Magneten worden vaak aangetroffen in motoren, dynamo's, koelkasten, debet- en creditcards, maar ook in elektronische apparatuur zoals elektrische gitaarpickups, stereoluidsprekers en harde schijven van computers. Magneten kunnen permanent, natuurlijk gevormd of elektromagneet zijn. Een elektromagneet creëert een magnetisch veld wanneer een elektrische stroom door een draadspoel gaat die zich om een ijzeren kern wikkelt. Er zijn verschillende factoren die de sterkte van een magnetisch veld beïnvloeden en er zijn verschillende manieren om de sterkte van het veld te bepalen, en beide worden in dit artikel besproken.
Stap
Methode 1 van 3: Bepalende factoren die de magnetische veldsterkte beïnvloeden
Stap 1. Overweeg de kenmerken van de magneet
De eigenschappen van magneten worden beschreven aan de hand van de volgende kenmerken:
- De sterkte van het coërcitief magnetisch veld, afgekort als Hc. Dit symbool weerspiegelt het punt van demagnetisatie (verlies van magnetisch veld) door een ander magnetisch veld. Hoe hoger het getal, hoe moeilijker de magneet te verwijderen is.
- Restmagnetische fluxdichtheid, afgekort als Br. Dit is de maximale magnetische flux die een magneet kan produceren.
- Overeenkomend met de magnetische fluxdichtheid is de totale energiedichtheid, afgekort als Bmax. Hoe hoger het getal, hoe sterker de magneet.
- De temperatuurcoëfficiënt van de resterende magnetische fluxdichtheid, afgekort als Tcoef Br en uitgedrukt als een percentage van graden Celsius, verklaart hoe de magnetische flux afneemt naarmate de magnetische temperatuur toeneemt. Een Tcoef Br van 0,1 betekent dat als de temperatuur van de magneet met 100 graden Celsius stijgt, de magnetische flux met 10 procent afneemt.
- De maximale bedrijfstemperatuur (afgekort als Tmax) is de hoogste temperatuur die een magneet kan gebruiken zonder zijn veldsterkte te verliezen. Zodra de temperatuur van de magneet onder Tmax zakt, herstelt de magneet zijn volledige magnetische veldsterkte. Bij verhitting boven Tmax zal de magneet een deel van zijn veld permanent verliezen zodra deze is afgekoeld tot de normale bedrijfstemperatuur. Als de magneet echter wordt verwarmd tot Curie-temperatuur (afgekort als Tcurie), verliest de magneet zijn magnetische kracht.
Stap 2. Identificeer de materialen voor het maken van permanente magneten
Permanente magneten zijn meestal gemaakt van een van de volgende materialen:
- Neodymium ijzerborium. Dit materiaal heeft een magnetische fluxdichtheid (12.800 gauss), een coërcitieve magnetische veldsterkte (12.300 oersted) en een totale energiedichtheid (40). Dit materiaal heeft de laagste maximale bedrijfstemperatuur van respectievelijk 150 graden Celsius en 310 graden Celsius en een temperatuurcoëfficiënt van -0,12.
- Samarium-kobalt heeft de op één na hoogste coërcitieveldsterkte, 9.200 oersted, maar een magnetische fluxdichtheid van 10.500 gauss en een totale energiedichtheid van 26. De maximale bedrijfstemperatuur is veel hoger dan die van neodymium-ijzerborium bij 300 graden Celsius vanwege zijn Curietemperatuur van 750 graden Celsius. De temperatuurcoëfficiënt is 0,04.
- Alnico is een aluminium-nikkel-kobaltlegering. Dit materiaal heeft een magnetische fluxdichtheid die dicht bij neodymium-ijzerborium (12.500 gauss) ligt, maar een coërcitieve magnetische veldsterkte van 640 oersted en een totale energiedichtheid van slechts 5, 5. Dit materiaal heeft een hogere maximale bedrijfstemperatuur dan samariumkobalt, bij 540 graden Celsius., evenals een hogere Curie-temperatuur van 860 graden Celsius en een temperatuurcoëfficiënt van 0,02.
- Keramische en ferrietmagneten hebben veel lagere fluxdichtheden en algemene energiedichtheden dan andere materialen, bij 3900 gauss en 3,5. Hun magnetische fluxdichtheden zijn echter beter dan alnico, dat 3200 oersted is. Dit materiaal heeft dezelfde maximale bedrijfstemperatuur als samariumkobalt, maar een veel lagere Curie-temperatuur van 460 graden Celsius en een temperatuurcoëfficiënt van -0. 2. Magneten verliezen dus sneller hun magnetische veldsterkte bij hoge temperaturen dan andere materialen.
Stap 3. Tel het aantal windingen in de spoel van de elektromagneet
Hoe meer windingen per kernlengte, hoe groter de sterkte van het magnetische veld. Commerciële elektromagneten hebben een verstelbare kern van een van de hierboven beschreven magnetische materialen en een grote spoel eromheen. Een eenvoudige elektromagneet kan echter worden gemaakt door een draad om een spijker te wikkelen en de uiteinden aan een batterij van 1,5 volt te bevestigen.
Stap 4. Controleer de hoeveelheid stroom die door de elektromagnetische spoel vloeit
Wij raden u aan een multimeter te gebruiken. Hoe groter de stroom, hoe sterker het geproduceerde magnetische veld.
Ampère per meter (A/m) is een andere eenheid die wordt gebruikt om de sterkte van een magnetisch veld te meten. Deze eenheid geeft aan dat als de stroom, het aantal spoelen of beide worden verhoogd, de sterkte van het magnetische veld ook toeneemt
Methode 2 van 3: Het bereik van het magnetische veld testen met een paperclip
Stap 1. Maak een houder voor de staafmagneet
Je kunt een eenvoudige magnetische houder maken met wasknijpers en een piepschuimbeker. Deze methode is het meest geschikt voor het aanleren van magnetische velden aan basisschoolleerlingen.
- Lijm een lang uiteinde van een waslijn op de bodem van de beker.
- Draai de beker om met de waslijntang erop en plaats deze op tafel.
- Klem de magneten aan de waslijntang.
Stap 2. Buig de paperclip in een haak
De eenvoudigste manier om dit te doen, is door aan de buitenrand van de paperclip te trekken. Aan deze haak kunnen veel paperclips worden opgehangen.
Stap 3. Ga door met het toevoegen van paperclips om de sterkte van de magneet te meten
Bevestig een gebogen paperclip aan een van de polen van de magneet. haakdeel moet vrij hangen. Hang de paperclip aan de haak. Ga door totdat het gewicht van de paperclip de haak laat vallen.
Stap 4. Noteer het aantal paperclips waardoor de haak eraf viel
Wanneer de haak onder het gewicht valt dat hij draagt, noteer dan het aantal paperclips dat aan de haak hangt.
Stap 5. Plak de masking tape op de staafmagneet
Bevestig 3 kleine stroken masking tape aan de staafmagneet en hang de haken terug.
Stap 6. Plaats een paperclip aan de haak totdat deze van de magneet valt
Herhaal de vorige paperclipmethode vanaf de eerste papercliphaak, totdat deze uiteindelijk van de magneet valt.
Stap 7. Schrijf op hoeveel clips er nodig zijn om de haak te laten vallen
Zorg ervoor dat u het aantal gebruikte stroken plakband en paperclips noteert.
Stap 8. Herhaal de vorige stap meerdere keren met meer plakband
Noteer elke keer het aantal paperclips dat nodig is om van de magneet te vallen. U zou moeten opmerken dat elke keer dat de tape wordt toegevoegd, er minder clip nodig is om de haak te laten vallen.
Methode 3 van 3: Een magnetisch veld testen met een Gaussmeter
Stap 1. Bereken de basis- of beginspanning/spanning
U kunt een gaussmeter gebruiken, ook wel magnetometer of elektromagnetische velddetector (EMF) genoemd, een draagbaar apparaat dat de sterkte en richting van een magnetisch veld meet. Deze apparaten zijn meestal gemakkelijk te kopen en te gebruiken. De gaussmetermethode is geschikt voor het aanleren van magnetische velden aan middelbare en middelbare scholieren. Hier is hoe het te gebruiken:
- Stel de maximale spanning van 10 volt DC (gelijkstroom) in.
- Lees de spanningsweergave af met de meter uit de buurt van de magneet. Dit is de basis- of beginspanning, weergegeven als V0.
Stap 2. Raak met de metersensor een van de magnetische polen aan
In sommige gaussmeters is deze sensor, een Hall-sensor genoemd, gemaakt om een elektrische circuitchip te integreren, zodat u een magnetische balk tegen de sensor kunt houden.
Stap 3. Noteer de nieuwe spanning
De spanning weergegeven door V1 zal toenemen of afnemen, afhankelijk van de magnetische balk die de Hall-sensor raakt. Als de spanning stijgt, raakt de sensor de magnetische pool van de zuidvinder. Als de spanning daalt, betekent dit dat de sensor de magnetische pool van de noordvinder raakt.
Stap 4. Zoek het verschil tussen de initiële en nieuwe spanningen
Als de sensor is gekalibreerd in millivolt, deelt u deze door 1.000 om millivolt om te zetten in volt.
Stap 5. Deel het resultaat door de sensorgevoeligheidswaarde
Als de sensor bijvoorbeeld een gevoeligheid van 5 millivolt per gauss heeft, deel deze dan door 10. De verkregen waarde is de sterkte van het magnetische veld in gauss.
Stap 6. Herhaal de test van de magnetische veldsterkte op verschillende afstanden
Plaats de sensoren op verschillende afstanden van de magnetische polen en noteer de resultaten.
