Magneter finnes ofte i motorer, dynamoer, kjøleskap, debet- og kredittkort, samt elektronisk utstyr som elektriske gitarhentere, stereohøyttalere og datamaskinharddisker. Magneter kan være permanente, naturlig dannede eller elektromagnetiske. En elektromagnet skaper et magnetfelt når en elektrisk strøm passerer gjennom en trådspole som vikler rundt en jernkjerne. Det er flere faktorer som påvirker styrken til et magnetfelt og forskjellige måter å bestemme styrken på feltet på, og begge diskuteres i denne artikkelen.
Steg
Metode 1 av 3: Bestemmelse av faktorer som påvirker magnetfeltstyrken
Trinn 1. Vurder egenskapene til magneten
Egenskapene til magneter er beskrevet ved hjelp av følgende egenskaper:
- Styrken til det tvangsmagnetiske feltet, forkortet Hc. Dette symbolet gjenspeiler punktet for demagnetisering (tap av magnetfelt) av et annet magnetfelt. Jo høyere tall, desto vanskeligere er magneten å fjerne.
- Residual magnetisk fluks tetthet, forkortet som Br. Dette er den maksimale magnetiske fluksen en magnet er i stand til å produsere.
- Tilsvarende magnetisk fluks tetthet er den totale energitettheten, forkortet som Bmax. Jo høyere tallet er, desto sterkere er magneten.
- Temperaturkoeffisienten for gjenværende magnetisk fluksdensitet, forkortet som Tcoef Br og uttrykt som en prosentandel av grader Celsius, forklarer hvordan magnetfluksen synker når magnettemperaturen øker. En Tcoef Br på 0,1 betyr at hvis temperaturen på magneten øker med 100 grader Celsius, reduseres magnetfluksen med 10 prosent.
- Maksimal driftstemperatur (forkortet Tmax) er den høyeste temperaturen en magnet kan operere uten å miste feltstyrken. Når temperaturen på magneten synker under Tmax, gjenoppretter magneten sin fulle magnetfeltstyrke. Hvis den oppvarmes utover Tmax, vil magneten miste noe av feltet permanent når den er avkjølt til normal driftstemperatur. Imidlertid, hvis den oppvarmes til Curie -temperatur (forkortet som Tcurie), vil magneten miste sin magnetiske kraft.
Trinn 2. Identifiser materialene for fremstilling av permanente magneter
Permanente magneter er vanligvis laget av ett av følgende materialer:
- Neodym jernbor. Dette materialet har en magnetisk fluks tetthet (12 800 gauss), en tvangsmessig magnetisk feltstyrke (12 300 oersted) og en generell energitetthet (40). Dette materialet har den laveste maksimale driftstemperaturen på henholdsvis 150 grader Celsius og 310 grader Celsius, og en temperaturkoeffisient på -0,12.
- Samarium kobolt har den nest høyeste tvangsfeltstyrken, ved 9.200 oersted, men en magnetisk fluks tetthet på 10 500 gauss og en samlet energitetthet på 26. Dens maksimale driftstemperatur er mye høyere enn neodymium jernbor ved 300 grader Celsius på grunn av sin Curietemperatur på 750 grader Celsius. Temperaturkoeffisienten er 0,04.
- Alnico er en aluminium-nikkel-koboltlegering. Dette materialet har en magnetisk fluks tetthet nær neodymium jernbor (12 500 gauss), men en tvangsmessig magnetisk feltstyrke på 640 oersted og en samlet energitetthet på bare 5,5. Dette materialet har en høyere maksimal driftstemperatur enn samarium kobolt, ved 540 grader Celsius., Samt en høyere Curie -temperatur på 860 grader Celsius, og en temperaturkoeffisient på 0,02.
- Keramikk- og ferritmagneter har mye lavere fluktettheter og generell energitetthet enn andre materialer, ved 3.900 gauss og 3.5. Imidlertid er deres magnetiske flukstettheter bedre enn alnico, som er 3.200 oersted. Dette materialet har samme maksimale driftstemperatur som samariumkobolt, men en mye lavere Curie -temperatur på 460 grader Celsius, og en temperaturkoeffisient på -0. Dermed mister magneter magnetfeltstyrken raskere i varme temperaturer enn andre materialer.
Trinn 3. Tell antall omdreininger i spolen til elektromagneten
Jo flere svinger per kjernelengde, desto større er magnetfeltets styrke. Kommersielle elektromagneter har en justerbar kjerne av et av de magnetiske materialene beskrevet ovenfor og en stor spole rundt den. Imidlertid kan en enkel elektromagnet lages ved å sno en ledning rundt en spiker og feste endene til et 1,5 volt batteri.
Trinn 4. Kontroller mengden strøm som strømmer gjennom den elektromagnetiske spolen
Vi anbefaler at du bruker et multimeter. Jo større strøm, jo sterkere produseres magnetfeltet.
Amper per meter (A/m) er en annen enhet som brukes til å måle styrken til et magnetfelt. Denne enheten indikerer at hvis strømmen, antall spoler eller begge øker, øker styrken til magnetfeltet også
Metode 2 av 3: Testing av rekkevidden til magnetfeltet med et binders
Trinn 1. Lag en holder til stangmagneten
Du kan lage en enkel magnetisk holder ved hjelp av klesklyper og en frigolitskopp. Denne metoden er mest egnet for undervisning av magnetfelt til grunnskoleelever.
- Lim den ene enden av en klessnor til bunnen av koppen.
- Vend koppen med klessnorstangen på den og legg den på bordet.
- Fest magnetene til klessnorstangen.
Trinn 2. Bøy binderset inn i en krok
Den enkleste måten å gjøre dette på er å trekke i ytterkanten av binderset. Denne kroken vil henge mange binders.
Trinn 3. Fortsett å legge til binders for å måle styrken på magneten
Fest en bøyd binders til en av polene på magneten. krokdelen skal henge fritt. Heng binderset på kroken. Fortsett til vekten på binderset faller kroken.
Trinn 4. Registrer antall binders som forårsaket at kroken falt av
Når kroken faller under vekten den bærer, legg merke til antall binders som henger på kroken.
Trinn 5. Fest maskeringstapen til stangmagneten
Fest 3 små strimler med maskeringstape til stangmagneten og heng krokene tilbake.
Trinn 6. Legg til en binders på kroken til den faller av magneten
Gjenta den forrige bindersmetoden fra den første bindersken, til den til slutt faller av magneten.
Trinn 7. Skriv ned hvor mange klipp det tar å slippe kroken
Sørg for å registrere antall strimler med maskeringstape og binders som er brukt.
Trinn 8. Gjenta forrige trinn flere ganger med mer maskeringstape
Hver gang registrerer du antall binders som trengs for å falle av magneten. Du bør legge merke til at hver gang tapen legges til, er det mindre klipp nødvendig for å slippe kroken.
Metode 3 av 3: Testing av et magnetfelt med et Gaussmeter
Trinn 1. Beregn basen eller startspenningen/spenningen
Du kan bruke et gaussmeter, også kjent som et magnetometer eller en elektromagnetisk felt (EMF) detektor, som er en bærbar enhet som måler styrken og retningen til et magnetfelt. Disse enhetene er vanligvis enkle å kjøpe og bruke. Gaussmeter -metoden er egnet for undervisning i magnetfelt til ungdomsskoleelever. Slik bruker du det:
- Still inn maksimal spenning på 10 volt DC (likestrøm).
- Les spenningsdisplayet med måleren borte fra magneten. Dette er basis- eller startspenningen, representert som V0.
Trinn 2. Berør målesensoren til en av de magnetiske polene
I noen måler er denne sensoren, kalt en Hall -sensor, laget for å integrere en elektrisk kretsbrikke, slik at du kan berøre en magnetisk stang til sensoren.
Trinn 3. Registrer den nye spenningen
Spenningen representert ved V1 vil øke eller redusere, avhengig av magnetstangen som berører Hall -sensoren. Hvis spenningen stiger, berører sensoren den sørfinner magnetiske polen. Hvis spenningen synker, betyr det at sensoren berører den nordlige finnermagnetpolen.
Trinn 4. Finn forskjellen mellom den opprinnelige og nye spenningen
Hvis sensoren er kalibrert i millivolt, deler du med 1000 for å konvertere millivolt til volt.
Trinn 5. Del resultatet med sensorfølsomhetsverdien
For eksempel, hvis sensoren har en følsomhet på 5 millivolt per gauss, divider med 10. Verdien som oppnås er styrken til magnetfeltet i gauss.
Trinn 6. Gjenta magnetfeltstyrketesten på forskjellige avstander
Plasser sensorene på forskjellige forskjellige avstander fra magnetpolene og registrer resultatene.
