Hoe de sterkte van magneten te bepalen

Magneten worden meestal aangetroffen in motoren, dynamo`s, koelkasten, creditcards en betaalpassen en elektronische apparatuur, zoals pickups voor elektrische gitaar, stereoluidsprekers en harde schijven van computers. Het kunnen permanente magneten zijn, gemaakt van natuurlijk magnetische vormen van ijzer of legeringen of elektromagneten. De elektromagneten creëren een magnetisch veld wanneer een elektrische stroom door een draadwikkel loopt die rond een ijzeren kern is gewikkeld. Er zijn verschillende factoren die de sterkte van magnetische velden beïnvloeden en verschillende manieren om de sterkte van deze velden te bepalen. Beide worden beschreven in het onderstaande artikel.

Inhoud

Stappen

Methode 1bepaal de factoren die de sterkte van het magnetisch veld beïnvloeden
Methode 2test het bereik van een magnetisch veld met paperclips
Methode 3test de sterkte van het magnetisch veld met een magnetometer

Tips
Waarschuwingen
Dingen die je nodig hebt

stappen

Methode 1
Bepaal de factoren die de sterkte van het magnetisch veld beïnvloeden

Titel afbeelding Determine the Strength of Magnets Step 1

Overweeg de kenmerken van een magneet. De magnetische eigenschappen worden beschreven met behulp van deze kenmerken:

De coërcitiekracht van het magnetisch veld, afgekort als Hc. Dit vertegenwoordigt het punt waarop de magneet kan worden gedemagnetiseerd door een ander magnetisch veld. Hoe hoger dit getal, des te moeilijker het is om de magneet te demagnetiseren.
De resterende fluxdichtheid, afgekort als Br. Dit is de maximale magnetische flux die de magneet kan produceren.
De algemene energiedichtheid, afgekort als Bmax, houdt verband met de dichtheid van de magnetische flux. Hoe hoger dit getal is, de magneet zal krachtiger zijn.
De temperatuurcoëfficiënt van de resterende fluxdichtheid, afgekort als Tcoef van Br en uitgedrukt als een percentage van graden Celsius, beschrijft hoe de magnetische flux afneemt naarmate de temperatuur van de magneet stijgt. Een Tcoef van Br van 0,1 betekent dat, als de temperatuur van de magneet 100 ° C (180 ° F) stijgt, de magnetische flux ervan met 10% afneemt.
De maximale bedrijfstemperatuur (afgekort als Tmax) is de hoogste temperatuur waarbij de magneet kan werken zonder de sterkte van het veld te verliezen. Zodra de temperatuur onder Tmax daalt, krijgt de magneet de volledige sterkte van het veld. Als de magneet boven Tmax wordt verwarmd, verliest deze permanent een deel van de sterkte van zijn veld na afkoeling tot de normale bedrijfstemperatuur. Als de magneet echter opwarmt tot zijn Curie-temperatuur, afgekort als Tcurie, demagnetiseert hij.

Titel afbeelding Determine the Strength of Magnets Step 2

Let op het materiaal waaruit een permanente magneet is gemaakt. Permanente magneten zijn meestal gemaakt van een van de volgende materialen:

Neodymium, ijzer en boor. Dit materiaal heeft de hoogste niveaus van magnetische fluxdichtheid (12.800 gauss), coërcitiefkracht van het magnetische veld (12.300 oersted) en algemene energiedichtheid (40). Het heeft de laagste bedrijfstemperatuur en Curie-temperatuur (respectievelijk 150 ° C of 302 ° F en 310 ° C of 590 ° F) en een temperatuurcoëfficiënt van -0,12.

Samarium-kobalt heeft de volgende coërcitieve kracht van het hoogste magnetische veld, 9.200 oersted, maar heeft een magnetische fluxdichtheid van 10.500 Gauss en een algemene energiedichtheid van 26. Zijn maximale bedrijfstemperatuur is veel hoger dan die van de neodymium-, ijzer- en boormagneten bij 300 ° C (572 ° F), evenals de Curie-temperatuur van 750 ° C (1,382 ° F). De temperatuurcoëfficiënt is 0,04.

Alnico is een legering van aluminium, nikkel en kobalt. Het heeft een magnetische fluxdichtheid in de buurt van die van neodymium-, ijzer- en boormagneten (12.500 gauss) maar een veel lagere coërcitiekracht van het magnetische veld (640 oersted) en, bijgevolg, een algemene energiedichtheid van slechts 5, 5. Het heeft een maximale bedrijfstemperatuur die hoger is dan die van samarium-kobalt, bij 540 ° C (1 004 ° F), evenals een hogere Curietemperatuur van 860 ° C (1.580 ° F) en een temperatuurcoëfficiënt van 0, 02.

Keramische en ferrietmagneten hebben een veel lagere stroomdichtheid en totale energiedichtheid dan die van de andere materialen, respectievelijk 3.900 Gauss en 3.5. De magnetische fluxdichtheid is echter veel beter dan die van de alnico, op 3.200 oersted. De maximale bedrijfstemperatuur is dezelfde als voor samarium-kobalt, maar de Curie-temperatuur is veel lager bij 460 ° C (860 ° F) en de temperatuurcoëfficiënt is -0,2. Daarom verliezen deze magneten hun veldsterkte sneller in warmte dan magneten gemaakt van een van de andere materialen.

Titel afbeelding Determine the Strength of Magnets Step 3

Tel het aantal windingen in de spoel van een elektromagneet. Hoe meer windingen er zijn per kernlengte, hoe sterker het magnetisch veld zal zijn. Commerciële elektromagneten hebben aanzienlijke kernen van een van de magnetische materialen die hierboven zijn beschreven en grote spoelen om hen heen. Er kan echter een eenvoudige elektromagneet worden gemaakt door een draadspiraal rond een hechting te wikkelen en de uiteinden ervan aan een batterij van 1,5 volt te bevestigen.

Titel afbeelding Determine the Strength of Magnets Step 4

Controleer de hoeveelheid stroom die door de spoel van de elektromagneet stroomt. Gebruik een multimeter om het te doen. Hoe sneller de stroom, hoe sterker het magnetische veld.

De ampère-draai per meter is een andere metrische eenheid om de sterkte van een magnetisch veld te meten. Dit geeft aan hoe het magnetische veld toeneemt als de stroom, het aantal beurten of beide toeneemt.

Methode 2
Test het bereik van een magnetisch veld met paperclips

Titel afbeelding Determine the Strength of Magnets Step 5

Maak een container voor een staafmagneet. U kunt een eenvoudige houder voor een magneet maken met een wasknijper en een papier- of piepschuimbeker. Deze methode zou geschikt zijn om elementaire studenten over magnetische velden te leren.

Plak een van de lange uiteinden van een wasknijper op de bodem van het glas.
Plaats het glas met de klem ondersteboven op de tafel.
Plaats de magneet in de clip.

Titel afbeelding Determine the Strength of Magnets Step 6

Vouw een paperclip om een haak te maken. De eenvoudigste manier om dit te doen, is door aan het uiteinde van de paperclip te trekken. Je moet meer paperclips aan de haak kunnen hangen.

Titel afbeelding Determine the Strength of Magnets Step 7

Voeg meer paperclips toe om de sterkte van de magneet te meten. Raak de magneet op een van de palen aan met de gevouwen paperclip. Het deel van de haak moet vrij hangen. Hang meer paperclips aan de haak. Ga hiermee door tot het gewicht van de paperclips de haak doet vallen.

Titel afbeelding Determine the Strength of Magnets Step 8

Noteer het aantal paperclips waardoor de haak is gevallen. Wanneer u voldoende paperclips hebt toegevoegd en de haak van de magneet valt, noteer dan nauwkeurig het aantal paperclips dat dit heeft veroorzaakt.

Titel afbeelding Determine the Strength of Magnets Step 9

Voeg afplaktape toe aan de pool van de magneet. Plaats drie kleine strookjes plakband over de pool van de magneet en hang de haak er weer op.

Titel afbeelding Determine the Strength of Magnets Step 10

Voeg paperclips aan de haak toe totdat deze van de magneet valt. Herhaal de vorige methode om paperclips aan de originele haak te hangen totdat deze uiteindelijk uit de magneet valt.

Titel afbeelding Bepaal de sterkte van magneten Stap 11

Noteer hoeveel paperclips er nodig waren om de haak dit keer te laten vallen. Let op zowel het aantal plakstrips en het aantal gebruikte paperclips.

Titel afbeelding Determine the Strength of Magnets Step 12

Herhaal de bovenstaande stappen verschillende keren met meer strips masking tape. Noteer elke keer het aantal paperclips dat nodig was om de haak van de magneet te laten vallen. Houd er rekening mee dat er bij het toevoegen van strookjes plakband steeds minder paperclips nodig waren om de haak te laten vallen.

Methode 3
Test de sterkte van het magnetisch veld met een magnetometer

Titel afbeelding Determine the Strength of Magnets Step 13

Bereken het oorspronkelijke referentiepunt of de juiste spanning. Dit kan worden gedaan met behulp van een magnetometer of een CEM (elektromagnetisch veld) -detector, die een draagbaar apparaat is dat de kracht en richting van de sterkte van een magnetisch veld meet. Het is gemakkelijk verkrijgbaar en is eenvoudig te gebruiken. De magnetometer-methode is geschikt voor het lesgeven van elementaire en middelbare scholieren over magnetische velden. Dit is hoe je er een kunt gaan gebruiken:

Stel de maximale spanning in op 10 volt gelijkstroom.
Lees de spanning af met de meter weg van een magneet. Dit is het referentiepunt of originele spanning, weergegeven als V0.

Titel afbeelding Determine the Strength of Magnets Step 14

Raak een van de polen van de magneet aan met de sensor van de meter. In sommige magnetometers is deze sensor, de Hall-sensor genoemd, ingebouwd in een chip met geïntegreerde schakeling, zodat u de pool van de magneet met de sensor kunt raken.

Titel afbeelding Determine the Strength of Magnets Step 15

Registreert de nieuwe spanning, weergegeven als V1. De spanning zal stijgen of dalen afhankelijk van welke pool van de magneet de Hall-sensor raakt. Als de spanning omhoog gaat, raakt de sensor de zuidpool van de magneet aan. Als de spanning daalt, raakt de sensor de noordpool van de magneet.

Titel afbeelding Determine the Strength of Magnets Step 16

Zoek het verschil tussen de originele en de nieuwe spanning. Als de sensor in millivolts is gekalibreerd, deelt u deze door 1.000 om millivolts om te zetten in volt.

Titel afbeelding Determine the Strength of Magnets Step 17

Verdeel het resultaat tussen de gevoeligheidswaarde van de sensor. Als de sensor bijvoorbeeld een gevoeligheid van 5 millivolt per gauss heeft, deelt u deze met 5. Als u een gevoeligheid van 10 millivolt per gauss hebt, deelt u deze met 10. De waarde die u ontvangt, is de veldsterkte van de magneet in Gauss.

Titel afbeelding Determine the Strength of Magnets Step 18

Herhaal de procedure om de sterkte van het veld op verschillende afstanden van de magneet te testen. Plaats de sensor in een reeks gedefinieerde afstanden van de pool van de magneet en noteer de resultaten.

tips

Van elke pool neemt de kracht van het magnetische veld af met het kwadraat van de afstand van de magnetische pool. Daarom, als de afstand verdubbelt, neemt de kracht af met een factor 4. Echter, vanuit het midden van de magneet neemt de kracht van het magnetisch veld af met de kubus van de afstand. Als de afstand bijvoorbeeld verdubbelt, neemt de sterkte van het magnetische veld af met een factor 8.

waarschuwingen

Een magneet laten vallen of raken met zijn palen ofwel in lijn met de magnetische polen van de aarde (de noordpool naar het zuiden en de zuidpool naar het noorden) of in een rechte hoek met de magnetische polen van de aarde kan het demagnetiseren . Een stalen spijker kan echter worden gemagnetiseerd door te worden geraakt terwijl deze is uitgelijnd met de magnetische polen van de aarde.