Argomenti del codificatore USE: interazione dei magneti, campo magnetico di un conduttore con la corrente.
Le proprietà magnetiche della materia sono note alle persone da molto tempo. I magneti prendono il nome dall'antica città di Magnesia: nelle sue vicinanze era diffuso un minerale (in seguito chiamato minerale di ferro magnetico o magnetite), i cui pezzi attiravano oggetti di ferro.
Interazione dei magneti
Su due lati di ciascun magnete si trovano Polo Nord E Polo Sud. Due magneti sono attratti l'uno dall'altro da poli opposti e respinti da poli uguali. I magneti possono agire l'uno sull'altro anche attraverso il vuoto! Tutto questo però ricorda l'interazione delle cariche elettriche l'interazione dei magneti non è elettrica. Ciò è evidenziato dai seguenti fatti sperimentali.
La forza magnetica si indebolisce quando il magnete viene riscaldato. La forza dell'interazione delle cariche puntiformi non dipende dalla loro temperatura.
La forza magnetica viene indebolita agitando il magnete. Nulla di simile accade con corpi caricati elettricamente.
Positivo cariche elettriche possono essere separati da quelli negativi (ad esempio, quando si elettrizzano i corpi). Ma è impossibile separare i poli del magnete: se tagli il magnete in due parti, anche i poli compaiono nel punto di taglio e il magnete si spezza in due magneti con poli opposti alle estremità (orientati esattamente nello stesso come i poli del magnete originale).
Quindi i magneti Sempre bipolare, esistono solo nella forma dipoli. Poli magnetici isolati (cd monopoli magnetici- analoghi della carica elettrica) in natura non esistono (in ogni caso non sono stati ancora rilevati sperimentalmente). Questa è forse l'asimmetria più impressionante tra elettricità e magnetismo.
Come i corpi caricati elettricamente, i magneti agiscono su cariche elettriche. Tuttavia, il magnete agisce solo su in movimento carica; Se la carica è ferma rispetto al magnete, nessuna forza magnetica agisce sulla carica. Al contrario, un corpo elettrizzato agisce con qualsiasi carica, indipendentemente dal fatto che sia fermo o in movimento.
Di idee moderne teoria dell'azione a corto raggio, l'interazione dei magneti viene effettuata attraverso campo magnetico Vale a dire, un magnete crea un campo magnetico nello spazio circostante, che agisce su un altro magnete e provoca un'attrazione o repulsione visibile di questi magneti.
Un esempio di un magnete è ago magnetico bussola. Con l'aiuto di un ago magnetico si può giudicare la presenza di un campo magnetico in una data regione dello spazio, così come la direzione del campo.
Il nostro pianeta Terra è un magnete gigante. Non lontano dal polo nord geografico della Terra si trova il polo sud magnetico. Pertanto, l'estremità nord dell'ago della bussola, girando verso il polo sud magnetico della Terra, punta verso il nord geografico. Da qui, infatti, è nato il nome "polo nord" del magnete.
Linee del campo magnetico
Il campo elettrico, ricordiamo, viene indagato con l'ausilio di piccole cariche di prova, dall'azione sulla quale si può giudicare l'ampiezza e la direzione del campo. Un analogo di una carica di prova nel caso di un campo magnetico è un piccolo ago magnetico.
Ad esempio, puoi ottenere un'idea geometrica del campo magnetico se lo inserisci punti diversi gli spazi sono aghi di bussola molto piccoli. L'esperienza mostra che le frecce si allineeranno lungo determinate linee, le cosiddette linee del campo magnetico. Cerchiamo di definire questo concetto nella forma dei seguenti tre paragrafi.
1. Linee di campo magnetico, o magnetico linee di forza- si tratta di linee dirette nello spazio che hanno la seguente proprietà: un piccolo ago della bussola posto in ogni punto di tale linea è orientato tangenzialmente a questa linea.
2. La direzione della linea del campo magnetico è la direzione delle estremità settentrionali degli aghi della bussola situati nei punti di questa linea.
3. Più spesse sono le linee, più forte è il campo magnetico in una data regione dello spazio..
Il ruolo degli aghi della bussola può essere svolto con successo dalla limatura di ferro: in un campo magnetico, le piccole limature vengono magnetizzate e si comportano esattamente come gli aghi magnetici.
Quindi, dopo aver versato limatura di ferro attorno a un magnete permanente, vedremo approssimativamente la seguente immagine delle linee del campo magnetico (Fig. 1).
Riso. 1. Campo magnetico permanente
Il polo nord del magnete è indicato in blu e la lettera ; il polo sud - in rosso e la lettera . Nota che le linee di campo escono dal polo nord del magnete ed entrano nel polo sud, perché è verso il polo sud del magnete che punterà l'estremità nord dell'ago della bussola.
L'esperienza di Oersted
Sebbene elettrico e fenomeni magnetici erano noti alle persone fin dall'antichità, nessuna relazione tra loro è stata osservata per molto tempo. Per diversi secoli, la ricerca sull'elettricità e sul magnetismo è andata avanti in parallelo e indipendentemente l'una dall'altra.
Il fatto straordinario che i fenomeni elettrici e magnetici siano effettivamente correlati tra loro fu scoperto per la prima volta nel 1820 nel famoso esperimento di Oersted.
Lo schema dell'esperimento di Oersted è mostrato in fig. 2 (immagine da rt.mipt.ru). Sopra l'ago magnetico (e - i poli nord e sud della freccia) c'è un conduttore metallico collegato a una sorgente di corrente. Se chiudi il circuito, la freccia diventa perpendicolare al conduttore!
Questo semplice esperimento indicava direttamente la relazione tra elettricità e magnetismo. Gli esperimenti che seguirono l'esperienza di Oersted stabilirono fermamente il seguente schema: il campo magnetico è generato da correnti elettriche e agisce sulle correnti.
Riso. 2. L'esperimento di Oersted
L'immagine delle linee del campo magnetico generato da un conduttore con corrente dipende dalla forma del conduttore.
Campo magnetico di un filo rettilineo con corrente
Le linee del campo magnetico di un filo rettilineo percorso da corrente sono cerchi concentrici. I centri di questi cerchi giacciono sul filo ei loro piani sono perpendicolari al filo (Fig. 3).
Riso. 3. Campo di un filo diretto con corrente
Esistono due regole alternative per determinare la direzione delle linee del campo magnetico in corrente continua.
regola della lancetta delle ore. Le linee di campo vanno in senso antiorario se viste in modo che la corrente fluisca verso di noi..
regola della vite(O regola del succhiello, O regola del cavatappi- è più vicino a qualcuno ;-)). Le linee di campo vanno dove la vite (con filettatura destra convenzionale) deve essere girata per muoversi lungo la filettatura nella direzione della corrente.
Usa la regola che ti si addice meglio. È meglio abituarsi alla regola in senso orario: vedrai di persona in seguito che è più universale e più facile da usare (e poi ricordalo con gratitudine nel tuo primo anno quando studi geometria analitica).
Sulla fig. 3, è apparso anche qualcosa di nuovo: questo è un vettore, che si chiama induzione del campo magnetico, O induzione magnetica. Il vettore di induzione magnetica è un analogo del vettore di intensità del campo elettrico: serve caratteristica di potenza campo magnetico, determinando la forza con cui il campo magnetico agisce sulle cariche in movimento.
Parleremo delle forze in un campo magnetico più avanti, ma per ora noteremo solo che l'intensità e la direzione del campo magnetico sono determinate dal vettore di induzione magnetica. In ogni punto nello spazio, il vettore è diretto nella stessa direzione dell'estremità nord dell'ago della bussola posto in questo punto, cioè tangente alla linea del campo nella direzione di questa linea. L'induzione magnetica è misurata in teslach(TI).
Come nel caso di un campo elettrico, per l'induzione di un campo magnetico, principio di sovrapposizione. Sta nel fatto che l'induzione di campi magnetici creati in un dato punto da varie correnti viene aggiunta vettorialmente e fornisce il vettore risultante di induzione magnetica:.
Il campo magnetico di una bobina con corrente
Considera una bobina circolare attraverso la quale circola una corrente continua. Non mostriamo la sorgente che crea la corrente nella figura.
L'immagine delle linee del campo del nostro turno avrà approssimativamente la seguente forma (Fig. 4).
Riso. 4. Campo della bobina con corrente
Sarà importante per noi poter determinare in quale semispazio (rispetto al piano della bobina) è diretto il campo magnetico. Ancora una volta abbiamo due regole alternative.
regola della lancetta delle ore. Le linee di campo vanno lì, guardando da dove la corrente sembra circolare in senso antiorario.
regola della vite. Le linee di campo vanno dove la vite (con filettatura destrorsa convenzionale) si muoverebbe se ruotata nella direzione della corrente.
Come puoi vedere, i ruoli della corrente e del campo sono invertiti rispetto alle formulazioni di queste regole per il caso della corrente continua.
Il campo magnetico di una bobina con corrente
Bobina risulterà, se stretto, da bobina a bobina, avvolgere il filo in una spirale sufficientemente lunga (Fig. 5 - immagine dal sito en.wikipedia.org). La bobina può avere diverse decine, centinaia o addirittura migliaia di spire. La bobina è anche chiamata solenoide.
Riso. 5. Bobina (solenoide)
Il campo magnetico di un giro, come sappiamo, non sembra molto semplice. Campi? le singole spire della bobina si sovrappongono l'una all'altra e sembrerebbe che il risultato dovrebbe essere un'immagine molto confusa. Tuttavia, non è così: il campo di una bobina lunga ha una struttura inaspettatamente semplice (Fig. 6).
Riso. 6. campo bobina con corrente
In questa figura, la corrente nella bobina va in senso antiorario se vista da sinistra (questo accadrà se, in Fig. 5, l'estremità destra della bobina è collegata al "più" della sorgente di corrente e l'estremità sinistra a il “meno”). Vediamo che il campo magnetico della bobina ha due proprietà caratteristiche.
1. All'interno della bobina, lontano dai suoi bordi, si trova il campo magnetico omogeneo: in ogni punto, il vettore di induzione magnetica è lo stesso in grandezza e direzione. Le linee di campo sono rette parallele; si piegano solo vicino ai bordi della bobina quando escono.
2. Fuori dalla bobina, il campo è vicino allo zero. Maggiore è il numero di spire nella bobina, più debole è il campo al di fuori di essa.
Si noti che una bobina infinitamente lunga non emette affatto un campo: non c'è campo magnetico al di fuori della bobina. All'interno di una tale bobina, il campo è uniforme ovunque.
Non ti ricorda niente? Una bobina è la controparte "magnetica" di un condensatore. Ti ricordi che un condensatore crea un omogeneo campo elettrico, le cui linee sono piegate solo vicino ai bordi delle piastre, e all'esterno del condensatore, il campo è vicino allo zero; un condensatore con infinite armature non rilascia affatto il campo, e il campo è uniforme ovunque al suo interno.
E ora - l'osservazione principale. Si confronti, per favore, l'immagine delle linee del campo magnetico all'esterno della bobina (Fig. 6) con le linee del campo del magnete in Fig. 1 . È la stessa cosa, vero? E ora arriviamo a una domanda che probabilmente hai avuto molto tempo fa: se un campo magnetico è generato da correnti e agisce sulle correnti, allora qual è la ragione della comparsa di un campo magnetico vicino a un magnete permanente? Dopotutto, questo magnete non sembra essere un conduttore di corrente!
L'ipotesi di Ampère. Correnti elementari
Inizialmente si pensava che l'interazione dei magneti fosse dovuta a speciali cariche magnetiche concentrate ai poli. Ma, a differenza dell'elettricità, nessuno potrebbe isolare la carica magnetica; del resto, come abbiamo già detto, non è stato possibile ottenere separatamente i poli nord e sud del magnete - i poli sono sempre presenti nel magnete in coppia.
I dubbi sulle cariche magnetiche furono aggravati dall'esperienza di Oersted, quando si scoprì che il campo magnetico è generato da una corrente elettrica. Inoltre, si è scoperto che per qualsiasi magnete è possibile scegliere un conduttore con una corrente della configurazione appropriata, tale che il campo di questo conduttore coincida con il campo del magnete.
Ampere ha avanzato un'ipotesi audace. Non ci sono cariche magnetiche. L'azione di un magnete è spiegata da correnti elettriche chiuse al suo interno..
Quali sono queste correnti? Questi correnti elementari circolare all'interno di atomi e molecole; sono associati al movimento degli elettroni nelle orbite atomiche. Il campo magnetico di qualsiasi corpo è costituito dai campi magnetici di queste correnti elementari.
Le correnti elementari possono essere posizionate in modo casuale l'una rispetto all'altra. Quindi i loro campi si annullano a vicenda e il corpo non mostra proprietà magnetiche.
Ma se le correnti elementari sono coordinate, i loro campi, sommandosi, si rafforzano a vicenda. Il corpo diventa un magnete (Fig. 7; il campo magnetico sarà diretto verso di noi; anche il polo nord del magnete sarà diretto verso di noi).
Riso. 7. Correnti magnetiche elementari
L'ipotesi di Ampere sulle correnti elementari ha chiarito le proprietà dei magneti: riscaldare e scuotere un magnete distrugge la disposizione delle sue correnti elementari e le proprietà magnetiche si indeboliscono. L'inseparabilità dei poli del magnete è diventata evidente: nel punto in cui il magnete è stato tagliato, alle estremità otteniamo le stesse correnti elementari. La capacità di un corpo di essere magnetizzato in un campo magnetico si spiega con l'allineamento coordinato di correnti elementari che “girano” opportunamente (leggi sulla rotazione di una corrente circolare in un campo magnetico nel foglio successivo).
L'ipotesi di Ampère si è rivelata corretta - ha dimostrato ulteriori sviluppi fisica. Il concetto di correnti elementari è diventato parte integrante della teoria dell'atomo, sviluppata già nel Novecento - quasi cento anni dopo la geniale congettura di Ampère.
Senza dubbio, le linee del campo magnetico sono ormai note a tutti. Almeno, anche a scuola, la loro manifestazione è dimostrata nelle lezioni di fisica. Ricordi come un insegnante ha messo un magnete permanente (o anche due, combinando l'orientamento dei loro poli) sotto un foglio di carta, e sopra ha versato la limatura di metallo presa in un'aula di addestramento al lavoro? È abbastanza chiaro che il metallo doveva essere tenuto sul foglio, ma è stato osservato qualcosa di strano: erano chiaramente tracciate delle linee lungo le quali si allineava la segatura. Avviso: non uniformemente, ma a strisce. Queste sono le linee del campo magnetico. O meglio, la loro manifestazione. Cosa è successo allora e come si spiega?
Partiamo da lontano. Insieme a noi nel mondo fisico, il visibile coesiste tipo speciale materia - campo magnetico. Assicura l'interazione di particelle elementari in movimento o corpi più grandi che hanno una carica elettrica o una carica elettrica naturale e non solo sono interconnessi tra loro, ma spesso si generano da soli. Ad esempio, un filo percorso da una corrente elettrica crea attorno a sé delle linee di campo magnetico. È vero anche il contrario: l'azione dei campi magnetici alternati su un circuito conduttore chiuso crea in esso un movimento di portatori di carica. Quest'ultima proprietà viene utilizzata nei generatori che forniscono energia elettrica a tutti i consumatori. Un esempio lampante campi elettromagnetici - luce.
Le linee di forza del campo magnetico attorno al conduttore ruotano o, il che è anche vero, sono caratterizzate da un vettore diretto di induzione magnetica. Il senso di rotazione è determinato dalla regola del succhiello. Le linee indicate sono una convenzione, poiché il campo si estende uniformemente in tutte le direzioni. Il fatto è che può essere rappresentato come un numero infinito di linee, alcune delle quali hanno una tensione più pronunciata. Ecco perché alcune "linee" sono chiaramente tracciate e segatura. È interessante notare che le linee di forza del campo magnetico non vengono mai interrotte, quindi è impossibile dire inequivocabilmente dove sia l'inizio e dove sia la fine.
Nel caso di un magnete permanente (o di un elettromagnete ad esso simile), i poli sono sempre due, convenzionalmente denominati Nord e Sud. Le linee menzionate in questo caso sono anelli e ovali che collegano entrambi i poli. A volte questo è descritto in termini di monopoli interagenti, ma poi sorge una contraddizione, secondo la quale i monopoli non possono essere separati. Cioè, qualsiasi tentativo di dividere il magnete si tradurrà in diverse parti bipolari.
Di grande interesse sono le proprietà delle linee di forza. Abbiamo già parlato di continuità, ma la capacità di creare una corrente elettrica in un conduttore è di interesse pratico. Il significato di ciò è il seguente: se il circuito conduttore è attraversato da linee (o il conduttore stesso si muove in un campo magnetico), viene impartita ulteriore energia agli elettroni nelle orbite esterne degli atomi del materiale, consentendo loro per iniziare il movimento diretto indipendente. Si può dire che il campo magnetico sembra "eliminare" le particelle cariche da reticolo cristallino. Questo fenomeno è stato nominato induzione elettromagnetica ed è attualmente il modo principale per ottenere primario energia elettrica. Fu scoperto sperimentalmente nel 1831 dal fisico inglese Michael Faraday.
Lo studio dei campi magnetici iniziò già nel 1269, quando P. Peregrine scoprì l'interazione di un magnete sferico con aghi d'acciaio. Quasi 300 anni dopo, W. G. Colchester suggerì di essere lui stesso un enorme magnete con due poli. Inoltre, i fenomeni magnetici sono stati studiati da scienziati famosi come Lorentz, Maxwell, Ampère, Einstein, ecc.
Capiamo insieme cos'è un campo magnetico. Dopotutto, molte persone vivono in questo campo per tutta la vita e non ci pensano nemmeno. È ora di aggiustarlo!
Un campo magnetico
Un campo magneticoè un tipo speciale di materia. Si manifesta nell'azione su cariche elettriche in movimento e corpi che hanno un proprio momento magnetico ( magneti permanenti).
Importante: un campo magnetico non agisce su cariche stazionarie! Un campo magnetico viene creato anche dal movimento di cariche elettriche, o da un campo elettrico variabile nel tempo, o dai momenti magnetici degli elettroni negli atomi. Cioè, qualsiasi filo attraverso il quale scorre la corrente diventa anche un magnete!
Un corpo che ha un proprio campo magnetico.
Un magnete ha poli chiamati nord e sud. Le denominazioni "settentrionale" e "meridionale" sono date solo per comodità (come "più" e "meno" nell'elettricità).
Il campo magnetico è rappresentato da forzare le linee magnetiche. Le linee di forza sono continue e chiuse, e la loro direzione coincide sempre con la direzione delle forze del campo. Se i trucioli metallici sono sparsi attorno a un magnete permanente, le particelle metalliche mostreranno un'immagine chiara delle linee del campo magnetico che emergono dal nord ed entrano nel polo sud. Caratteristica grafica del campo magnetico - linee di forza.
Caratteristiche del campo magnetico
Le caratteristiche principali del campo magnetico sono induzione magnetica, flusso magnetico E permeabilità magnetica. Ma parliamo di tutto con ordine.
Immediatamente, notiamo che tutte le unità di misura sono fornite nel sistema SI.
Induzione magnetica B – vettore quantità fisica, che è la principale potenza caratteristica del campo magnetico. Indicato per lettera B . L'unità di misura dell'induzione magnetica - Tesla (Tl).
L'induzione magnetica indica quanto è forte un campo determinando la forza con cui agisce su una carica. Questa forza è chiamata Forza di Lorentz.
Qui Q - carica, v - la sua velocità in un campo magnetico, B - induzione, F è la forza di Lorentz con cui il campo agisce sulla carica.
F- una quantità fisica pari al prodotto dell'induzione magnetica per l'area del contorno e il coseno tra il vettore di induzione e la normale al piano del contorno attraverso il quale passa il flusso. Il flusso magnetico è una caratteristica scalare di un campo magnetico.
Possiamo dire che il flusso magnetico caratterizza il numero di linee di induzione magnetica che penetrano in un'area unitaria. Il flusso magnetico è misurato in Weberach (WB).
Permeabilità magneticaè il coefficiente che determina le proprietà magnetiche del mezzo. Uno dei parametri da cui dipende l'induzione magnetica del campo è la permeabilità magnetica.
Il nostro pianeta è stato un enorme magnete per diversi miliardi di anni. L'induzione del campo magnetico terrestre varia a seconda delle coordinate. All'equatore, è circa 3,1 volte 10 alla meno quinta potenza di Tesla. Inoltre, ci sono anomalie magnetiche, dove il valore e la direzione del campo differiscono significativamente dalle aree vicine. Una delle più grandi anomalie magnetiche del pianeta - Kursk E Anomalia magnetica brasiliana.
L'origine del campo magnetico terrestre è ancora un mistero per gli scienziati. Si presume che la sorgente del campo sia il nucleo di metallo liquido della Terra. Il nucleo è in movimento, il che significa che la lega di ferro-nichel fusa si sta muovendo e il movimento delle particelle cariche è la corrente elettrica che genera il campo magnetico. Il problema è che questa teoria geodinamo) non spiega come il campo sia mantenuto stabile.
La terra è un enorme dipolo magnetico. I poli magnetici non coincidono con quelli geografici, sebbene siano molto vicini. Inoltre, i poli magnetici della Terra si stanno muovendo. Il loro spostamento è stato registrato dal 1885. Ad esempio, negli ultimi cento anni, il polo magnetico nell'emisfero australe si è spostato di quasi 900 chilometri e ora si trova nell'Oceano Antartico. Il polo dell'emisfero artico si sta spostando attraverso l'Oceano Artico verso l'anomalia magnetica della Siberia orientale, la velocità del suo movimento (secondo i dati del 2004) era di circa 60 chilometri all'anno. Ora c'è un'accelerazione del movimento dei poli: in media, la velocità cresce di 3 chilometri all'anno.
Qual è il significato del campo magnetico terrestre per noi? Innanzitutto il campo magnetico terrestre protegge il pianeta dai raggi cosmici e dal vento solare. Le particelle cariche provenienti dallo spazio profondo non cadono direttamente a terra, ma vengono deviate da un gigantesco magnete e si muovono lungo le sue linee di forza. Pertanto, tutti gli esseri viventi sono protetti dalle radiazioni nocive.
Durante la storia della Terra, ce ne sono stati diversi inversioni(cambiamenti) dei poli magnetici. Inversione di paloè quando cambiano posto. L'ultima volta che questo fenomeno si è verificato circa 800 mila anni fa, e ci sono state più di 400 inversioni geomagnetiche nella storia della Terra.Alcuni scienziati ritengono che, data l'accelerazione osservata del movimento dei poli magnetici, la prossima inversione polare dovrebbe essere previsto nei prossimi duemila anni.
Fortunatamente, nel nostro secolo non è prevista alcuna inversione di polarità. Quindi, puoi pensare alla piacevole e goderti la vita nel buon vecchio campo costante della Terra, considerando le principali proprietà e caratteristiche del campo magnetico. E affinché tu possa farlo, ci sono i nostri autori, a cui possono essere affidati alcuni dei problemi educativi con fiducia nel successo! e altri tipi di lavoro che puoi ordinare al link.
UN CAMPO MAGNETICO. FONDAMENTI DI CONTROLLO A FERROSONDE
Viviamo nel campo magnetico terrestre. La manifestazione del campo magnetico è che l'ago della bussola magnetica mostra costantemente la direzione verso nord. lo stesso risultato si può ottenere ponendo l'ago della bussola magnetica tra i poli di un magnete permanente (Figura 34).
Figura 34 - Orientamento dell'ago magnetico vicino ai poli del magnete
Di solito uno dei poli del magnete (sud) è indicato dalla lettera S, un'altra - (settentrionale) - lettera N. La Figura 34 mostra due posizioni dell'ago magnetico. In ogni posizione vengono attratti i poli opposti della freccia e del magnete. Pertanto, la direzione dell'ago della bussola è cambiata non appena l'abbiamo spostata dalla posizione 1 in posizione 2 . La ragione dell'attrazione per il magnete e il giro della freccia è il campo magnetico. Girare la freccia mentre si sposta verso l'alto e verso destra mostra che la direzione del campo magnetico in diversi punti nello spazio non rimane invariata.
La figura 35 mostra il risultato di un esperimento con polvere magnetica spruzzata su un foglio di carta spessa, che si trova sopra i poli di un magnete. Si può vedere che le particelle di polvere formano linee.
Le particelle di polvere, entrando in un campo magnetico, vengono magnetizzate. Ogni particella ha un polo nord e un polo sud. Le particelle di polvere vicine non solo ruotano nel campo del magnete, ma si attaccano anche l'una all'altra, allineandosi in linee. Queste linee sono chiamate linee del campo magnetico.
Figura 35 Disposizione delle particelle di polvere magnetica su un foglio di carta situato sopra i poli di un magnete
Posizionando un ago magnetico vicino a tale linea, puoi vedere che la freccia si trova tangenzialmente. in numeri 1 , 2 , 3 La figura 35 mostra l'orientamento dell'ago magnetico nei punti corrispondenti. In prossimità dei poli, la densità della polvere magnetica è maggiore che in altri punti del foglio. Ciò significa che la grandezza del campo magnetico ha un valore massimo. Pertanto, il campo magnetico in ciascun punto è determinato dal valore della quantità che caratterizza il campo magnetico e dalla sua direzione. Tali quantità sono chiamate vettori.
Posizioniamo la parte in acciaio tra i poli del magnete (Figura 36). La direzione delle linee di campo nella parte è indicata dalle frecce. Anche le linee del campo magnetico appariranno nella parte, solo che ce ne saranno molte di più che nell'aria.
Figura 36 Magnetizzazione di una parte con una forma semplice
Il fatto è che la parte in acciaio contiene ferro, costituito da micromagneti, chiamati domini. L'applicazione di un campo magnetizzante al dettaglio porta al fatto che iniziano ad orientarsi nella direzione di questo campo e ad amplificarlo molte volte. Si può vedere che le linee di forza nella parte sono parallele tra loro, mentre il campo magnetico è costante. Un campo magnetico, che è caratterizzato da linee di forza rette parallele disegnate con la stessa densità, è chiamato omogeneo.
10.2 Grandezze magnetiche
La grandezza fisica più importante che caratterizza il campo magnetico è il vettore di induzione magnetica, che di solito viene indicato IN. Per ogni grandezza fisica è consuetudine indicare la sua dimensione. Quindi, l'unità di forza attuale è Ampere (A), l'unità di induzione magnetica è Tesla (Tl). L'induzione magnetica nelle parti magnetizzate di solito è compresa tra 0,1 e 2,0 T.
Un ago magnetico posto in un campo magnetico uniforme ruoterà. Il momento delle forze che lo fanno ruotare attorno al suo asse è proporzionale all'induzione magnetica. L'induzione magnetica caratterizza anche il grado di magnetizzazione del materiale. Le linee di forza mostrate nelle figure 34, 35 caratterizzano la variazione dell'induzione magnetica nell'aria e nel materiale (dettagli).
L'induzione magnetica determina il campo magnetico in ogni punto dello spazio. Per caratterizzare il campo magnetico su una superficie (ad esempio, nel piano della sezione trasversale della parte), viene utilizzata un'altra quantità fisica, che si chiama flusso magnetico ed è indicata Φ.
Sia una parte uniformemente magnetizzata (Figura 36) caratterizzata dal valore dell'induzione magnetica IN, l'area della sezione trasversale della parte è uguale a S, quindi il flusso magnetico è determinato dalla formula:
L'unità di misura del flusso magnetico è Weber (Wb).
Considera un esempio. L'induzione magnetica nella parte è 0,2 T, l'area della sezione trasversale è 0,01 m 2. Quindi il flusso magnetico è 0,002 Wb.
Poniamo una lunga barra cilindrica di ferro in un campo magnetico uniforme. Lascia che l'asse di simmetria dell'asta coincida con la direzione delle linee di forza. Quindi l'asta sarà magnetizzata quasi ovunque in modo uniforme. L'induzione magnetica nell'asta sarà molto maggiore che nell'aria. Il rapporto di induzione magnetica nel materiale B m all'induzione magnetica in aria dentro dentro si chiama permeabilità magnetica:
μ=B m / B pollici. (10.2)
La permeabilità magnetica è una quantità adimensionale. Per vari gradi di acciaio, la permeabilità magnetica varia da 200 a 5.000.
L'induzione magnetica dipende dalle proprietà del materiale, il che complica i calcoli tecnici dei processi magnetici. Pertanto, è stata introdotta una quantità ausiliaria, che non dipende dalle proprietà magnetiche del materiale. Si chiama vettore del campo magnetico ed è indicato H. L'unità di misura dell'intensità del campo magnetico è Ampere/metro (A/m). Durante i test magnetici non distruttivi delle parti, l'intensità del campo magnetico varia da 100 a 100.000 A/m.
Tra induzione magnetica dentro dentro e intensità del campo magnetico H nell'aria c'è una semplice relazione:
 â =μ 0 H, (10.3)
Dove μ0 = 4π 10 –7 Henry/metro - costante magnetica.
L'intensità del campo magnetico e l'induzione magnetica nel materiale sono correlate dalla relazione:
B=μμ 0 H (10.4)
Intensità del campo magnetico H - vettore. Nei test fluxgate, è necessario determinare i componenti di questo vettore sulla superficie del pezzo. Questi componenti possono essere determinati utilizzando la Figura 37. Qui la superficie della parte è presa come un piano xy, asse z.z perpendicolare a questo piano.
Figura 1.4 dall'alto del vettore H caduto perpendicolarmente al piano x,y. Un vettore viene tracciato dall'origine delle coordinate al punto di intersezione della perpendicolare e del piano H che è chiamata la componente tangenziale dell'intensità del campo magnetico del vettore H . Eliminare le perpendicolari dal vertice del vettore H sull'asse X E si, definire le proiezioni H x E ciao vettore H. Proiezione H per asse z.zè chiamata la componente normale dell'intensità del campo magnetico H n . Nei test magnetici, vengono spesso misurate le componenti tangenziale e normale dell'intensità del campo magnetico.
Figura 37 Il vettore del campo magnetico e la sua proiezione sulla superficie del pezzo
10.3 Curva di magnetizzazione e ciclo di isteresi
Consideriamo la variazione dell'induzione magnetica di un materiale ferromagnetico inizialmente smagnetizzato con un graduale aumento dell'intensità del campo magnetico esterno. Un grafico che riflette questa dipendenza è mostrato in Figura 38 ed è chiamato curva di magnetizzazione iniziale. Nella regione dei campi magnetici deboli, la pendenza di questa curva è relativamente piccola, quindi inizia ad aumentare, raggiungendo un valore massimo. A valori ancora più elevati dell'intensità del campo magnetico, la pendenza diminuisce in modo tale che il cambiamento nell'induzione magnetica diventa insignificante con l'aumentare del campo - si verifica la saturazione magnetica, che è caratterizzata dal valore BS. La figura 39 mostra la dipendenza della permeabilità magnetica dall'intensità del campo magnetico. Questa dipendenza è caratterizzata da due valori: iniziale μ n e massima μ m permeabilità magnetica. Nella regione di forti campi magnetici, la permeabilità diminuisce con l'aumentare del campo. Con un ulteriore aumento del campo magnetico esterno, la magnetizzazione del campione praticamente non cambia e l'induzione magnetica cresce solo a causa del campo esterno .
Figura 38 Curva di magnetizzazione iniziale
Figura 39 Dipendenza della permeabilità dall'intensità del campo magnetico
Induzione di saturazione magnetica BS dipende principalmente da Composizione chimica materiale e per gli acciai strutturali ed elettrici è 1,6-2,1 T. La permeabilità magnetica dipende non solo dalla composizione chimica, ma anche dal trattamento termico e meccanico.
.
Figura 40 Ciclo di isteresi limite (1) e parziale (2).
Secondo l'entità della forza coercitiva, i materiali magnetici sono divisi in magnetici morbidi (H c< 5 000 А/м) и магнитотвердые (H c >5 000 A/m).
Per i materiali magnetici morbidi, sono necessari campi relativamente piccoli per raggiungere la saturazione. I materiali magnetici duri sono difficili da magnetizzare e rimagnetizzare.
La maggior parte degli acciai strutturali sono materiali magnetici dolci. Per l'acciaio elettrico e le leghe speciali, la forza coercitiva è 1-100 A / m, per gli acciai strutturali - non più di 5.000 A / m. I dispositivi collegati con magneti permanenti utilizzano materiali magnetici duri.
Durante l'inversione di magnetizzazione, il materiale è nuovamente saturo, ma il valore di induzione ha un segno diverso (– BS) corrispondente all'intensità negativa del campo magnetico. Con un successivo aumento dell'intensità del campo magnetico verso valori positivi, l'induzione cambierà lungo un'altra curva, chiamata ramo ascendente della spira. Entrambi i rami: discendente e ascendente, formano una curva chiusa, chiamata anello di isteresi magnetica limite. L'anello limite ha una forma simmetrica e corrisponde a valore massimo induzione magnetica pari a BS. Con una variazione simmetrica dell'intensità del campo magnetico entro limiti inferiori, l'induzione cambierà lungo un nuovo anello. Questo anello si trova completamente all'interno dell'anello limite ed è chiamato anello parziale simmetrico (Figura 40).
Vengono riprodotti i parametri del loop di isteresi magnetica limitante ruolo importante con controllo fluxgate. A alti valori induzione residua e forza coercitiva, è possibile controllare pre-magnetizzando il materiale della parte a saturazione, seguita dallo spegnimento della sorgente di campo. La magnetizzazione della parte sarà sufficiente per rilevare i difetti.
Allo stesso tempo, il fenomeno dell'isteresi porta alla necessità di controllare lo stato magnetico. In assenza di smagnetizzazione, il materiale della parte può trovarsi in uno stato corrispondente all'induzione - Br. Quindi, attivando il campo magnetico di polarità positiva, ad esempio uguale a hc, puoi persino smagnetizzare la parte, anche se dovremmo magnetizzarla.
Importanza ha anche permeabilità magnetica. Più μ , minore è il valore richiesto dell'intensità del campo magnetico per magnetizzare la parte. Pertanto, i parametri tecnici del dispositivo di magnetizzazione devono essere coerenti con i parametri magnetici dell'oggetto di prova.
10.4 Campo magnetico disperso dei difetti
Il campo magnetico di una parte difettosa ha le sue caratteristiche. Prendi un anello di acciaio magnetizzato (parte) con uno spazio stretto. Questa lacuna può essere considerata un difetto della parte. Se copri l'anello con un foglio di carta riempito di polvere magnetica, puoi vedere un'immagine simile a quella mostrata nella Figura 35. Il foglio di carta si trova all'esterno dell'anello, e nel frattempo le particelle di polvere si allineano lungo determinate linee. Pertanto, le linee di forza del campo magnetico passano parzialmente all'esterno del pezzo, scorrendo attorno al difetto. Questa parte del campo magnetico è chiamata campo di dispersione del difetto.
La Figura 41 mostra una lunga crepa nella parte, situata perpendicolarmente alle linee del campo magnetico, e un modello di linee del campo vicino al difetto.
Figura 41 Flusso attorno a una fessura superficiale mediante linee di forza
Si può vedere che le linee del campo magnetico scorrono attorno alla fessura all'interno e all'esterno del pezzo. La formazione di un campo magnetico vagante a causa di un difetto nel sottosuolo può essere spiegata utilizzando la Figura 42, che mostra una sezione di una parte magnetizzata. Le linee di campo dell'induzione magnetica si riferiscono a una delle tre sezioni della sezione trasversale: sopra il difetto, nella zona del difetto e sotto il difetto. Il prodotto dell'induzione magnetica e dell'area della sezione trasversale determina il flusso magnetico. I componenti del flusso magnetico totale in queste aree sono designati come Φ 1 ,.., Parte del flusso magnetico F2, scorrerà sopra e sotto la sezione S2. Pertanto, i flussi magnetici nelle sezioni trasversali S1 E S3 sarà maggiore di quella di una parte priva di difetti. Lo stesso si può dire dell'induzione magnetica. Un altro caratteristica importante linee di campo di induzione magnetica è la loro curvatura sopra e sotto il difetto. Di conseguenza, alcune delle linee di forza fuoriescono dal pezzo, creando un campo magnetico vagante del difetto.
3 .
Figura 42 Campo disperso di un difetto del sottosuolo
Il campo magnetico disperso può essere quantificato dal flusso magnetico che lascia la parte, che è chiamato flusso disperso. Il flusso magnetico di dispersione è tanto maggiore quanto maggiore è il flusso magnetico Φ2 nella sezione S2. Area della sezione trasversale S2 proporzionale al coseno dell'angolo , mostrato in Figura 42. A = 90° quest'area è uguale a zero, a =0° conta di più.
Pertanto, per rilevare i difetti, è necessario che le linee di forza dell'induzione magnetica nella zona di controllo del pezzo siano perpendicolari al piano del presunto difetto.
La distribuzione del flusso magnetico sulla sezione della parte difettosa è simile alla distribuzione del flusso d'acqua in un canale con barriera. L'altezza dell'onda nella zona di una barriera completamente sommersa sarà tanto maggiore quanto più la cresta della barriera è vicina alla superficie dell'acqua. Allo stesso modo, il difetto sotto la superficie della parte è più facile da rilevare, minore è la profondità della sua occorrenza.
10.5 Rilevamento dei difetti
Per rilevare i difetti è necessario un dispositivo che consenta di determinare le caratteristiche del campo di dispersione del difetto. Questo campo magnetico può essere determinato dai componenti H x, H y, H z.
Tuttavia, i campi vaganti possono essere causati non solo da un difetto, ma anche da altri fattori: la disomogeneità strutturale del metallo, un brusco cambiamento nella sezione trasversale (in dettaglio forma complessa), lavorazione, urti, rugosità superficiale, ecc. Pertanto, l'analisi della dipendenza anche di una sola proiezione (ad esempio, hz) dalla coordinata spaziale ( X O si) può essere un compito difficile.
Considerare il campo magnetico vagante vicino al difetto (Figura 43). Qui è mostrata una crepa idealizzata infinitamente lunga con bordi lisci. È allungato lungo l'asse si, che è diretto nella figura verso di noi. I numeri 1, 2, 3, 4 mostrano come l'ampiezza e la direzione del vettore dell'intensità del campo magnetico cambiano quando ci si avvicina alla fessura da sinistra.
Figura 43 Campo magnetico disperso in prossimità di un difetto
Il campo magnetico viene misurato a una certa distanza dalla superficie del pezzo. La traiettoria lungo la quale vengono effettuate le misurazioni è indicata da una linea tratteggiata. Le grandezze e le direzioni dei vettori a destra della fessura possono essere costruite in modo simile (o utilizzare la simmetria della figura). A destra dell'immagine del campo vagante, un esempio della posizione spaziale del vettore H e due dei suoi componenti H x E hz . Grafici di dipendenza dalla proiezione H x E hz campi vaganti dalla coordinata X mostrato di seguito.
Sembrerebbe che cercando un estremo H x o zero Hz , si possa trovare un difetto. Ma come notato sopra, i campi vaganti si formano non solo da difetti, ma anche da disomogeneità strutturali del metallo, da tracce di influenze meccaniche, ecc.
Consideriamo un'immagine semplificata della formazione di campi vaganti su una parte semplice (Figura 44) simile a quella mostrata nella Figura 41, e grafici delle dipendenze di proiezione Hz , H x dalla coordinata X(il difetto è allungato lungo l'asse si).
Grafici di dipendenza H x E hz da Xè molto difficile rilevare un difetto, poiché i valori degli estremi H x E hz su un difetto e su disomogeneità sono paragonabili.
La via d'uscita è stata trovata quando si è scoperto che nell'area del difetto velocità massima la variazione (inclinazione) dell'intensità del campo magnetico di alcune coordinate è maggiore di altri massimi.
La Figura 44 mostra che la pendenza massima del grafico Hz (x) tra punti x 1 E x2(cioè, nell'area del difetto) è molto più grande che in altri luoghi.
Pertanto, il dispositivo non dovrebbe misurare la proiezione dell'intensità del campo, ma la "velocità" del suo cambiamento, ad es. il rapporto tra la differenza di proiezione in due punti adiacenti sopra la superficie della parte e la distanza tra questi punti:
(10.5)
Dove Hz (x 1), Hz (x 2)- valori di proiezione vettoriale H per asse z.z a punti x1, x2(a sinistra e a destra del difetto), Gz (x) comunemente indicato come il gradiente del campo magnetico.
Dipendenza Gz (x) mostrato in Figura 44. Distanza Dx \u003d x 2 - x 1 tra i punti in cui vengono misurate le proiezioni vettoriali H per asse Z, viene scelto tenendo conto delle dimensioni del campo di dispersione del difetto.
Come risulta dalla Figura 44, e questo è in buon accordo con la pratica, il valore del gradiente sul difetto è significativamente maggiore del suo valore sulle disomogeneità del metallo della parte. Questo è ciò che rende possibile registrare in modo affidabile un difetto superando il valore di soglia del gradiente (Figura 44).
Scegliendo il valore di soglia richiesto, è possibile ridurre gli errori di controllo ai valori minimi.
Figura 44 Linee di forza del campo magnetico del difetto e disomogeneità della parte metallica.
10.6 Metodo della ferrosonda
Il metodo fluxgate si basa sulla misurazione del gradiente di intensità del campo magnetico vagante creato da un difetto in un prodotto magnetizzato con un dispositivo fluxgate e sul confronto del risultato della misurazione con una soglia.
Al di fuori della parte controllata, c'è un certo campo magnetico che viene creato per magnetizzarla. L'uso di un rilevatore di difetti - gradiometro garantisce la selezione di un segnale causato da un difetto sullo sfondo di una componente piuttosto ampia dell'intensità del campo magnetico che cambia lentamente nello spazio.
Un rilevatore di difetti fluxgate utilizza un trasduttore che risponde alla componente del gradiente della componente normale dell'intensità del campo magnetico sulla superficie del pezzo. Il trasduttore del rilevatore di difetti contiene due aste parallele realizzate in una speciale lega magnetica morbida. Durante l'ispezione, le aste sono perpendicolari alla superficie della parte, cioè sono parallele alla componente normale dell'intensità del campo magnetico. Le aste hanno avvolgimenti identici attraverso i quali scorre una corrente alternata. Questi avvolgimenti sono collegati in serie. La corrente alternata crea componenti variabili dell'intensità del campo magnetico nelle aste. Queste componenti coincidono in grandezza e direzione. Inoltre, vi è una componente costante dell'intensità del campo magnetico della parte nella posizione di ciascuna asta. Valore Δx, che è inclusa nella formula (10.5), è uguale alla distanza tra gli assi delle aste ed è chiamata base del convertitore. La tensione di uscita del convertitore è determinata dalla differenza tra le tensioni alternate sugli avvolgimenti.
Poniamo il trasduttore rilevatore di difetti sulla sezione del pezzo senza difetto, dove i valori dell'intensità del campo magnetico nei punti x 1; x 2(vedi formula (10.5)) sono gli stessi. Ciò significa che il gradiente del campo magnetico è zero. Quindi le stesse componenti costanti e variabili dell'intensità del campo magnetico agiranno su ciascuna asta del convertitore. Questi componenti rimagnetizzeranno ugualmente le aste, quindi le tensioni sugli avvolgimenti sono uguali tra loro. La differenza di tensione che definisce il segnale di uscita è zero. Pertanto, il trasduttore rilevatore di difetti non risponde a un campo magnetico se non c'è gradiente.
Se il gradiente dell'intensità del campo magnetico non è uguale a zero, le aste si troveranno nello stesso campo magnetico alternato, ma le componenti costanti saranno diverse. Ogni asta viene rimagnetizzata alternando la corrente di avvolgimento da uno stato con induzione magnetica - A s a + A s Secondo la legge dell'induzione elettromagnetica, la tensione sull'avvolgimento può apparire solo quando cambia l'induzione magnetica. Pertanto, il periodo di oscillazione della corrente alternata può essere suddiviso in intervalli in cui l'asta è in saturazione e, quindi, la tensione sull'avvolgimento è zero, e in intervalli di tempo in cui non c'è saturazione, il che significa che la tensione è diversa da zero . In quei periodi di tempo in cui entrambe le aste non sono magnetizzate alla saturazione, sugli avvolgimenti compaiono le stesse tensioni. In questo momento, il segnale di uscita è zero. Lo stesso accadrà con la saturazione simultanea di entrambe le aste, quando non c'è tensione sugli avvolgimenti. La tensione di uscita appare quando un nucleo è in uno stato saturo e l'altro è in uno stato desaturato.
L'azione simultanea delle componenti costanti e variabili dell'intensità del campo magnetico porta al fatto che ciascun nucleo si trova in uno stato saturo per più di a lungo che nell'altro. Una saturazione più lunga corrisponde all'addizione delle componenti costanti e variabili dell'intensità del campo magnetico, a una più breve - sottrazione. La differenza tra intervalli di tempo che corrispondono ai valori di induzione magnetica + A s E - A s, dipende dall'intensità del campo magnetico costante. Considera lo stato con induzione magnetica + A s su due aste trasduttore. Diversi valori dell'intensità del campo magnetico nei punti x 1 E x 2 corrisponderà una diversa durata degli intervalli di saturazione magnetica delle aste. Maggiore è la differenza tra questi valori dell'intensità del campo magnetico, più gli intervalli di tempo differiscono. Durante quei periodi di tempo in cui un'asta è satura e l'altra è insatura, si verifica la tensione di uscita del convertitore. Questa tensione dipende dal gradiente di intensità del campo magnetico.
Quando sono collegati a due conduttori paralleli di corrente elettrica, si attraggono o si respingono, a seconda della direzione (polarità) della corrente collegata. Ciò è spiegato dall'apparizione di un tipo speciale di materia attorno a questi conduttori. Questa materia è chiamata campo magnetico (MF). La forza magnetica è la forza con cui i conduttori agiscono l'uno sull'altro.
La teoria del magnetismo è nata nell'antichità, nell'antica civiltà dell'Asia. A Magnesia, in montagna, hanno trovato una roccia speciale, i cui pezzi potevano essere attratti l'uno dall'altro. Con il nome del luogo, questa razza era chiamata "magneti". Una barra magnetica contiene due poli. Le sue proprietà magnetiche sono particolarmente pronunciate ai poli.
Un magnete appeso a un filo mostrerà i lati dell'orizzonte con i suoi poli. I suoi poli saranno rivolti a nord ea sud. La bussola funziona su questo principio. I poli opposti di due magneti si attraggono e i poli simili si respingono.
Gli scienziati hanno scoperto che un ago magnetizzato, situato vicino al conduttore, devia quando viene attraversato da una corrente elettrica. Ciò suggerisce che attorno ad esso si forma un MF.
Il campo magnetico influenza:
Cariche elettriche in movimento.
Sostanze chiamate ferromagneti: ferro, ghisa, loro leghe.
I magneti permanenti sono corpi che hanno un momento magnetico comune di particelle cariche (elettroni).
1 — Polo Sud magnete
2 - Polo nord del magnete
3 - MP sull'esempio della limatura metallica
4 - Direzione del campo magnetico
Le linee di campo compaiono quando un magnete permanente si avvicina a un foglio di carta su cui è versato uno strato di limatura di ferro. La figura mostra chiaramente i luoghi dei pali con linee di forza orientate.
Sorgenti di campo magnetico
- Campo elettrico che cambia nel tempo.
- spese mobili.
- magneti permanenti.
Conosciamo i magneti permanenti fin dall'infanzia. Erano usati come giocattoli che attiravano a sé varie parti metalliche. Erano attaccati al frigorifero, erano integrati in vari giocattoli.
Le cariche elettriche in movimento hanno spesso più energia magnetica dei magneti permanenti.
Proprietà
- capo segno distintivo e la proprietà del campo magnetico è la relatività. Se un corpo carico viene lasciato immobile in un certo quadro di riferimento e un ago magnetico viene posizionato nelle vicinanze, punterà verso nord e allo stesso tempo non "sentirà" un campo estraneo, ad eccezione del campo terrestre . E se il corpo carico inizia a muoversi vicino alla freccia, il campo magnetico apparirà attorno al corpo. Di conseguenza, diventa chiaro che la MF si forma solo quando si muove una certa carica.
- Il campo magnetico è in grado di influenzare e influenzare la corrente elettrica. Può essere rilevato monitorando il movimento degli elettroni carichi. In un campo magnetico, le particelle con una carica deviano, i conduttori con una corrente che scorre si muovono. Il telaio alimentato dalla corrente ruoterà e i materiali magnetizzati si sposteranno per una certa distanza. L'ago della bussola è spesso dipinto Colore blu. È una striscia di acciaio magnetizzato. La bussola è sempre orientata verso nord, poiché la Terra ha un campo magnetico. L'intero pianeta è come un grande magnete con i suoi poli.
Il campo magnetico non viene percepito dagli organi umani e può essere rilevato solo da appositi dispositivi e sensori. È variabile e permanente. Un campo alternato viene solitamente creato da speciali induttori che funzionano con corrente alternata. Un campo costante è formato da un campo elettrico costante.
Regole
Considera le regole di base per l'immagine di un campo magnetico per vari conduttori.
regola del succhiello
La linea di forza è rappresentata in un piano, che si trova ad un angolo di 90° rispetto al percorso della corrente in modo che in ogni punto la forza sia diretta tangenzialmente alla linea.
Per determinare la direzione delle forze magnetiche, è necessario ricordare la regola di un succhiello con filettatura destrorsa.
Il succhiello deve essere posizionato lungo lo stesso asse del vettore corrente, la maniglia deve essere ruotata in modo che il succhiello si muova nella direzione della sua direzione. In questo caso, l'orientamento delle linee viene determinato ruotando la maniglia del succhiello.
Regola del succhiello dell'anello
Il movimento traslatorio del succhiello nel conduttore, realizzato a forma di anello, mostra come è orientata l'induzione, la rotazione coincide con il flusso di corrente.
Le linee di forza hanno la loro continuazione all'interno del magnete e non possono essere aperte.
Un campo magnetico diverse fonti riassunti tra loro. In tal modo, creano un campo comune.
Magneti con lo stesso polo si respingono, mentre quelli con poli diversi si attraggono. Il valore della forza dell'interazione dipende dalla distanza tra loro. Man mano che i poli si avvicinano, la forza aumenta.
Parametri del campo magnetico
- Concatenamento del flusso ( Ψ ).
- Vettore di induzione magnetica ( IN).
- Flusso magnetico ( F).
L'intensità del campo magnetico è calcolata dalla dimensione del vettore di induzione magnetica, che dipende dalla forza F, ed è formato dalla corrente I attraverso un conduttore di lunghezza l: V \u003d F / (I * l).
L'induzione magnetica si misura in Tesla (Tl), in onore dello scienziato che studiò i fenomeni del magnetismo e si occupò dei loro metodi di calcolo. 1 T è uguale all'induzione del flusso magnetico da parte della forza 1 n sulla lunghezza 1 m conduttore dritto ad angolo 90 0 alla direzione del campo, con un flusso di corrente di un ampere:
1 T = 1 x H / (A x m).
regola della mano sinistra
La regola trova la direzione del vettore di induzione magnetica.
Se il palmo della mano sinistra è posizionato nel campo in modo che le linee del campo magnetico entrino nel palmo dal polo nord a 90° e 4 dita siano posizionate lungo la corrente, pollice mostra la direzione della forza magnetica.
Se il conduttore ha un'angolazione diversa, la forza dipenderà direttamente dalla corrente e dalla proiezione del conduttore su un piano ad angolo retto.
La forza non dipende dal tipo di materiale conduttore e dalla sua sezione trasversale. Se non c'è un conduttore e le cariche si muovono in un altro mezzo, la forza non cambierà.
Quando la direzione del vettore del campo magnetico in una direzione di una grandezza, il campo è chiamato uniforme. Diversi ambienti influenzano la dimensione del vettore di induzione.
flusso magnetico
L'induzione magnetica che passa attraverso una certa area S e limitata da quest'area è un flusso magnetico.
Se l'area ha una pendenza di un certo angolo α rispetto alla linea di induzione, il flusso magnetico viene ridotto della dimensione del coseno di questo angolo. Il suo valore massimo si forma quando l'area è perpendicolare all'induzione magnetica:
F \u003d B * S.
Il flusso magnetico è misurato in un'unità come "weber", che è uguale al flusso di induzione per il valore 1 t per zona in 1 m2.
Collegamento di flusso
Questo concetto è usato per creare significato generale flusso magnetico, che viene creato da un certo numero di conduttori situati tra i poli magnetici.
Quando la stessa corrente IO scorre attraverso l'avvolgimento con il numero di spire n, il flusso magnetico totale formato da tutte le spire è il concatenamento del flusso.
Collegamento di flusso Ψ misurato in weber, ed è uguale a: Ψ = n * F.
Proprietà magnetiche
La permeabilità determina quanto il campo magnetico in un particolare mezzo è inferiore o superiore all'induzione del campo nel vuoto. Una sostanza si dice magnetizzata se possiede un proprio campo magnetico. Quando una sostanza viene posta in un campo magnetico, si magnetizza.
Gli scienziati hanno determinato il motivo per cui i corpi acquisiscono proprietà magnetiche. Secondo l'ipotesi degli scienziati, ci sono sostanze all'interno correnti elettriche dimensioni microscopiche. Un elettrone ha il suo momento magnetico, che ha una natura quantistica, si muove lungo una certa orbita negli atomi. Sono queste piccole correnti che determinano le proprietà magnetiche.
Se le correnti si muovono in modo casuale, i campi magnetici da esse causati si autocompensano. Il campo esterno ordina le correnti, quindi si forma un campo magnetico. Questa è la magnetizzazione della sostanza.
Varie sostanze possono essere suddivise in base alle proprietà di interazione con i campi magnetici.
Sono divisi in gruppi:
Paramagneti- sostanze che hanno proprietà di magnetizzazione nella direzione del campo esterno, con una bassa possibilità di magnetismo. Hanno un'intensità di campo positiva. Queste sostanze includono cloruro ferrico, manganese, platino, ecc.
Ferrimagneti- sostanze con momenti magnetici sbilanciati in direzione e valore. Sono caratterizzati dalla presenza di antiferromagnetismo non compensato. L'intensità del campo e la temperatura influenzano la loro suscettività magnetica (vari ossidi).
ferromagneti- sostanze a suscettibilità positiva aumentata, a seconda dell'intensità e della temperatura (cristalli di cobalto, nichel, ecc.).
Diamagneti– hanno la proprietà di magnetizzazione nella direzione opposta del campo esterno, cioè, significato negativo suscettività magnetica, indipendente dall'intensità. In assenza di un campo, questa sostanza non avrà proprietà magnetiche. Queste sostanze includono: argento, bismuto, azoto, zinco, idrogeno e altre sostanze.
Antiferromagneti
- avere un momento magnetico bilanciato, con conseguente basso grado di magnetizzazione della sostanza. Quando riscaldati, subiscono una transizione di fase della sostanza, in cui sorgono proprietà paramagnetiche. Quando la temperatura scende al di sotto di un certo limite, tali proprietà non appariranno (cromo, manganese).
I magneti considerati sono anche classificati in altre due categorie:
Materiali magnetici morbidi
. Hanno una bassa forza coercitiva. In campi magnetici deboli, possono saturarsi. Durante il processo di inversione della magnetizzazione, hanno perdite insignificanti. Di conseguenza, tali materiali vengono utilizzati per la produzione di nuclei di dispositivi elettrici funzionanti a tensione alternata (, generatore,).
magnetico duro materiali. Hanno un maggior valore di forza coercitiva. Per rimagnetizzarli è necessario un forte campo magnetico. Tali materiali sono utilizzati nella produzione di magneti permanenti.
Proprietà magnetiche varie sostanze trovare il loro uso in progetti tecnici e invenzioni.
Circuiti magnetici
La combinazione di più sostanze magnetiche è chiamata circuito magnetico. Sono somiglianze e sono determinate da analoghe leggi della matematica.
Sulla base di circuiti magnetici, funzionano dispositivi elettrici, induttanze. In un elettromagnete funzionante, il flusso scorre attraverso un circuito magnetico costituito da materiale ferromagnetico e aria, che non è un ferromagnete. La combinazione di questi componenti è un circuito magnetico. Molti dispositivi elettrici contengono circuiti magnetici nel loro design.