מגנטים נמצאים בדרך כלל במנועים, דינמוס, מקררים, כרטיסי חיוב וכרטיסי אשראי, כמו גם ציוד אלקטרוני כגון פיקאפים לגיטרה חשמלית, רמקולי סטריאו וכוננים קשיחים במחשב. מגנטים יכולים להיות קבועים, נוצרים באופן טבעי או אלקטרומגנטיים. אלקטרומגנט יוצר שדה מגנטי כאשר זרם חשמלי עובר דרך סליל חוט העוטף סביב ליבת ברזל. ישנם מספר גורמים המשפיעים על חוזק השדה המגנטי ועל דרכים שונות לקביעת חוזק השדה, ושניהם נדונים במאמר זה.
שלב
שיטה 1 מתוך 3: קביעת גורמים המשפיעים על חוזק השדה המגנטי
שלב 1. שקול את מאפייני המגנט
תכונות המגנטים מתוארות באמצעות המאפיינים הבאים:
- עוצמת השדה המגנטי הכפייתי, בקיצור Hc. סמל זה משקף את נקודת המגנטיזציה (אובדן השדה המגנטי) על ידי שדה מגנטי אחר. ככל שהמספר גבוה יותר, כך קשה יותר להסיר את המגנט.
- צפיפות שטף מגנטי שארית, בקיצור Br. זהו השטף המגנטי המרבי שמגנט מסוגל לייצר.
- בהתאם לצפיפות השטף המגנטי צפיפות האנרגיה הכוללת, בקיצור Bmax. ככל שהמספר גבוה יותר, כך המגנט חזק יותר.
- מקדם הטמפרטורה של צפיפות השטף המגנטי הנותר, בקיצור Tcoef Br ובא לידי ביטוי באחוזים של מעלות צלזיוס, מסביר כיצד השטף המגנטי יורד ככל שהטמפרטורה המגנטית עולה. פירושו Tcoef Br של 0.1 אומר שאם טמפרטורת המגנט עולה ב -100 מעלות צלזיוס, השטף המגנטי יורד ב -10 אחוזים.
- טמפרטורת ההפעלה המרבית (בקיצור Tmax) היא הטמפרטורה הגבוהה ביותר שמגנט יכול לפעול מבלי לאבד את עוצמת השדה שלו. ברגע שטמפרטורת המגנט יורדת מתחת ל- Tmax, המגנט משחזר את מלוא עוצמת השדה המגנטי שלו. אם הוא מחומם מעבר ל- Tmax, המגנט יאבד חלק מהשדה שלו לצמיתות לאחר שיתקרר לטמפרטורת הפעלה רגילה. עם זאת, אם יחומם לטמפרטורת קירי (בקיצור Tcurie) המגנט יאבד מכוחו המגנטי.
שלב 2. זיהוי החומרים לייצור מגנטים קבועים
מגנטים קבועים עשויים בדרך כלל מאחד החומרים הבאים:
- בורון ניאודימיום. לחומר זה יש צפיפות שטף מגנטי (12,800 גאוס), חוזק שדה מגנטי כפוי (12,300 oersted) וצפיפות אנרגיה כוללת (40). לחומר זה טמפרטורת ההפעלה המרבית הנמוכה ביותר היא 150 מעלות צלזיוס ו -310 מעלות צלזיוס בהתאמה, ומקדם טמפרטורה של -0.12.
- לקובלט סמריום יש את חוזק השדה הכפייתי השני בגודלו, ב -9,200 אורסט, אך צפיפות השטף המגנטי של 10,500 גאוס וצפיפות האנרגיה הכוללת של 26. טמפרטורת ההפעלה המקסימלית שלו גבוהה בהרבה מזו של בורון ברזל ניאודימיום ב 300 מעלות צלזיוס בשל שלו טמפרטורת קירי של 750 מעלות צלזיוס. מקדם הטמפרטורה שלו הוא 0.04.
- Alnico היא סגסוגת אלומיניום-ניקל-קובלט. לחומר זה יש צפיפות השטף המגנטי קרוב לבורון ברזל ניאודימיום (12,500 גאוס), אך כוח השדה המגנטי הכפייתי של 640 oersted וצפיפות האנרגיה הכוללת של 5.5 בלבד. לחומר זה טמפרטורת הפעלה מקסימלית גבוהה יותר מאשר קוברי סמריום, ב -540 מעלות צלזיוס., כמו גם טמפרטורת Curie גבוהה יותר של 860 מעלות צלזיוס, ומקדם טמפרטורה של 0.02.
- למגנטים קרמיים ופריטים יש צפיפות שטף נמוכה בהרבה וצפיפות אנרגיה כוללת מחומרים אחרים, ב -3,900 גאוס ו -3.5. עם זאת, צפיפות השטף המגנטי שלהם טובה יותר מאלניקו, שהם 3,200 oersted. לחומר זה אותה טמפרטורת הפעלה מקסימלית כמו קוביית סמריום, אך טמפרטורת Curie נמוכה בהרבה של 460 מעלות צלזיוס, ומקדם טמפרטורה של -0. 2. כך, מגנטים מאבדים את חוזק השדה המגנטי שלהם מהר יותר בטמפרטורות חמות מאשר חומרים אחרים.
שלב 3. ספרו את מספר הסיבובים בסליל האלקטרומגנט
ככל שיותר סיבובים לכל אורך ליבה, כך עוצמת השדה המגנטי גדולה יותר. לאלקטרומגנטים מסחריים יש ליבה מתכווננת של אחד החומרים המגנטיים שתוארו לעיל וסליל גדול סביבו. עם זאת, ניתן לבצע אלקטרומגנט פשוט על ידי סיבוב חוט סביב מסמר וחיבור הקצוות לסוללה של 1.5 וולט.
שלב 4. בדוק את כמות הזרם הזורם דרך הסליל האלקטרומגנטי
אנו ממליצים להשתמש במולטימטר. ככל שהזרם גדול יותר, כך השדה המגנטי הופק חזק יותר.
אמפר למטר (A/m) היא יחידה נוספת המשמשת למדידת חוזק של שדה מגנטי. יחידה זו מצביעה על כך שאם הזרם, מספר הסלילים או שניהם גדלים, חוזק השדה המגנטי גם גדל
שיטה 2 מתוך 3: בדיקת טווח השדה המגנטי בעזרת מהדק
שלב 1. צור מחזיק למגנט הבר
אתה יכול להכין מחזיק מגנטי פשוט בעזרת אטב כביסה וכוס קלקר. שיטה זו מתאימה ביותר להוראת שדות מגנטיים לתלמידי בית ספר יסודי.
- הדבק קצה אחד ארוך של חבל כביסה לתחתית הכוס.
- הפוך את הכוס עם מלקחי חבל הכביסה עליה והנח אותה על השולחן.
- מהדקים את המגנטים למלקחי חבל הכביסה.
שלב 2. כופפו את מהדק הנייר לתוך וו
הדרך הקלה ביותר לעשות זאת היא למשוך את הקצה החיצוני של מהדק הנייר. וו זה יתלה הרבה מהדקי נייר.
שלב 3. המשך בהוספת מהדקי נייר למדידת חוזק המגנט
צרף מהדק נייר כפוף לאחד הקטבים של המגנט. חלק הקרס צריך לתלות בחופשיות. תלו את מהדק הנייר על הקרס. המשך עד שמשקל מהדק הנייר מוריד את הקרס.
שלב 4. רשום את מספר מהדקי הנייר שגרמו לנפילת הקרס
כאשר הקרס נופל מתחת למשקל שהוא נושא, שים לב למספר מהדקי הנייר התלויים על הקרס.
שלב 5. הדבק את סרט ההדבקה למגנט הבר
צרף 3 רצועות קטנות של מסקינג למגנט מוט ותלו את הקרסים לאחור.
שלב 6. הוסף מהדק על הקרס עד שהוא נופל מהמגנט
חזור על השיטה הקודמת מהנייר מהוו הראשוני מהדק, עד שהיא נופלת לבסוף מהמגנט.
שלב 7. רשום כמה קליפים צריך כדי להוריד את הקרס
הקפד לרשום את מספר הרצועות של נייר דבק וגלילי נייר בשימוש.
שלב 8. חזור על השלב הקודם מספר פעמים עם סרט דבק נוסף
בכל פעם, רשום את מספר מהדקים הדרושים כדי ליפול מהמגנט. עליך לשים לב כי בכל פעם שהקלטת מתווספת, יש צורך בפחות קליפ כדי להוריד את הקרס.
שיטה 3 מתוך 3: בדיקת שדה מגנטי בעזרת מד גאוס
שלב 1. חישוב הבסיס או המתח/מתח הראשוני
ניתן להשתמש במד צעדים, המכונה גם מגנטומטר או גלאי שדה אלקטרומגנטי (EMF), שהוא מכשיר נייד המודד את עוצמתו וכיוונו של שדה מגנטי. בדרך כלל קל לקנות ולהשתמש במכשירים אלה. שיטת הגאוסמטר מתאימה ללמד שדות מגנטיים לתלמידי חטיבות ביניים ותיכונים. להלן אופן השימוש:
- הגדר את המתח המרבי של 10 וולט DC (זרם ישיר).
- קרא את תצוגת המתח כשהמטר רחוק מהמגנט. זהו המתח הבסיסי או ההתחלתי, המיוצג כ- V0.
שלב 2. גע בחיישן המונה לאחד הקטבים המגנטיים
בכמה מדידות, חיישן זה, הנקרא חיישן הול, עשוי לשלב שבב מעגל חשמלי כך שתוכל לגעת בחוט מגנטי לחיישן.
שלב 3. רשום את המתח החדש
המתח המיוצג על ידי V1 יגדל או יפחת, בהתאם לסרגל המגנטי הנוגע בחיישן האולם. אם המתח עולה, החיישן נוגע בקוטב המגנטי של הממצא הדרומי. אם המתח יורד, המשמעות היא שהחיישן נוגע בקוטב המגנטי הצפוני.
שלב 4. מצא את ההבדל בין המתח ההתחלתי והחדש
אם החיישן מכויל במיליוולט, חלקו ב -1,000 כדי להמיר מילי -וולט.
שלב 5. חלק את התוצאה לפי ערך הרגישות לחיישן
לדוגמה, אם לחיישן יש רגישות של 5 מיליוולט לגאוס, חלקו ב- 10. הערך המתקבל הוא חוזק השדה המגנטי בגאוס.
שלב 6. חזור על בדיקת חוזק השדה המגנטי במרחקים שונים
מקם את החיישנים במרחקים שונים מהקטבים המגנטיים ורשום את התוצאות.
