Dekoodatut magneettikentät: periaatteet, mittaukset ja käytännön käyttötarkoitukset
Magneettikentät ja niiden vuorovaikutus materiaalien ja sähkövirtojen kanssa ovat pääasiassa fysiikkaa.Heillä on monia käyttötarkoituksia tekniikassa, lääketieteessä ja jokapäiväisessä elämässä.Pitkittäisten ja pyöreiden magneettikenttien tutkiminen auttaa selittämään magneettisen käyttäytymisen eri tilanteissa testausmateriaaleista vaurioittamatta onttoja esineitä.Menetelmät, kuten magnetometria, sähkömagneetteja ja yksinkertaisia kompassia, auttavat meitä mittaamaan ja käyttämään magneettikenttiä tarkasti sekä tieteessä että teollisuudessa.Ymmärtäminen, kuinka magneettikenttät työskentelevät johtimien, solenoidien ja kelojen ympärillä parhaiten tehokkaiden sähköpiirien ja magneettisten laitteiden suunnitteluun.Periaatteet, kuten induktanssi ja oikeanpuoleinen sääntö, ovat arvokkaita innovatiivisille sovelluksille, MRI-koneista hiukkaskiihdyttimiin.Tässä artikkelissa tutkitaan magneettikenttien vaikutuksia, kuinka mitata niitä, niiden käyttäytymistä johtimien ja kelojen ympärillä sekä kuinka luoda ja parantaa magneettikenttiä käytännöllisiin käyttötarkoituksiin.
Luettelo
Kuva 1: Bar -magneetin magneettikenttäviivat
Mikä on magneettikenttä?
Magneettikenttä on näkymätön alue, joka ympäröi magneettia, jossa se käyttää voimaa muihin magneetteihin tai ferromagneettisiin materiaaleihin, kuten rautaan.Vaikka emme näe kenttää, sen läsnäolo käy ilmi sen vaikutuksista, kuten rautahakemusten kohdistamisesta tai kompassin neulan taipumisesta.Tämän kentän ansiosta magneetit voivat houkutella tai hylätä muita magneetteja ja ferromagneettisia materiaaleja.
Kuva 2: Magneettikenttälähteet
Magneettikenttä muodostuu aina, kun sähkövaraus liikkuu.Tämä periaate, jonka ensin on artikkeli André-Marie Ampèren, toteaa, että sähkövirrat tuottavat magneettikenttiä.Elektronit, jotka pyörivät ja kiertävät atomien ytimien ympärillä tai liikkuvat langan läpi, tuottavat nämä kentät.Elektronien spin- ja kiertoradan liike määrää magneettikenttien suunnan ja voimakkuuden.Kun sähkövirta kulkee johtimen läpi, se luo magneettikentän, johon virran voimakkuus ja suunta vaikuttaa.Pysyvät magneetit, kuten raudasta valmistetut palkkamagneetit, tuottavat voimakkaita, johdonmukaisia magneettikenttiä niiden molekyylien kohdistuksen vuoksi.Kun kapellimestari on lähellä magneettia, magneettikenttä on vuorovaikutuksessa johtimen liikkuvien varausten kanssa, indusoi virran ja luo oman magneettikentänsä.Nämä vuorovaikutukset voivat johtaa houkutteleviin tai torjuviin voimiin.
Magneettikenttäominaisuudet
Magneettikentällä on erilaiset ominaisuudet: lujuus, suunta ja napaisuus.
Kuva 3: Magneettikentän lujuus
Magneettikentän lujuus
Magneettikentän tai magneettisen flux -tiheyden lujuus riippuu pääasiassa sen tuottavan johtimen läpi virtaavan virran.Suuremmat virran tulokset vahvempaan magneettikenttään.Magneettikenttälinjat edustavat visuaalisesti kentän lujuutta;Ne ovat tiheämpiä vahvemmissa kentissä ja etäisyydellisempiä heikommilla pelloilla.Tämä suhde on osoitettu selvästi solenoideissa, joissa kelan käännösten lukumäärän lisääminen parantaa magneettikenttää.Useiden magneettikenttien väliset vuorovaikutukset voivat joko vahvistaa tai heikentää niiden yksilöllisiä vahvuuksiaan niiden suunnasta riippuen.Magneettikentän lujuus vähenee etäisyyden lähdettä, mikä osoittaa käänteisen suhteen kentän lujuuden ja etäisyyden välillä.
Magneettikenttäsuunta
Magneettikentän suunta on polku, jota pohjoisnapa seuraa, jos se sijoitetaan kentälle.Voimaviivat visualisoivat tämän suuntauksen.Kompassi on käytännöllinen työkalu kentän suunnan määrittämiseen, koska neulan on linjattu magneettikentän kanssa.Kentän suunta voidaan päätellä myös sen vaikutuksesta liikkuviin maksuihin;Magneettikentän läpi kulkeva lataus kokee voiman kohtisuorassa sekä kentän suuntaan että sen liikkeeseen, mikä auttaa määrittämään kentän suunnan.
Kuva 4: Kompassin nuolen suunta sama kuin magneettikentän suunta
Magneettikentän napaisuus
Magneettisuuden ymmärtäminen riippuu voimakkaasti napaisuudesta.Kaikissa magneeteissa on kaksi napaa, jotka ovat samanlaisia kuin positiiviset ja negatiiviset varaukset sähköllä.Näitä pylväitä kutsutaan pohjois- ja eteläisiksi.Tämä nimeäminen heijastaa maan maantieteellisiä napoja, vaikka mielenkiintoisella tavalla maan pohjoinen magneettinen napa on lähellä maantieteellistä etelänapaa ja päinvastoin.Tämä osoittaa monimutkaisen yhteyden magneettisten ja maantieteellisten ilmiöiden välillä.
Magneetit Kaksi napaa on pohjoinen ja eteläinen.Nämä pylväät toimivat kuin positiiviset ja negatiiviset sähkövaraukset.Vastakkaiset puolalaiset houkuttelevat, vaikka pylväät torjuvat.Esimerkiksi, jos tuo kaksi magneettia sulkeutumaan, yhden pohjoisnapa houkuttelee toisen etelänapaa.Jos yrität kuitenkin tuoda kaksi pohjoista napaa tai kaksi eteläistä napaa yhteen, ne työntyvät pois toisistaan.Tämä vetovoima ja torjuminen selittävät, kuinka magneetit ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa ja magneettisten materiaalien kanssa.
Kuva 5: Magneettikentän napaisuus
Magneettikenttien vaikutukset
Magneettikentällä on suuri vaikutus materiaaleihin, etenkin atomiin, joiden ytimiensä kiertäminen kiertää.Kun magneettikenttä levitetään, nämä elektronit linjautuvat kentän kanssa, mikä tekee materiaalista magneettista.Tämä voi aiheuttaa materiaalin houkuttelemisen magneettikentältä tai hylättynä siitä, kuinka vahva kenttä on ja millä tavalla se on suunnattu.Joskus tämä kohdistus voi jopa muuttaa materiaalin muotoa.
Magneettikentät ovat myös roolia elektronien siirtämisessä piirejen läpi ja vaikuttavat magneettien käyttäytymiseen.Yksi konsepti on induktanssi, joka tapahtuu, kun sähkövirtaa kuljettava lanka on magneettikentällä.Lanka tuntee voiman, joka vastustaa muutoksia virtaan, ja tämä on hyvä laitteille, kuten sähkömuuntajille ja generaattoreille.Magneettikentät voivat saada tietyt materiaalit säteilevän valon, ilmiön, joka tunnetaan elektroluminesenssina.Tätä käytetään esimerkiksi taulu-näytöissä ja hätämerkeissä.
Magneettikenttien mittaus
Magneettikentät voidaan mitata käyttämällä erilaisia menetelmiä.Magnetometrit mittaavat magneettikenttien voimakkuuden ja suunnan tarkasti.Sähkömagneetteja, jotka tuottavat magneettikentän, kun sähkövirta kulkee kelan läpi, voidaan käyttää myös mittaamiseen.Kompassit tarjoavat yksinkertaisen menetelmän kentän suunnan määrittämiseksi.Nämä menetelmät mahdollistavat magneettikenttien tarkan arvioinnin, helpottamalla niiden tutkimusta ja sovellusta eri tekniikoissa.
Kuva 6: Magnetometri
Kuva 7: Sähkömagneetti
Kenttäilmaisimet
Kenttäindikaattorit ovat tärkeitä työkaluja magneettikenttien mittaamiseen, mikä antaa sekä laadullista että joskus kvantitatiivista tietoa magneettisesta ympäristöstä.Nämä laitteet käyttävät pehmeää rautaa, joka liikkuu vasteena magneettikenttään.Niiden tutkiminen yksityiskohtaisesti, kuten röntgenkuvalla, paljastaa heidän sisäisen mekaniikansa.Raudan siipi on kiinnitetty neulaan, joka siirtää osoitin asteikolla, muuttaen magneettikentän vaikutuksen luettavaksi arvoksi.
Kuva 8: Kenttäilmaisimet
Kenttäilmaisimet saavat tarkkuutta hienosäätöön ja kalibrointiin.Tämän avulla he voivat tarjota tarkkoja kvantitatiivisia tietoja tietyllä alueella.Ne mittaavat magneettikentät +20 gaussista -20 Gaussiin, mikä tekee niistä ihanteellisia sovelluksiin, kuten jäljellä olevien magneettikenttien havaitseminen demagnetoinnin jälkeen.Vaikka niiden alue on rajallinen, niiden tarkkuus ja luotettavuus tekevät niistä hyödyllisiä yksityiskohtaisissa magneettikentän mittauksissa näissä rajoituksissa.Käytännöllisessä käytössä kenttäindikaattorit ovat excel -tilanteita, jotka vaativat yksinkertaisia, vahvoja mittauksia ilman monimutkaista elektroniikkaa.Niiden mekaaninen yksinkertaisuus varmistaa helppokäyttöisyyden ja kestävyyden, mikä tekee niistä edullisen valinnan erilaisissa teollisuus- ja laboratorioasetuksissa, joissa vaaditaan nopeaa, luotettavaa mittausta.
Hall-Effect (Gauss/Tesla) -mittari
Kuva 9: Hall-vaikutukset
Hall-vaikutusmittarit ovat edistyneitä instrumentteja magneettikentän voimakkuuden tarkkaan mittaamiseksi, jotka tarjoavat lukemia Gaussissa tai Teslassa.Toisin kuin mekaaniset kenttäandikaattorit, sal-efektimittarit käyttävät elektronisia komponentteja, parantavaa tarkkuutta ja monipuolisuutta.Heillä on pieni kapellimestari tai puolijohdeelementti koettimen kärkeen.Kun sähkövirta kulkee tämän elementin läpi magneettikentällä, elektronit siirtyvät toiselle puolelle, mikä luo Edwin H. Hallin vuonna 1879 löydetyn ilmiön, joka tunnetaan nimellä Hall -jännite, ilmiö.
Kuva 10: Kaavio hallintavaikutusmittarista
Tätä jännitettä hallitsevaa suhdetta antaa:
jossa:
• VH on salin jännite,
• I on sovellettu virta,
• B on kohtisuora magneettikenttäkomponentti,
• RH on salikerroin,
• B on salin elementin paksuus.
Hall-vaikutusmittarissa on erilaisia koettimia, joissa on tangentiaalisia (poikittaisia) tai aksiaalitunnistuselementtejä.Nämä koettimet, jotka ovat saatavana erikokoisina, on räätälöity tietyille mittausalueille, mikä mahdollistaa joustavuuden eri skenaarioissa.Tarkat lukemat riippuvat koettimen oikeasta paikannuksesta, ja magneettiset voimalinjat leikkaavat anturielementin tärkeimmät mitat suorassa kulmassa.Hall-vaikutusmittarien monipuolisuus tekee niistä sopivia moniin sovelluksiin teollisuuden valmistuksesta tieteelliseen tutkimukseen.Heidän digitaaliset lukemat ja yhteensopivuus muiden digitaalisten järjestelmien kanssa parantavat niiden hyödyllisyyttä nykyaikaisissa automatisoiduissa ympäristöissä.Hallitsemalla koettimen sijoittelua ja halliin efektin fysiikkaa käyttäjät voivat hyödyntää näitä edistyneitä instrumentteja tarkkojen magneettikentän mittausten saavuttamiseksi.
Pitkittäiset magneettikentät
Pitkittäiset magneettikentät luodaan komponentteihin, jotka ovat paljon pidempiä kuin ne ovat leveitä.Tämä tehdään yleensä asettamalla komponentti pituussuunnassa väkevöityyn magneettikenttään kelaan tai solenoidiin, joka tunnetaan nimellä "kela".Komponentin sisällä magneettiset flux -linjat ovat suorat, jotka liikkuvat päästä toiseen, vaikka jonkin verran virtausta menetetään.Kaavio näyttää tämän kahdessa ulottuvuudessa, mutta vuotolinjat ovat todella kolmiulotteisia.Ferromagneettisissa materiaaleissa on paljon suurempi vuotolinjatiheys ilmassa verrattuna niiden suuremman läpäisevyyden vuoksi.
Kun flux jättää materiaalin päihin ja tulee ilmaan, se leviää, koska ilma ei voi tukea niin monta flux -viivaa tilavuusyksikköä kohti.Tämä leviäminen aiheuttaa joidenkin flux -linjojen poistumisen komponentin sivuilta.Kun komponentti magnetoidaan täysin sen pituuteen, vuonhäviö on minimaalinen, mikä johtaa tasaiseen vuontiheyteen.Kun teet tuhoavaa testausta (NDT), yhtenäisyydellä on merkitystä, missä virtauslinjoihin kohtisuorat puutteet aiheuttavat pinnalla havaittavan vuotokentän.
Kuva 11: Pitkittäinen magneettikenttä
Solenoidin käyttäminen komponentin magnetointiin voi kuitenkin johtaa siihen, että vain osa siitä on voimakkaasti magnetoitu.Solenoidin sisällä oleva alue ja pieni marginaali molemmin puolin magnetoidaan, kun taas tämän lisäksi vuotoviivat jättävät komponentin ja palautuvat solenoidin napoihin.Tämä johtuu siitä, että magnetoiva voima heikentää etäisyyttä solenoidista, kohdistaen magneettiset domeenit vain sen sisällä ja lähellä.Komponentin magnetoimaton osa ei voi tukea niin paljon vuotoa kuin magnetoitu osa, pakottaen jonkin verran vuotoa komponentista.Pitkien komponenttien tarkastamiseksi ne on magnetoitava ja tarkastettava useissa paikoissa niiden pituudella.
Pyöreä magneettikenttä
Kun sähkövirta virtaa kiinteän johtimen läpi, se tuottaa magneettikentän johtimen ympärille.Kentän jakautuminen ja voimakkuus riippuvat useista tekijöistä.Johtimen keskellä kentän lujuus on nolla, saavuttaen maksimiarvon pinnalla.Vakiovirtalle pintakentän lujuus vähenee johtimen säteen kasvaessa, vaikka suurempi johdin voi kuljettaa enemmän virtaa.Johtimen ulkopuolella kentän lujuus on suoraan verrannollinen virtaan, kun taas sisällä se riippuu virrasta, materiaalin magneettisesta läpäisevyydestä ja sen sijainnista B-H-käyrällä.Pellon lujuus johtimen ulkopuolella vähenee etäisyyden myötä.
Ei -magneettisessa johtimessa, joka kantaa tasavirtaa (DC), sisäkentän lujuus nousee nollasta keskustassa maksimiin pinnalla, kun taas ulkoisen kentän lujuus vähenee etäisyyden ollessa pinnasta.Magneettisissa materiaaleissa sisäkentän lujuus on suurempi materiaalin läpäisevyyden vuoksi.Ulkoinen kenttälujuus pysyy samana molemmille materiaaleille, jos virran ja johtimen säde ovat identtisiä.
Vaihtovirran (AC) kanssa sisäkentän lujuus nousee myös nollasta keskustassa maksimiin pinnalla, mutta se on keskittynyt ohueseen kerrokseen pinnan lähellä, joka tunnetaan nimellä "ihovaikutus".Ulkoinen kenttä pienenee etäisyydellä, samanlainen kuin DC.Onttoissa pyöreissä johtimissa ei ole magneettikenttää tyhjillä alueella.Kenttälujuus alkaa nollasta sisäseinästä ja saavuttaa maksimin ulkoseinässä.Kuten kiinteät johtimet, magneettiset materiaalit osoittavat suurempaa kenttälujuutta niiden läpäisevyyden vuoksi, ulkoisen kentän ollessa pienentyessä etäisyyden ollessa pinnasta.
Onttoissa johtimissa, jotka kuljettavat AC: tä, ihovaikutus keskittää magneettikentän ulkorakenteeseen.Onton johtimen sisäpinnalla oleva kenttälujuus on erittäin alhainen, kun pyöreä magneettikenttä määritetään suoralla magnetoinnilla.Siten suoraa menetelmää ei suositella onton komponentin sisähalkaisijan (ID) seinämän tarkistamiseksi matalien vikojen varalta.Kenttälujuus kasvaa nopeasti ulospäin, mikä tekee syvemmistä virheistä havaittavissa.
Parempi menetelmä onttojen komponenttien magnetointiin sekä ID: n että ulkorahalkaisijan (OD) pintojen tarkastamiseksi käyttää keskusjohtimen.Virta siirretään ei -magneettisen keskusjohtimen, kuten kuparipalkin, läpi, luo voimakkaamman magneettikentän magneettisen putken ID -pinnalle säilyttäen samalla riittävästi kenttälujuutta OD -pinnan vikojen havaitsemiseksi.
Kuva 12: Pyöreä magneettikenttä
Magneettikentät johtimien ympärillä
Kun sähkövirta virtaa johtimen läpi, sen ympärille muodostuu magneettikenttä.Tämä ilmiö voidaan osoittaa käyttämällä pahvin rautahakemuksia sen läpi kulkevan pystysuoran johtimen kanssa.Ilman virtaa ei ole magneettikenttä, mutta virran kanssa arkistot järjestävät samankeskiset renkaat johtimen ympärille.Magneettikentän suuntaa virran kantojohtimen ympärillä voidaan tutkia magneettisten kompassien avulla.Kompassi -neulat kohdistuvat virran suunnasta riippuen vastaavasti joko myötäpäivään tai vastapäivään.Oikeanpuoleinen ruuvinen sääntö ja oikeanpuoleinen sääntö tarjoavat intuitiivisia tapoja määrittää magneettinen vuonsuunta johtimen ympärillä.Kun kaksi kapellia kuljettaa virtauksia vastakkaisiin suuntiin, niiden magneettikenttä vastustavat toisiaan, mikä luo torjuvaa voimaa.Jos virrat virtaavat samaan suuntaan, magneettikentät yhdistyvät, mikä käyttää houkuttelevaa voimaa johtimiin.
Kun lanka kantaa virtaa, sen ympärillä olevat magneettikenttäviivat muodostavat melkein täydelliset ympyrät.Nämä ympyrät, jotka on keskitetty johtoon, osoittavat, kuinka magneettikenttä leviää langasta.Mitä kauempana siirryt langasta, sitä heikompi magneettikenttä tulee.Jos lanka muodostaa silmukan, ympyrät kasvavat liikkuessasi kohti silmukan keskustaa.Tämä tarkoittaa, että magneettikenttä leviää enemmän.Keskusta lähellä, nämä ympyrät muuttuvat suoriksi, yhdensuuntaisiksi viivoiksi, mikä osoittaa, että magneettikenttä tässä on tasainen.Tämä tasaisuus helpottaa magneettikentän laskemista ja käyttämistä tekniikassa ja tieteessä.
Kuva 13: Magneettikentän virran kantojohdin
Silmukan keskustassa magneettikenttä on melkein sama vahvuus kaikkialla.Tämä jopa kenttä on hyvä esimerkiksi MRI -koneisiin, joissa tasainen magneettikenttä on välttämätön tarkkaan kuvantamiseen.Se tarjoaa myös vakaan alueen kokeille, jotka riippuvat ennustettavasta magneettikentästä.Silmukan keskellä olevan magneettikentän lujuus riippuu johdon läpi virtaavasta virrasta.Nykyisempi tarkoittaa vahvempaa magneettikenttää.Magneettikentän lujuus on vahvempi, jos silmukka on pienempi ja heikompi, jos silmukka on suurempi.
Magneettikentät kelojen ympärillä
Kelan läpi kulkeva virran ohittaminen, jopa yhdellä kierroksella, luo magneettisen vuodon kelan keskuksen läpi, antaen sille pohjoisen ja etelän navat kuin pieni magneetti.Kun kelalla on useita käännöksiä, muodostaen solenoidin, yksittäiset magneettikentät linkittävät, luomalla yhtenäisen kentän, joka on samanlainen kuin palkkimagneetti.Oikeanpuoleinen sääntö voi määrittää vuonsuunnan solenoidissa, jossa virran virtaussuunta ja magneettinen vuoto ovat toisiinsa liittyviä.
Kuva 14: Käämien ympärillä olevat magneettikentät
Kun sähkö liikkuu langan läpi, se luo pyöreän magneettikentän sen ympärille.Tämä sähkömagnetismin perusajatus tunnetaan virran kantokattorin magneettikentänä.Voit selvittää tämän magneettikentän suunnan oikeanpuoleisella sääntöllä: Jos osoitat oikean peukalon virran suuntaan, sormesi käpertyvät magneettikentän suuntaan.Tämä kenttä voi aiheuttaa huomattavia vaikutuksia, kuten magneettisen kompassin neulan siirtäminen, mikä osoittaa kuinka sähkövirrat ja magneettikenttä ovat vuorovaikutuksessa.
Magneettikentän vahvuus riippuu kahdesta päätekijästä: kuinka pitkälle olet langasta ja kuinka vahva virta on.Kenttä on vahvempi, kun olet lähempänä lankaa ja vahvistuu virran kasvaessa.Tämä osoittaa, että magneettikentän lujuus liittyy suoraan virtaan.
Lankakela (solenoidi)
Kuva 15: Solenoidimagneettikenttä
Solenoidi on lankakela, joka tekee magneettikentästä vahvemman, kun sähkö virtaa sen läpi.Solenoidi valmistetaan käärimällä lanka spiraalimuotoon, jolloin luomalla magneettikenttä kuten palkkimagneetti.Solenoidin sisällä magneettikenttä on vahva ja jopa siksi, että pienet kentät jokaisesta kelasta kasvavat.Voit käyttää oikeanpuoleista sääntöä löytääksesi solenoidin magneettikentän suunnan: Jos sormesi osoittavat virran suuntaan, peukalosi osoittaa sähkömagneetin pohjoisnapaan.
Solenoidin magneettikenttä on samanlainen kuin palkkimagneetti ja muuttaa suuntaa virran kääntyessä osoittaen kuinka sähkömagneettiset kentät voivat muuttua.Solenoidin sisällä olevan magneettikentän kaava on b = μ₀ni, missä n on kelojen lukumäärä yksikköä kohti ja I on virta.Tämä kaava osoittaa, että lisää kela tai virran lisääminen tekee magneettikentästä vahvemman.Solenoideja käytetään koneissa, MRI -skannereissa ja fysiikan kokeissa, koska ne luovat vahvoja, tasaisia magneettikenttiä.
Kelaksi muotoillut virran kannettava kapelli
Kuva 16: Virran kantokelan kääntämisvaikutus magneettikentällä
Kun lankakuljetusvirta on muotoiltu silmukkaan tai silmukoiden sarjaan, se luo ainutlaatuisen magneettikentän.Tämä kenttä kulkee kelan keskustan ja kiertää takaisin ulkopuolelle.Kunkin silmukan kentät yhdistyvät keskittyneellä kentällä kelan keskustaa pitkin.Tiukasti haavakeloissa tämä tekee magneettikentästä erittäin tasaisen sisällä.Tämän kentän vahvuus riippuu virrasta ja silmukoiden lukumäärästä.Lisää silmukoita tekee kentästä vahvemman, minkä vuoksi pitkät, suorat kelat (solenoidit) ovat tehokkaita luomaan vahvoja, tasaisia kenttiä kuin palkkimagneetti.
Vahva, tasainen magneettikenttä solenoidin sisällä on hyödyllinen magnetointimateriaaleille ja sitä käytetään sähköpiireissä, muuntajissa ja muissa laitteissa.Kelan ulkopuolella oleva magneettikenttä on heikko, mikä ei ole hyödyllistä magnetoinnissa.Tämä osoittaa solenoidin sisäisen kentän merkityksen käytännön käyttötarkoituksiin.Solenoideja käytetään myös hiukkaskiihdyttimissä ja antureissa, mikä osoittaa niiden laajan valikoiman tekniikan ja tieteen sovelluksia.
Magneettikentän asettaminen
Magneettikentät luodaan aina, kun sähkövirta virtaa langan tai kelan läpi.Oikeanpuoleinen sääntö auttaa määrittämään magneettikentän suunnan: osoita oikea peukalo virran suuntaan, ja sormesi käpertyvät magneettikenttäviivojen suuntaan.
Vahvan magneettikentän valmistamiseksi sinun on käytettävä sähkömagnetismia.Sähkömagneetti yhdistää sähkövirran magneettiseen materiaaliin, yleensä rautaan, magneettisen vaikutuksen parantamiseksi.Tätä käytetään monissa asioissa, pienistä laitteista suuriin koneisiin, jotka nostavat raskasmetalliobjekteja.Magneettikentän lujuus riippuu siitä, kuinka monta kertaa lanka kääritään ytimen ympärille, sähkövirran määrästä ja johdon ja ydinmateriaalin ominaisuuksista.
Aloita valitsemalla rautapalan, kuten sauva, joka on kuusi -kahdeksan tuumaa pitkä, kuten iso kynsi.Rautatangon koko voi vaihdella sen mukaan, mihin tarvitset sähkömagneettia.Kun sinulla on ydin, kääri se tiukasti magneettisella johdolla päästä toiseen.Langan tulisi haavoitua tiiviisti ja turvallisesti, kun jotkut johdot jätetään irrallaan kummassakin päässä liitännäisistä.Nauha lanka tiukasti sauvaan.
Ennen sähkömagneetin kytkemistä virtalähteeseen, nauhoita eristys kunkin lankapään viimeisestä tuumasta.Kuumenna eristys kevyemmällä tai sovita, kunnes se on riittävän pehmeä poistamiseksi, puhdista sitten kaikki jäännökset kankaalla hyvää sähköliitäntää varten.Kiinnitä paljaat langan päät lyhtyakkuun.Tämän asennuksen avulla virran voi virtata langan läpi, luomalla magneettikentän raudan ytimen ympärille, mikä osoittaa sähkömagnetismin perusteet vahvan magneettikentän valmistuksessa.
Vahvojen magneettikenttien luomiseen on kaksi päätapaa.Ensimmäinen käyttää solenoidia, lankakelan, joka tekee magneettikentästä, kun sähkövirta virtaa sen läpi.Toinen tapa on laittaa rautaydin solenoidiin, mikä tekee magneettikentästä paljon vahvemman vähentämällä magneettisen resistenssin.Rautaydin on raja siihen, kuinka vahva se voi tehdä magneettikentästä, joka tunnetaan kylläisyytenä.Kun se saavuttaa tämän pisteen, se ei voi tehdä kentästä vahvempaa.Tämä on itse raudan ominaisuus, ja jopa meneillään olevalla tutkimuksella on epätodennäköinen materiaalin löytäminen, joka voi ylittää raudan kylläisyyden arvon.Siksi magneettikentän lujuutta rajoittaa rautaydin ominaisuudet, ja uudet liuokset ylittävät nämä rajat.
Magneettikenttien sovellukset
Magneettikentällä on lukuisia sovelluksia, mukaan lukien sähköntuotanto, lääketieteellinen kuvantaminen ja kuljetus.Ne ovat pääasiassa MRI -koneoperaatioita ja kouluttamaan levitaatiota.Magneetit tallentavat tietoja kiintolevyistä ja luottokorteista, jotka ovat roolia nykyaikaisessa tekniikassa.Maapallon magneettikenttä suojaa meitä haitallisilta kosmisilta säteilystä, korostaen sen merkitystä elämälle.Magneettikenttien laaja-alaiset sovellukset korostavat niiden merkitystä jokapäiväisessä elämässä ja edistyneissä tieteellisissä pyrkimyksissä.
Johtopäätös
Magneettikentät ovat hyödyllisiä monilla tieteellisillä ja teknologisilla alueilla, materiaalien elektronikäyttäytymisen perusperiaatteista edistyneisiin käyttötarkoituksiin lääketieteellisessä kuvantamisessa ja tietojen varastoinnissa.Magneettikenttien tarkka manipulointi ja mittaus ovat johtaneet merkittäviin edistyksiin, mukaan lukien elektroluminesoivien laitteiden, tehokkaan sähköntuotannon ja edistyneiden kuljetusjärjestelmien kehittäminen.Magneettikenttien tutkiminen johtimien ja kelojen ympärillä tarjoaa käsityksen sähkömagnetismista, mikä mahdollistaa laitteiden luomisen, joilla on ennustettavissa olevat ja hallittavat magneettiset ominaisuudet.Tekniikat, kuten oikeanpuoleinen sääntö ja induktanssin periaatteet, ovat hyviä näiden laitteiden suunnitteluun ja optimointiin.Menetelmät vahvojen magneettikenttien, kuten solenoidien ja raudan ytimien, luomiseksi osoittavat jatkuvaa innovaatiota sähkömagneettisessa tekniikassa.Magneettikenttien sovellukset ylittävät teollisuuden ja teknologisen käytön, korostaen niiden merkitystä jokapäiväisessä elämässä ja tieteellisessä tutkimuksessa.Magneettisten alojen ymmärtäminen ei vain edistä tieteellistä tietoa, vaan myös lisää innovaatioita monilla alueilla osoittaen sähkömagneettisten ilmiöiden hallinnan tärkeyden.
Usein kysyttyjä kysymyksiä [UKK]
1. Kuinka kuvailet magneettikenttää kelan ympärillä?
Käämin ympärillä oleva magneettikenttä, joka tunnetaan myös nimellä solenoidi, on samanlainen kuin baarimagneetin kenttä.Kelan sisällä magneettikenttäviivat ovat yhdensuuntaisia, tiheitä ja tasaisesti etäisyydellä, mikä osoittaa vahvan ja tasaisen kentän.Kelan ulkopuolella magneettikenttälinjat levisivät ja silmukka takaisin kelan päästä toiseen muodostaen suljetut silmukot.Kenttäviivojen suunta määritetään kelan läpi virtaavan virran suunnan perusteella oikeanpuoleisen säännön noudattaen.
2. Mikä on magneettikenttä kapellimestarin ympärillä?
Kun virta virtaa suoran johtimen läpi, se tuottaa sen ympärille magneettikentän.Tämä kenttä muodostaa samankeskiset ympyrät kapellimestarin ympärillä, oikeanpuoleisen säännön antamien kenttäviivojen suunnassa: Jos tartut kapellimestareita oikealla kädellä siten, että peukalopisteet virran suuntaan, sormesi käpertyvät sisäänMagneettikentän suunta.Magneettikentän vahvuus vähenee, kun siirryt pois johtimesta.
3. Mikä aiheuttaa magneettikentän muodostumisen johtimen ympärille?
Magneettikenttä muodostuu johtimen ympärille sähkövarausten (virran) liikkumisen vuoksi.Kun elektronit liikkuvat johtimen läpi, ne tuottavat magneettikentän, joka on kohtisuorassa liikkeen suuntaan.Tämä on suora seuraus Ampèren ympyrälaista, joka yhdistää magneettikentän kapellimestarin ympärillä sen läpi kulkevaan sähkövirtaan.
4. Mitä tapahtuu, jos siirrät magneetin lankakeloon?
Kun magneetti siirretään johtimen kelaan, se indusoi kelaan elektromotiivivoiman (EMF) tuottaen sähkövirran.Tämä ilmiö tunnetaan Michael Faradayn löytämä sähkömagneettinen induktio.Indusoidun virran suunta riippuu magneetin liikkeen suunnasta ja magneettikentän suunnasta.Jos magneetti liikkuu nopeammin tai siinä on vahvempi magneettikenttä, indusoitu EMF ja virta ovat vahvempia.
5. Mikä on magneettikentän malli kapellimestarin ympärillä?
Magneettikenttäkuviolle suoran kattovirran ympärillä on ominaista samankeskiset ympyrät, jotka on keskitetty johtimeen.Jos johdin on taivutettu silmukkaan, kenttäviivat muodostavat monimutkaisempia kuvioita, kun silmukan sisällä oleva kenttä on vahvempi ja keskittyneempi.Solenoidille sisäpuolella oleva kenttä on tasainen ja yhdensuuntainen, kun taas sen ulkopuolella se muistuttaa baarimagneetin kenttää.
6. Kuinka kelan ympärillä oleva magneettikenttä voitaisiin vahvistaa?
Voit tehdä magneettikentän kelan ympärille vahvemman, voit:
Lisää kelan läpi virtaavaa virtaa;
Lisää käännöksiä kelaan lisäämällä silmukoiden lukumäärää;
Aseta ferromagneettinen ydin, kuten rauta, kelan sisään magneettikentän parantamiseksi ytimen korkean magneettisen läpäisevyyden vuoksi.
7. Missä magneettikenttä on vahvin?
Magneettikenttä on voimakkain kelan sisällä, etenkin lähellä keskustaa, missä kenttäviivat ovat keskittyneimmät ja tasaisesti yhdensuuntaiset.Pylväsmagneetissa magneettikenttä on voimakkain napoissa, missä kenttäviivat lähentyvät ja kenttätiheys on suurin.