Πώς να μετρήσετε τη δύναμη των μαγνητών

Περιεχόμενο

• Μαγνητική Συμπεριφορά
• Μέτρηση μαγνητικής αντοχής
• Αντοχή των μαγνητών νεοδυμίου
• Απομαγνητισμός, καμπύλη BH ή υστέρησης
• Επιλέγοντας μαγνήτες με δύναμη
• Μαγνητικό πεδίο και μαγνητική ροή
• Υπολογισμός μαγνητικής ροής

Οι μαγνήτες έρχονται σε πολλά πλεονεκτήματα και μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ένα gauss meter για να προσδιορίσετε τη δύναμη ενός μαγνήτη. Μπορείτε να μετρήσετε το μαγνητικό πεδίο σε teslas ή τη μαγνητική ροή σε διαστρωτήρες ή Teslas • m² ("tesla square meters"). ο μαγνητικό πεδίο είναι η τάση για επαγωγή μαγνητικής δύναμης σε κινούμενα φορτισμένα σωματίδια παρουσία αυτών των μαγνητικών πεδίων.

Μαγνητική ροή είναι μια μέτρηση του πόσο ένα μαγνητικό πεδίο περνά μέσα από μια συγκεκριμένη επιφάνεια για μια επιφάνεια όπως ένα κυλινδρικό κέλυφος ή ένα ορθογώνιο φύλλο. Επειδή αυτές οι δύο ποσότητες, το πεδίο και η ροή, είναι στενά συνδεδεμένες, και οι δύο χρησιμοποιούνται ως υποψήφιοι για τον προσδιορισμό της αντοχής ενός μαγνήτη. Για να προσδιορίσετε τη δύναμη:

••• Syed Hussain Ather

Η ισχύς των μαγνητών σε διαφορετικά μειονεκτήματα και καταστάσεις μπορεί να μετρηθεί με την ποσότητα της μαγνητικής δύναμης ή του μαγνητικού πεδίου που δίνουν μακριά. Οι επιστήμονες και οι μηχανικοί λαμβάνουν υπόψη το μαγνητικό πεδίο, τη μαγνητική δύναμη, τη ροή, τη μαγνητική ροπή και τη μαγνητική φύση των μαγνητών που χρησιμοποιούν στην πειραματική έρευνα, την ιατρική και τη βιομηχανία, όταν καθορίζουν πόσο ισχυροί μαγνήτες είναι.

Μπορείτε να σκεφτείτε το gauss meter ως μαγνητικό μετρητή έντασης. Αυτή η μέθοδος μέτρησης μαγνητικής αντοχής μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό της μαγνητικής αντοχής των αερομεταφορών που πρέπει να είναι αυστηρή όσον αφορά τη μεταφορά μαγνητών νεοδυμίου. Αυτό είναι αληθές, επειδή η ισχύς του μαγνησίου νεοδυμίου tesla και το μαγνητικό πεδίο που παράγει μπορούν να επηρεάσουν το GPS του αεροσκάφους. Η μαγνητική δύναμη νεοδυμίου tesla, όπως αυτή των άλλων μαγνητών, θα πρέπει να μειωθεί από το τετράγωνο της απόστασης μακριά από αυτό.

Μαγνητική Συμπεριφορά

Η συμπεριφορά των μαγνητών εξαρτάται από το χημικό και ατομικό υλικό που τα δημιουργεί. Αυτές οι συνθέσεις αφήνουν τους επιστήμονες και τους μηχανικούς να μελετήσουν πόσο καλά τα υλικά αφήνουν τα ηλεκτρόνια ή τα φορτία να ρέουν μέσα από αυτά για να επιτρέψουν τη μαγνήτιση. Αυτές οι μαγνητικές στιγμές, η μαγνητική ιδιότητα που δίνει στο πεδίο μια ορμή ή περιστροφική δύναμη παρουσία ενός μαγνητικού πεδίου, εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από το υλικό που κάνει τους μαγνήτες να καθορίζουν εάν είναι διαμαγνητικοί, παραμαγνητικοί ή σιδηρομαγνητικοί.

Εάν οι μαγνήτες είναι κατασκευασμένοι από υλικά που δεν έχουν ή έχουν λίγα ηλεκτρόνια που δεν έχουν συζευχθεί, theyre διαμαγνητική. Αυτά τα υλικά είναι πολύ αδύναμα και, με την παρουσία ενός μαγνητικού πεδίου, παράγουν αρνητικές μαγνήτισεις. Είναι δύσκολο να προκαλέσει μαγνητικές στιγμές σε αυτά.

Παραμαγνητικός τα υλικά έχουν μη ζευγαρωμένα ηλεκτρόνια έτσι ώστε, παρουσία ενός μαγνητικού πεδίου, τα υλικά να παρουσιάζουν μερικές ευθυγραμμίσεις που δίνουν ένα θετικό μαγνητισμό.

Τελικά, σιδηρομαγνητική υλικά όπως ο σίδηρος, το νικέλιο ή ο μαγνητίτης έχουν πολύ ισχυρά αξιοθέατα, έτσι ώστε αυτά τα υλικά να αποτελούν μόνιμους μαγνήτες. Τα άτομα ευθυγραμμίζονται με τέτοιο τρόπο ώστε να ανταλλάσσουν εύκολα τις δυνάμεις τους και να αφήνουν το ρεύμα να ρέει με μεγάλη απόδοση. Αυτοί δημιουργούν ισχυρούς μαγνήτες με δυνάμεις ανταλλαγής που είναι περίπου 1000 Teslas, το οποίο είναι 100 εκατομμύρια φορές ισχυρότερο από το μαγνητικό πεδίο της Γης.

Μέτρηση μαγνητικής αντοχής

Οι επιστήμονες και οι μηχανικοί αναφέρουν γενικά είτε το τραβήξτε τη δύναμη ή τη δύναμη του μαγνητικού πεδίου κατά τον προσδιορισμό της αντοχής των μαγνητών. Η δύναμη έλξης είναι πόση δύναμη πρέπει να ασκήσετε όταν τραβάτε ένα μαγνήτη μακριά από ένα χαλύβδινο αντικείμενο ή άλλο μαγνήτη. Οι κατασκευαστές αναφέρονται σε αυτή τη δύναμη χρησιμοποιώντας λίρες, για να αναφερθούν στο βάρος που αυτή η δύναμη είναι, ή Newtons, ως μέτρηση μαγνητικής αντοχής.

Για τους μαγνήτες που ποικίλουν σε μέγεθος ή μαγνητισμό στο υλικό τους, χρησιμοποιήστε την επιφάνεια πόλων μαγνητών για να κάνετε μια μέτρηση μαγνητικής αντοχής. Κάνετε μετρήσεις μαγνητικής αντοχής των υλικών που θέλετε να μετρήσετε παραμένοντας μακριά από άλλα μαγνητικά αντικείμενα. Επίσης, πρέπει να χρησιμοποιείτε μόνο μετρητές γκάσου που μετρούν τα μαγνητικά πεδία σε συχνότητες εναλλασσόμενου ρεύματος (AC) μικρότερες ή ίσες με 60 Hz για οικιακές συσκευές και όχι για μαγνήτες.

Αντοχή των μαγνητών νεοδυμίου

ο αριθμό βαθμού ή Αριθμός Ν χρησιμοποιείται για να περιγράψει τη δύναμη έλξης. Αυτός ο αριθμός είναι περίπου ανάλογος με τη δύναμη έλξης για μαγνήτες νεοδυμίου. Όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός, τόσο ισχυρότερος είναι ο μαγνήτης. Σας ενημερώνει επίσης για την αντοχή των μαγνητών νεοδυμίου tesla. Ένας μαγνήτης N35 είναι 35 Mega Gauss ή 3500 Tesla.

Σε πρακτικές συνθήκες, οι επιστήμονες και οι μηχανικοί μπορούν να δοκιμάσουν και να προσδιορίσουν την ποιότητα των μαγνητών χρησιμοποιώντας το μέγιστο ενεργειακό προϊόν του μαγνητικού υλικού σε μονάδες MGOes ή megagauss-oesterds, το οποίο είναι ισοδύναμο περίπου 7957,75 J / m³ (joules ανά μέτρο σε κύβους). Τα MGOes ενός μαγνήτη σας λένε το μέγιστο σημείο στους μαγνήτες καμπύλη απομαγνητισμού, γνωστός και ως Καμπύλη ΒΗ ή καμπύλη υστέρησης, μια λειτουργία που εξηγεί τη δύναμη του μαγνήτη. Αντιλαμβάνεται πόσο δύσκολο είναι να απομαγνήσει τον μαγνήτη και πώς το σχήμα των μαγνητών επηρεάζει τη δύναμη και την απόδοσή του.

Μια μέτρηση μαγνητών MGOe εξαρτάται από το μαγνητικό υλικό. Μεταξύ των μαγνητών σπάνιας γης, οι μαγνήτες νεοδυμίου γενικά έχουν 35 έως 52 MGOes, οι μαγνήτες σαμαρίου-κοβαλτίου (SmCo) έχουν 26, οι μαγνήτες alnico έχουν 5.4, οι κεραμικοί μαγνήτες έχουν 3.4 και οι εύκαμπτοι μαγνήτες είναι 0.6-1.2 MGOes. Ενώ οι μαγνήτες σπάνιων γαιών από νεοδυμίου και SmCo είναι πολύ ισχυρότεροι μαγνήτες από τους κεραμικούς, οι μαγνητικοί κεραμικοί μαγνήτες είναι εύκολοι στη μαγνήτιση, αντιστέκονται στη διάβρωση με φυσικό τρόπο και μπορούν να μορφοποιηθούν σε διαφορετικά σχήματα. Αφού έχουν διαμορφωθεί σε στερεά, όμως, καταρρέουν εύκολα επειδή είναι εύθραυστα.

Όταν ένα αντικείμενο μαγνητίζεται εξαιτίας ενός εξωτερικού μαγνητικού πεδίου, τα άτομα μέσα σε αυτόν ευθυγραμμίζονται με κάποιο τρόπο για να αφήσουν τα ηλεκτρόνια να ρέουν ελεύθερα. Όταν αφαιρεθεί το εξωτερικό πεδίο, το υλικό γίνεται μαγνητισμένο αν παραμείνει η ευθυγράμμιση ή μέρος της ευθυγράμμισης των ατόμων. Η απομαγνητισμός συχνά περιλαμβάνει θερμότητα ή αντίθετο μαγνητικό πεδίο.

Απομαγνητισμός, καμπύλη BH ή υστέρησης

Το όνομα "καμπύλη BH" ονομάστηκε για τα αρχικά σύμβολα που αντιπροσωπεύουν την ισχύ του μαγνητικού πεδίου και του μαγνητικού πεδίου, αντίστοιχα, Β και Η. Το όνομα "υστέρηση" χρησιμοποιείται για να περιγράψει πώς η τρέχουσα κατάσταση μαγνητισμού ενός μαγνήτη εξαρτάται από τον τρόπο αλλαγής του πεδίου κατά το παρελθόν, που οδήγησε στην τρέχουσα κατάσταση.

••• Syed Hussain Ather

Στο διάγραμμα μιας καμπύλης υστέρησης παραπάνω, τα σημεία Α και Ε αναφέρονται στα σημεία κορεσμού τόσο προς τα εμπρός όσο και προς τα πίσω, αντίστοιχα. Β και Ε ονομάζονται σημεία διατήρησης ή την παραμονή του κορεσμού, ενώ η μαγνήτιση παραμένει σε μηδενικό πεδίο αφού εφαρμοστεί ένα μαγνητικό πεδίο που είναι αρκετά ισχυρό για να κορεστεί το μαγνητικό υλικό και για τις δύο κατευθύνσεις. Αυτό είναι το μαγνητικό πεδίο που παραμένει όταν η κινητήρια δύναμη του εξωτερικού μαγνητικού πεδίου απενεργοποιείται. Σε ορισμένα μαγνητικά υλικά, ο κορεσμός είναι η κατάσταση που επιτυγχάνεται όταν μια αύξηση στο εφαρμοζόμενο εξωτερικό μαγνητικό πεδίο Η δεν μπορεί να αυξήσει περαιτέρω τη μαγνητισμό του υλικού, έτσι ώστε η ολική πυκνότητα μαγνητικής ροής Β να είναι περισσότερο ή λιγότερο επίπεδα.

C και F αντιπροσωπεύουν τη συνεκτικότητα του μαγνήτη, πόσο από το αντίστροφο ή το αντίθετο πεδίο είναι απαραίτητο για να επιστρέψει η μαγνήτιση του υλικού πίσω στο 0 αφού το εξωτερικό μαγνητικό πεδίο έχει εφαρμοστεί σε οποιαδήποτε κατεύθυνση.

Η καμπύλη από τα σημεία D έως A αντιπροσωπεύει την αρχική καμπύλη μαγνητισμού. A έως F είναι η καμπύλη προς τα κάτω μετά τον κορεσμό και η θεραπεία από F σε D είναι η χαμηλότερη καμπύλη επιστροφής. Η καμπύλη απομαγνητισμού σας λέει πώς το μαγνητικό υλικό αποκρίνεται στα εξωτερικά μαγνητικά πεδία και στο σημείο στο οποίο είναι κορεσμένο ο μαγνήτης, δηλαδή το σημείο στο οποίο η αύξηση του εξωτερικού μαγνητικού πεδίου δεν αυξάνει πια τη μαγνητισμό των υλικών.

Επιλέγοντας μαγνήτες με δύναμη

Διαφορετικοί μαγνήτες απευθύνονται σε διαφορετικούς σκοπούς. Ο βαθμός N52 είναι η υψηλότερη δυνατή ισχύς με το μικρότερο δυνατό πακέτο σε θερμοκρασία δωματίου. Το N42 είναι επίσης μια κοινή επιλογή που έρχεται με οικονομικά αποδοτική αντοχή, ακόμη και σε υψηλές θερμοκρασίες. Σε μερικές υψηλότερες θερμοκρασίες, οι μαγνήτες N42 μπορεί να είναι πιο ισχυροί από τους N52 με ορισμένες εξειδικευμένες εκδόσεις όπως οι μαγνήτες N42SH ειδικά σχεδιασμένοι για ζεστές θερμοκρασίες.

Προσέξτε όταν εφαρμόζετε μαγνήτες σε περιοχές με υψηλές ποσότητες θερμότητας. Η θερμότητα είναι ένας ισχυρός παράγοντας για την απομάκρυνση των μαγνητών. Οι μαγνήτες νεοδυμίου γενικά χάνουν πολύ λίγη αντοχή με την πάροδο του χρόνου.

Μαγνητικό πεδίο και μαγνητική ροή

Για κάθε μαγνητικό αντικείμενο, οι επιστήμονες και οι μηχανικοί υποδηλώνουν το μαγνητικό πεδίο καθώς οδηγεί από το βόρειο άκρο ενός μαγνήτη στο νότιο άκρο του. Σε αυτό το con, τα "βόρεια" και "νότια" είναι αυθαίρετα χαρακτηριστικά του μαγνητικού για να βεβαιωθούν ότι οι γραμμές μαγνητικού πεδίου φέρουν αυτόν τον τρόπο, όχι οι κατευθυντήριες οδηγίες "βόρεια" και "νότια" που χρησιμοποιούνται στη γεωγραφία και τη θέση.

Υπολογισμός μαγνητικής ροής

Μπορείτε να φανταστείτε τη μαγνητική ροή ως ένα δίχτυ που συλλαμβάνει ποσότητες νερού ή υγρού που ρέουν μέσα από αυτό. Μαγνητική ροή, η οποία μετρά πόσο από αυτό το μαγνητικό πεδίο σι περνά μέσα από μια συγκεκριμένη περιοχή ΕΝΑ μπορεί να υπολογιστεί με Φ = BAcosθ στο οποίο θ είναι η γωνία μεταξύ της γραμμής κάθετης προς την επιφάνεια της περιοχής και του διανύσματος μαγνητικού πεδίου. Αυτή η γωνία επιτρέπει την καταγραφή της μαγνητικής ροής για τον τρόπο με τον οποίο το σχήμα της περιοχής μπορεί να γωνιαστεί σε σχέση με το πεδίο για να συλλάβει διαφορετικά ποσά του πεδίου. Αυτό σας επιτρέπει να εφαρμόσετε την εξίσωση σε διαφορετικές γεωμετρικές επιφάνειες όπως κυλίνδρους και σφαίρες.

••• Syed Hussain Ather

Για ρεύμα σε ευθύγραμμο καλώδιο Εγώ, το μαγνητικό πεδίο σε διάφορες ακτίνες r μακριά από το ηλεκτρικό καλώδιο μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας Ampères Law Β = μ₀I / 2πρ στο οποίο μ₀ ("mu naught") είναι 1,25 χ 10^-6 H / m (henries ανά μέτρο, στο οποίο τα αυτιά μετρά την επαγωγή) τη σταθερά διαπερατότητας κενού για το μαγνητισμό. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τον κανόνα δεξιά για να καθορίσετε την κατεύθυνση που ακολουθούν αυτές οι γραμμές μαγνητικού πεδίου. Σύμφωνα με τον κανόνα του δεξιού χεριού, αν σηκώσετε τον δεξί σας αντίχειρα προς την κατεύθυνση του ηλεκτρικού ρεύματος, οι γραμμές του μαγνητικού πεδίου θα σχηματιστούν σε ομόκεντρους κύκλους με την κατεύθυνση που δίνεται από την κατεύθυνση στην οποία τα δάκτυλά σας κουνηθούν.

Εάν θέλετε να καθορίσετε πόση τάση προκύπτει από αλλαγές στο μαγνητικό πεδίο και τη μαγνητική ροή για ηλεκτρικά καλώδια ή πηνία, μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε Faradays Law, V = -Ν Δ (ΒΑ) / Δt στο οποίο Ν είναι ο αριθμός των στροφών στο πηνίο του σύρματος, Δ (BA) ("δέλτα Β Α") αναφέρεται στην αλλαγή του προϊόντος του μαγνητικού πεδίου και μιας περιοχής και Δt είναι η μεταβολή του χρόνου κατά την οποία λαμβάνει χώρα η κίνηση ή η κίνηση. Αυτό σας επιτρέπει να καθορίσετε πώς οι μεταβολές στην τάση προκύπτουν από αλλαγές στο μαγνητικό περιβάλλον ενός σύρματος ή άλλου μαγνητικού αντικειμένου παρουσία ενός μαγνητικού πεδίου.

Αυτή η τάση είναι ηλεκτροκινητική δύναμη που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την τροφοδοσία κυκλωμάτων και μπαταριών. Μπορείτε επίσης να ορίσετε την επαγόμενη ηλεκτρομαγνητική δύναμη ως το αρνητικό του ρυθμού αλλαγής της μαγνητικής ροής σε σχέση με τον αριθμό των στροφών στο πηνίο.