I magneti si trovano comunemente in motori, dinamo, frigoriferi, carte di debito e di credito, nonché apparecchiature elettroniche come pickup per chitarre elettriche, altoparlanti stereo e dischi rigidi del computer. I magneti possono essere permanenti, formati naturalmente o elettromagneti. Un elettromagnete crea un campo magnetico quando una corrente elettrica passa attraverso una bobina di filo che avvolge un nucleo di ferro. Esistono diversi fattori che influenzano la forza di un campo magnetico e vari modi per determinare la forza del campo, ed entrambi sono discussi in questo articolo.
Fare un passo
Metodo 1 di 3: Determinazione dei fattori che influenzano l'intensità del campo magnetico
Passaggio 1. Considera le caratteristiche del magnete
Le proprietà dei magneti sono descritte utilizzando le seguenti caratteristiche:
- La forza del campo magnetico coercitivo, abbreviato come Hc. Questo simbolo riflette il punto di smagnetizzazione (perdita di campo magnetico) da parte di un altro campo magnetico. Più alto è il numero, più difficile sarà rimuovere il magnete.
- Densità di flusso magnetico residuo, abbreviato come Br. Questo è il flusso magnetico massimo che un magnete è in grado di produrre.
- Alla densità del flusso magnetico corrisponde la densità di energia complessiva, abbreviata come Bmax. Più alto è il numero, più forte è il magnete.
- Il coefficiente di temperatura della densità del flusso magnetico residuo, abbreviato come Tcoef Br ed espresso come percentuale di gradi Celsius, spiega come il flusso magnetico diminuisce all'aumentare della temperatura magnetica. Un Tcoef Br di 0,1 significa che se la temperatura del magnete aumenta di 100 gradi Celsius, il flusso magnetico diminuisce del 10%.
- La temperatura massima di esercizio (abbreviata come Tmax) è la temperatura più alta che un magnete può operare senza perdere la sua intensità di campo. Quando la temperatura del magnete scende al di sotto di Tmax, il magnete recupera la sua piena intensità di campo magnetico. Se riscaldato oltre Tmax, il magnete perderà parte del suo campo in modo permanente una volta raffreddato alla normale temperatura di esercizio. Tuttavia, se riscaldato alla temperatura di Curie (abbreviata come Tcurie) il magnete perderà il suo potere magnetico.
Passaggio 2. Identificare i materiali per realizzare i magneti permanenti
I magneti permanenti sono generalmente realizzati con uno dei seguenti materiali:
- Neodimio ferro boro. Questo materiale ha una densità di flusso magnetico (12.800 gauss), un'intensità del campo magnetico coercitivo (12.300 oersted) e una densità energetica complessiva (40). Questo materiale ha la temperatura di esercizio massima più bassa rispettivamente di 150 gradi Celsius e 310 gradi Celsius e un coefficiente di temperatura di -0.12.
- Il samario cobalto ha la seconda più alta intensità di campo coercitivo, a 9.200 oersted, ma una densità di flusso magnetico di 10.500 gauss e una densità di energia complessiva di 26. La sua temperatura massima di esercizio è molto più alta di quella del neodimio ferro boro a 300 gradi Celsius a causa della sua Temperatura Curie di 750 gradi Celsius. Il suo coefficiente di temperatura è 0,04.
- Alnico è una lega di alluminio-nichel-cobalto. Questo materiale ha una densità di flusso magnetico vicino al neodimio ferro boro (12.500 gauss), ma un'intensità del campo magnetico coercitivo di 640 oersted e una densità di energia complessiva di solo 5,5. Questo materiale ha una temperatura massima di esercizio superiore a quella del samario cobalto, a 540 gradi Celsius., così come una temperatura Curie più alta di 860 gradi Celsius e un coefficiente di temperatura di 0,02.
- I magneti in ceramica e ferrite hanno densità di flusso e densità di energia complessive molto più basse rispetto ad altri materiali, a 3.900 gauss e 3,5. Tuttavia, le loro densità di flusso magnetico sono migliori dell'alnico, che è di 3.200 oersted. Questo materiale ha la stessa temperatura massima di esercizio del samario cobalto, ma una temperatura Curie molto più bassa di 460 gradi Celsius e un coefficiente di temperatura di -0. 2. Pertanto, i magneti perdono la loro forza di campo magnetico più rapidamente a temperature elevate rispetto ad altri materiali.
Passaggio 3. Contare il numero di giri nella bobina dell'elettromagnete
Più giri per lunghezza del nucleo, maggiore è la forza del campo magnetico. Gli elettromagneti commerciali hanno un nucleo regolabile di uno dei materiali magnetici sopra descritti e una grande bobina attorno ad esso. Tuttavia, un semplice elettromagnete può essere realizzato avvolgendo un filo attorno a un chiodo e collegando le estremità a una batteria da 1,5 volt.
Passaggio 4. Controllare la quantità di corrente che scorre attraverso la bobina elettromagnetica
Ti consigliamo di utilizzare un multimetro. Maggiore è la corrente, più forte è il campo magnetico prodotto.
Ampere per metro (A/m) è un'altra unità utilizzata per misurare la forza di un campo magnetico. Questa unità indica che se si aumenta la corrente, il numero di bobine o entrambi, aumenta anche l'intensità del campo magnetico
Metodo 2 di 3: testare la portata del campo magnetico con una graffetta
Passaggio 1. Realizzare un supporto per il magnete a barra
Puoi creare un semplice supporto magnetico usando mollette e una tazza di polistirolo. Questo metodo è più adatto per insegnare i campi magnetici agli studenti delle scuole elementari.
- Incolla un'estremità lunga di uno stendibiancheria sul fondo della tazza.
- Capovolgi la tazza con le pinze per il bucato e posizionala sul tavolo.
- Fissare i magneti alle pinze per stendibiancheria.
Passaggio 2. Piegare la graffetta in un gancio
Il modo più semplice per farlo è tirare il bordo esterno della graffetta. Questo gancio appenderà molte graffette.
Passaggio 3. Continua ad aggiungere graffette per misurare la forza del magnete
Attacca una graffetta piegata a uno dei poli del magnete. la parte del gancio dovrebbe pendere liberamente. Appendi la graffetta al gancio. Continua finché il peso della graffetta non lascia cadere il gancio.
Passaggio 4. Registrare il numero di graffette che hanno causato la caduta del gancio
Quando il gancio cade sotto il peso che sta trasportando, annotare il numero di graffette appese al gancio.
Passaggio 5. Fissare il nastro adesivo al magnete a barra
Attacca 3 piccole strisce di nastro adesivo al magnete a barra e appendi indietro i ganci.
Passaggio 6. Aggiungi una graffetta sul gancio finché non cade dal magnete
Ripeti il precedente metodo della graffetta dal gancio iniziale della graffetta, finché non cade definitivamente dal magnete.
Passaggio 7. Annota il numero di clip necessarie per far cadere il gancio
Assicurati di registrare il numero di strisce di nastro adesivo e graffette utilizzate.
Passaggio 8. Ripetere il passaggio precedente più volte con altro nastro adesivo
Ogni volta, annota il numero di graffette necessarie per far cadere il magnete. Dovresti notare che ogni volta che viene aggiunto il nastro, è necessaria meno clip per far cadere il gancio.
Metodo 3 di 3: test di un campo magnetico con un gaussmetro
Passaggio 1. Calcolare la tensione/tensione di base o iniziale
È possibile utilizzare un gaussmetro, noto anche come magnetometro o rilevatore di campi elettromagnetici (EMF), che è un dispositivo portatile che misura l'intensità e la direzione di un campo magnetico. Questi dispositivi sono generalmente facili da acquistare e utilizzare. Il metodo gaussmetro è adatto per l'insegnamento dei campi magnetici a studenti delle scuole medie e superiori. Ecco come usarlo:
- Impostare la tensione massima di 10 volt DC (corrente continua).
- Leggere il display della tensione con il misuratore lontano dal magnete. Questa è la tensione di base o iniziale, rappresentata come V0.
Passaggio 2. Toccare il sensore del misuratore su uno dei poli magnetici
In alcuni gaussmetri, questo sensore, chiamato sensore di Hall, è realizzato per integrare un chip del circuito elettrico in modo da poter toccare il sensore con una barra magnetica.
Passaggio 3. Registrare la nuova tensione
La tensione rappresentata da V1 aumenterà o diminuirà, a seconda della barra magnetica che tocca il sensore di Hall. Se la tensione aumenta, il sensore tocca il polo magnetico del cercatore sud. Se la tensione scende, significa che il sensore sta toccando il polo magnetico del cercatore nord.
Passaggio 4. Trova la differenza tra la tensione iniziale e quella nuova
Se il sensore è calibrato in millivolt, dividere per 1.000 per convertire i millivolt in volt.
Passaggio 5. Dividere il risultato per il valore di sensibilità del sensore
Ad esempio, se il sensore ha una sensibilità di 5 millivolt per gauss, dividere per 10. Il valore ottenuto è l'intensità del campo magnetico in gauss.
Passaggio 6. Ripetere il test dell'intensità del campo magnetico a varie distanze
Posizionare i sensori a diverse distanze dai poli magnetici e registrare i risultati.
