Sådan måles styrken af ​​magneter

Indhold

• Magnetisk opførsel
• Måling af magnetisk styrke
• Styrken af ​​Neodym-magneter
• Demagnetization, BH eller Hysteresis Curve
• Valg af magneter efter styrke
• Magnetisk felt og magnetisk flux
• Beregning af magnetisk flux

Magneter har mange styrker, og du kan bruge en gauss meter for at bestemme styrken af ​​en magnet. Du kan måle magnetfeltet i teslas eller magnetisk flux i webere eller Teslas • m² ("tesla kvadratmeter"). Det magnetfelt er tendensen til, at der induceres en magnetisk kraft ved bevægelse af ladede partikler i nærvær af disse magnetiske felter.

Magnetisk flux er en måling af hvor meget af et magnetfelt, der passerer gennem et bestemt overfladeareal for en overflade såsom en cylindrisk skal eller et rektangulært ark. Da disse to mængder, felt og flux, er tæt beslægtede, bruges begge som kandidater til bestemmelse af styrken af ​​en magnet. Sådan bestemmes styrken:

••• Syed Hussain Ather

Magnetenes styrke i forskellige ulemper og situationer kan måles med den mængde magnetisk kraft eller magnetfelt, de afgiver. Forskere og ingeniører tager højde for magnetfelt, magnetisk kraft, flux, magnetisk moment og jævnheden af ​​magnetiske egenskaber af magneterne, de bruger i eksperimentel forskning, medicin og industri, når de bestemmer, hvor stærke magneter er.

Du kan tænke på gauss meter som en magnetisk styrke meter. Denne metode til måling af magnetisk styrke kan bruges til at bestemme den magnetiske styrke for luftfragt, der skal være nøje med hensyn til at bære neodymmagneter. Dette er tilfældet, fordi teslaens neodymiummagnetstyrke og det magnetiske felt, det producerer, kan forstyrre flyets GPS. Den neodymium-magnetiske styrke-tesla, ligesom den for andre magneter, bør falde med kvadratet på afstanden væk fra den.

Magnetisk opførsel

Opførsel af magneter afhænger af det kemiske og atomare materiale, der udgør dem. Disse sammensætninger lader forskere og ingeniører studere, hvor godt materialerne lader elektroner eller ladninger strømme gennem dem for at tillade magnetisering at forekomme. Disse magnetiske momenter, den magnetiske egenskab til at give feltet en momentum eller rotationskraft i nærvær af et magnetfelt, afhænger i vid udstrækning af det materiale, der gør magneterne til at bestemme, om de er diamagnetiske, paramagnetiske eller ferromagnetiske.

Hvis magneter er lavet af materialer, der har ingen eller få uparrede elektroner, er de diamagnetisk. Disse materialer er meget svage, og i nærvær af et magnetfelt producerer de negative magnetiseringer. Det er vanskeligt at inducere magnetiske øjeblikke i dem.

paramagnetisk materialer har uparrede elektroner, således at materialerne i nærvær af et magnetfelt udviser delvise justeringer, der giver det en positiv magnetisering.

Endelig, ferromagnetisk materialer som jern, nikkel eller magnetit har meget stærke attraktioner, således at disse materialer udgør permanente magneter. Atomerne er indrettet på en sådan måde, at de let udveksler kræfter og lader strøm flyde gennem med stor effektivitet. Disse sørger for stærke magneter med udvekslingskræfter, der er omkring 1000 Teslas, hvilket er 100 millioner gange stærkere end Jordens magnetfelt.

Måling af magnetisk styrke

Forskere og ingeniører refererer generelt til enten trækkraft eller styrken af ​​magnetfeltet, når magneten styrkes. Trækkraft er, hvor meget kraft du har brug for, når du trækker en magnet væk fra en stålgenstand eller en anden magnet. Producenter henviser til denne kraft ved hjælp af pund for at henvise til den vægt, som denne kraft er, eller Newton, som en magnetisk styrkemåling.

For magneter, der varierer i størrelse eller magnetisme på tværs af deres eget materiale, skal du bruge magnets poloverflade til at foretage en måling af magnetisk styrke. Foretag magnetiske styrkemålinger af de materialer, du vil måle, ved at forblive langt fra andre magnetiske genstande. Du skal også kun bruge gaussmålere, der måler magnetiske felter på mindre end eller lig med 60 Hz vekselstrømfrekvenser (AC) til husholdningsapparater, ikke for magneter.

Styrken af ​​Neodym-magneter

Det lønnsnummer eller N nummer bruges til at beskrive trækkraften. Dette antal er tilnærmelsesvis proportionalt med trækkraften for neodymmagneter. Jo højere tal, jo stærkere magnet. Det fortæller dig også neodymiummagnetstyrke-tesla. En N35-magnet er 35 Mega Gauss eller 3500 Tesla.

I praktiske omgivelser kan forskere og ingeniører teste og bestemme magnetenes kvalitet ved hjælp af det maksimale energiprodukt af magnetisk materiale i enheder af MGO'er eller megagauss-østers, hvilket svarer til ca. 7957,75 J / m³ (joules pr. kubikmeter). MGO'erne for en magnet fortæller dig det maksimale punkt på magneterne afmagnetiseringskurve, også kendt som BH-kurve eller hysteresekurve, en funktion, der forklarer magnetens styrke. Den redegør for, hvor vanskeligt det er at afmagnetisere magneten, og hvordan magneternes form påvirker dens styrke og ydeevne.

En MGOe-magnetmåling afhænger af det magnetiske materiale. Blandt de sjældne jordartsmagneter har neodymmagneter generelt 35 til 52 MGO'er, samarium-cobalt (SmCo) magneter har 26, alnico magneter har 5,4, keramiske magneter har 3,4 og fleksible magneter er 0,6-1,2 MGOes. Mens sjældne jordartsmagneter af neodym og SmCo er meget stærkere magneter end keramiske, er keramiske magneter nemme at magnetisere, modstå korrosion naturligt og kan støbes til forskellige former. Efter at de er blevet formet til faste stoffer, bryder de dog let ned, fordi de er sprøde.

Når en genstand magnetiseres på grund af et eksternt magnetfelt, er atomerne deri indrettet på en bestemt måde for at lade elektroner strømme frit. Når det eksterne felt fjernes, magnetiseres materialet, hvis justeringen eller en del af justeringen af ​​atomer forbliver. Demagnetisering involverer ofte varme eller et modsat magnetisk felt.

Demagnetization, BH eller Hysteresis Curve

Navnet "BH-kurve" blev navngivet til de originale symboler til at repræsentere henholdsvis felt- og magnetfeltstyrke, B og H. Navnet "hysterese" bruges til at beskrive, hvordan en magnets aktuelle magnetiseringstilstand afhænger af, hvordan feltet er ændret i fortiden frem til sin nuværende tilstand.

••• Syed Hussain Ather

I diagrammet over en hysteresekurve ovenfor henviser punkterne A og E til mætningspunktene i henholdsvis både fremad og bagud. B og E kaldte tilbageholdelsespunkter eller mætning restanences, magnetisering forbliver i nul felt efter et magnetisk felt er påført, der er stærk nok til at mætte magnetisk materiale i begge retninger. Dette er det magnetiske felt, der er tilbage, når drivkraften for det eksterne magnetfelt slukkes. Set i nogle magnetiske materialer er mætning den tilstand, der opnås, når en stigning i påført ydre magnetfelt H ikke kan øge magnetiseringen af ​​materialet yderligere, så den totale magnetiske fluxdensitet B mere eller mindre niveauer ud.

C og F repræsenterer magnetens tvangskraft, hvor meget af det modsatte eller modsatte felt er nødvendigt for at bringe magnetiseringen af ​​materialet tilbage til 0, efter at det eksterne magnetfelt er blevet anvendt i begge retninger.

Kurven fra punkterne D til A repræsenterer den indledende magnetiseringskurve. A til F er den nedadgående kurve efter mætning, og kuren fra F til D er den nedre returkurve. Demagnetiseringskurven fortæller dig, hvordan det magnetiske materiale reagerer på eksterne magnetfelter, og det punkt, hvorpå magneten er mættet, hvilket betyder det punkt, hvor stigning af det eksterne magnetfelt ikke øger materialemagnetiseringen længere.

Valg af magneter efter styrke

Forskellige magneter adresserer forskellige formål. Karakternummeret N52 er den højest mulige styrke med den mindst mulige pakke ved stuetemperatur. N42 er også et almindeligt valg, der kommer med en omkostningseffektiv styrke, selv ved høje temperaturer. Ved nogle højere temperaturer kan N42-magneter muligvis være mere kraftfulde end N52-magneter med nogle specialiserede versioner som N42SH-magneter designet specielt til varme temperaturer.

Vær dog forsigtig, når du påfører magneter i områder med høje mængder varme. Varme er en stærk faktor i afmagnetisering af magneter. Neodymmagneter mister imidlertid generelt meget lidt styrke over tid.

Magnetisk felt og magnetisk flux

For enhver magnetisk genstand angiver forskere og ingeniører magnetfeltet, når det kører fra den nordlige ende af en magnet til sin sydlige ende. I dette forhold er "nord" og "syd" vilkårlige egenskaber ved magnetikken for at sikre, at magnetfeltlinjerne bærer denne vej, ikke de kardinalretninger "nord" og "syd", der bruges i geografi og placering.

Beregning af magnetisk flux

Du kan forestille dig magnetisk flux som et net, der fanger mængder vand eller væske, der strømmer gennem det. Magnetisk flux, som måler hvor meget af dette magnetfelt B passerer gennem et bestemt område EN kan beregnes med Φ = BAcosθ hvori θ er vinklen mellem linjen vinkelret på overfladen af ​​området og magnetfeltvektoren. Denne vinkel lader magnetisk flux redegøre for, hvordan formen på området kan vinkles i forhold til feltet for at fange forskellige mængder af feltet. Dette giver dig mulighed for at anvende ligningen på forskellige geometriske overflader, såsom cylindre og kugler.

••• Syed Hussain Ather

For en strøm i en lige ledning jeg, magnetfeltet ved forskellige radier r væk fra den elektriske ledning kan beregnes ved hjælp af Ampères Law B = μ₀I / 2πr hvori μ₀ ("mu intet") er 1,25 x 10^-6 H / m (høns pr. meter, hvor høner måler induktans) vakuumpermeabilitetskonstanten for magnetisme. Du kan bruge den højre regel til at bestemme retningen disse magnetfeltlinjer tager. I henhold til højre regel, hvis du peger din højre tommelfinger i retning af elektrisk strøm, vil magnetfeltlinierne dannes i koncentriske cirkler med retningen givet i den retning, som dine fingre krøller.

Hvis du vil bestemme, hvor meget spænding der er resultat af ændringer i magnetfelt og magnetisk flux til elektriske ledninger eller spoler, kan du også bruge Faradays Law, V = -N Δ (BA) / Δt hvori N er antallet af vendinger i trådspolen, Δ (BA) ("delta B A") henviser til ændringen i produktet af magnetfelt og et område og At er den tidsændring, hvorpå bevægelsen eller bevægelsen finder sted. Dette giver dig mulighed for at bestemme, hvordan ændringer i spænding er resultatet af ændringer i magnetisk miljø for en ledning eller anden magnetisk genstand i nærvær af et magnetfelt.

Denne spænding er en elektromotorisk kraft, der kan bruges til strømkredsløb og batterier. Du kan også definere den inducerede elektromotoriske kraft som den negative af hastigheden for ændring af magnetisk flux gange antallet af omdrejninger i spolen.