 percent.
- Maximálna prevádzková teplota (skrátene Tmax) je najvyššia teplota, s ktorou môže magnet pracovať, bez straty sily poľa. Akonáhle teplota klesne pod Tmax, magnet obnoví svoju plnú silu poľa. Ak sa magnet zahreje nad Tmax, po ochladení na normálnu prevádzkovú teplotu stratí časť svojej sily poľa natrvalo. Ak sa však magnet zahreje na Curieovu teplotu, skrátene Tcurie, dôjde k jeho demagnetizácii.
- 2Všimnite si materiálu, z ktorého je vyrobený permanentný magnet. Permanentné magnety sú zvyčajne vyrobené z jedného z nasledujúcich materiálov:
- Neodym železo bór. Má najvyššiu hustotu magnetického toku (12800 gaussov), silu donucovacieho magnetického poľa (1 20000 otvorov) a celkovú hustotu energie (40). Má najnižšiu maximálnu prevádzkovú teplotu a Curieovu teplotu 150°C, respektíve 310°C, a teplotný koeficient -0,12.
- Samarium kobalt má ďalšiu najvyššiu donucovaciu silu v poli, 9200 oersted. Má však hustotu magnetického toku 10500 gaussov a celkovú hustotu energie 26. Jeho maximálna prevádzková teplota je oveľa vyššia ako pri neodýmovom železnom bóre pri 300°C, rovnako ako jeho Curieova teplota 750°C. Jeho teplotný koeficient je 0,04.
- Alnico je zliatina hliníka, niklu a kobaltu. Má hustotu magnetického toku blízku hustote bóru neodýmového železa (1 200000 gaussov), ale oveľa nižšiu silu donucovacieho magnetického poľa (640 otvorených) a v dôsledku toho celkovú hustotu energie iba 5,5. Má vyššiu maximálnu prevádzkovú teplotu ako samarium kobalt, pri 540°C, ako aj vyššiu teplotu Curie, 860°C a teplotný koeficient 0,02.
- Keramické a feritové magnety majú oveľa nižšiu hustotu toku a celkovú hustotu energie ako ostatné materiály, pri 3900 gaussoch a 3,5. Ich hustota magnetického toku je však oveľa lepšia ako alnico pri 3200 oersted. Ich maximálna prevádzková teplota je rovnaká ako pre samarium kobalt, ale ich Curieova teplota je oveľa nižšia, pri 460°C a ich teplotný koeficient je -0,2. Preto v teple strácajú silu poľa rýchlejšie ako ktorýkoľvek iný materiál.
- 3Spočítajte počet závitov v cievke elektromagnetu. Čím viac závitov je na dĺžku jadra, tým väčšia je sila magnetického poľa. Komerčné elektromagnety majú značné jadrá z jedného z vyššie popísaných magnetických materiálov a veľké cievky okolo nich. Jednoduchý elektromagnet však možno vyrobiť tak, že cievku drôtu omotáte okolo klinca a jeho konce pripevníte k 1,5-voltovej batérii.
- 4Skontrolujte množstvo prúdu pretekajúceho elektromagnetickou cievkou. Na to použite multimetr. Čím silnejší je prúd, tým silnejšie je generované magnetické pole.
- Ampérový obrat na meter je ďalšou metrickou jednotkou na meranie sily magnetického poľa. To predstavuje, ako sa zvýši sila, počet cievok alebo oboje, sila magnetického poľa.
Na určenie sily magnetov prilepte dlhý koniec špendlíka k spodnej časti šálky.
Metóda 2 z 3: testovanie dosahu magnetického poľa pomocou kancelárskych sponiek
- 1Vyrobte si držiak na tyčový magnet. Jednoduchý držiak magnetu si môžete vyrobiť pomocou štipca na bielizeň a pohára z papiera alebo polystyrénu. Táto metóda by bola vhodná na výučbu magnetických polí pre žiakov základných škôl.
- Prilepte jeden z dlhých koncov štipca na bielizeň k spodnej časti šálky.
- Položte pohár s pripevneným kolíkom na bielizeň na stôl hore nohami.
- Vložte magnet do špendlíka na bielizeň.
- 2Ohnite kancelársku sponku do háčika. Najľahšie to urobíte tak, že vytiahnete vonkajší koniec kancelárskej sponky. Budete musieť byť schopní zavesiť na háčik viac sponiek.
- 3Pridajte ďalšie kancelárske sponky, aby ste zmerali silu magnetu. Dotknite sa ohnutej kancelárskej sponky magnetu na jednom z jeho pólov. Háčik by mal visieť voľne. Zaveste sponky na háčik. Pokračujte v tom, kým hmotnosť klipov nespôsobí pád háku.
- 4Všimnite si počtu kancelárskych sponiek, ktoré spôsobili spadnutie háčika. Keď pridáte dostatočný počet kancelárskych sponiek a háčik spadne z magnetu, starostlivo si zapíšte presný počet kancelárskych sponiek, ktoré to spôsobili.
- 5Na magnetický pól pridajte maskovaciu pásku. Na magnetový pól položte 3 malé prúžky krycej pásky a háčik z neho opäť zaveste.
- 6Pridajte sponky na háčik, kým nespadne z magnetu. Opakujte predchádzajúci spôsob zavesenia kancelárskych spôn z pôvodného háčika na kancelárske sponky, až nakoniec spadne z magnetu.
Všimnite si počtu kancelárskych sponiek, ktoré spôsobili, že háčik neurčil silu magnetu. - 7Napíšte, koľko klipov bolo potrebných, aby tentokrát háčik spadol. Uistite sa, že ste si poznačili počet pásikov maskovacej pásky a počet použitých sponiek.
- 8Predchádzajúce kroky opakujte niekoľkokrát s viacerými prúžkami maskovacej pásky. Zakaždým si všimnite počet sponiek, ktoré boli potrebné na to, aby háčik spadol z magnetu. Mali by ste si všimnúť, že keď ste pridávali pásy, trvalo menej a menej klipov, aby háčik spadol.
Metóda 3 z 3: testovanie sily magnetického poľa pomocou gaussmetra
- 1Vypočítajte základné alebo pôvodné napätie. To sa dá dosiahnuť pomocou gaussmetra, tiež známeho ako magnetometer alebo detektor EMF (detektor elektromagnetického poľa), čo je ručné zariadenie, ktoré meria silu a smer sily magnetického poľa. Sú ľahko dostupné na nákup a ľahko sa používajú. Metóda gaussmetra je vhodná na výučbu študentov stredných a stredných škôl o magnetických poliach. Tu je návod, ako začať používať jeden:
- Nastavte maximálne napätie, ktoré sa má odčítať, pri 10 V DC.
- Prečítajte si zobrazenie napätia, keď je merač vzdialený od magnetu. Toto je základné alebo pôvodné napätie reprezentované ako V0.
- 2Dotknite sa senzora merača jedného z pólov magnetu. Na niektorých gaussmetroch je tento snímač, nazývaný Hallov senzor, vstavaný do čipu s integrovaným obvodom, takže sa pólu magnetu dotknete snímača.
- 3Zaznamenajte nové napätie. Zastúpené V1, napätie bude buď stúpať alebo klesať, v závislosti od toho, ktorý pól magnetu sa dotýka Hallovho senzora. Ak napätie stúpne, senzor sa dotýka južného pólu magnetu. Ak napätie klesne, senzor sa dotýka severného pólu magnetu.
- 4Nájdite rozdiel medzi pôvodným a novým napätím. Ak je snímač kalibrovaný v milivoltoch, vydelením 1000 sa prevádza z milivoltov na volty.
Má hustotu magnetického toku blízku hustote bóru neodýmového železa (1 200000 gaussov), ale oveľa nižšiu silu donucovacieho magnetického poľa (640 otvorených) a v dôsledku toho celkovú hustotu energie iba 5,5. - 5Výsledok vydelte hodnotou citlivosti senzora. Ak má senzor napríklad citlivosť 5 milivoltov na gauss, vydelíte ho 5. Ak má citlivosť 10 milivoltov na gauss, vydelíte ho 10. Hodnota, ktorú získate, je intenzita poľa magnetu v gauss.
- 6Opakujte, aby ste otestovali silu poľa v rôznych vzdialenostiach od magnetu. Umiestnite snímač do série definovaných vzdialeností od pólu magnetu a zaznamenajte výsledky.
- Sila magnetického poľa z jedného z pólov klesá o druhú mocninu vzdialenosti od magnetického pólu. Ak sa teda vzdialenosť zdvojnásobí, sila klesne faktorom 4. Zo stredu magnetu však sila magnetického poľa klesá o kocku vzdialenosti. Ak sa napríklad vzdialenosť zdvojnásobí, sila magnetického poľa klesne faktorom 8.
- Spadnutie alebo zasiahnutie magnetu jeho pólmi buď zarovnanými proti magnetickým pólom Zeme (jeho pól hľadajúci sever smeroval na juh a jeho pól hľadajúci juh smeroval na sever) alebo v pravom uhle k magnetickým pólom Zeme ho môže demagnetizovať. Oceľový klinec je však možné magnetizovať, ak je udretý zarovnaný s magnetickými pólmi Zeme.
- Tyčový magnet
- Špendlík na bielizeň
- Papierový alebo polystyrénový pohár (veľkosť 12 až 16 gramov/0,5 litra)
- Spinky
- Maskovacia páska, nakrájaná na malé prúžky
- Gaussmeter alebo multimetr
Prečítajte si tiež: Ako vyhodnotiť výraz pomocou systému PEMDAS?
Otázky a odpovede
- Ako môžete magnetizovať železo pomocou cievky?Navíjaním okolo žehličky, jej udržiavaním ako jadra a prechodom elektrického prúdu v cievke.
Nezodpovedané otázky
- Ako OTC magnetizér urobí hroty nástrojov magnetickými bez použitia elektrického prúdu?
- Ako zistím, aký magnet mám? (neodým atď.)
Komentáre (6)
- Veľmi poučné a zrozumiteľné. Úplné pokrytie bez toho, aby ste museli preháňať matematiku atď.
- Veľmi to pomohlo!
- Vynikajúce.
- Dobre usporiadané a informatívne. Páčila sa mi myšlienka testovacieho rozsahu magnetu s papierom a sponkami.
- Pomohli vizuálne pomôcky a výstižné vysvetlenie.
- Ľahko a rýchlo pochopiteľné. Pomohli ukážkové vety a nekomplexné obrázky.
