Que sont les lignes de champ magnétique. Un champ magnétique

Sans aucun doute, lignes de force champ magnétique sont désormais connus de tous. Au moins, même à l'école, leur manifestation est démontrée dans les cours de physique. Vous souvenez-vous comment le professeur a placé un aimant permanent (ou même deux, combinant l'orientation de leurs pôles) sous une feuille de papier, et par-dessus il a versé de la limaille de métal prise dans la salle de formation du travail ? Il est tout à fait clair que le métal devait être maintenu sur la feuille, mais quelque chose d'étrange a été observé - des lignes étaient clairement tracées le long desquelles la sciure de bois s'alignait. Remarquez - pas uniformément, mais en bandes. Ce sont les lignes de champ magnétique. Ou plutôt, leur manifestation. Que s'est-il passé alors et comment l'expliquer ?

Commençons de loin. Avec nous dans le monde physique, le visible coexiste type particulier matière - champ magnétique. Il offre une interaction entre le déplacement particules élémentaires ou des corps plus grands possédant une charge électrique ou une charge électrique naturelle et ne sont pas seulement interconnectés les uns avec les autres, mais se génèrent souvent eux-mêmes. Par exemple, un fil portant électricité crée un champ magnétique autour de lui. L'inverse est également vrai : l'action de champs magnétiques alternatifs sur un circuit conducteur fermé crée un mouvement de porteurs de charge dans celui-ci. Cette dernière propriété est utilisée dans les générateurs qui fournissent de l'énergie électrique à tous les consommateurs. Un exemple frappant de champs électromagnétiques est la lumière.

Les lignes de force du champ magnétique autour du conducteur tournent ou, ce qui est également vrai, sont caractérisées par un vecteur dirigé d'induction magnétique. Le sens de rotation est déterminé par la règle de la vrille. Les lignes indiquées sont une convention, puisque le champ s'étend uniformément dans toutes les directions. Le fait est qu'il peut être représenté comme un nombre infini de lignes, dont certaines ont une tension plus prononcée. C'est pourquoi certaines "lignes" sont clairement tracées dans la sciure de bois. Fait intéressant, les lignes de force du champ magnétique ne sont jamais interrompues, il est donc impossible de dire sans équivoque où se trouve le début et où se trouve la fin.

Dans le cas d'un aimant permanent (ou électroaimant similaire), il y a toujours deux pôles qui ont reçu noms conventionnels Nord et Sud. Les lignes mentionnées dans ce cas sont des anneaux et des ovales reliant les deux pôles. Parfois, cela est décrit en termes de monopôles en interaction, mais une contradiction apparaît alors, selon laquelle les monopôles ne peuvent pas être séparés. C'est-à-dire que toute tentative de division de l'aimant se traduira par plusieurs parties bipolaires.

Les propriétés des lignes de force sont d'un grand intérêt. Nous avons déjà parlé de continuité, mais la possibilité de créer un courant électrique dans un conducteur présente un intérêt pratique. La signification de ceci est la suivante: si le circuit conducteur est traversé par des lignes (ou si le conducteur lui-même se déplace dans un champ magnétique), une énergie supplémentaire est transmise aux électrons dans les orbites extérieures des atomes du matériau, leur permettant pour commencer un mouvement dirigé indépendant. On peut dire que le champ magnétique semble "éliminer" les particules chargées de réseau cristallin. Ce phénomène a été nommé induction électromagnétique et est actuellement le principal moyen d'obtenir le primaire énergie électrique. Il a été découvert expérimentalement en 1831 par le physicien anglais Michael Faraday.

L'étude des champs magnétiques a commencé dès 1269, lorsque P. Peregrine a découvert l'interaction d'un aimant sphérique avec des aiguilles en acier. Près de 300 ans plus tard, W. G. Colchester a suggéré qu'il était lui-même un énorme aimant à deux pôles. Plus loin phénomènes magnétiquesétudié par des scientifiques célèbres tels que Lorentz, Maxwell, Ampère, Einstein, etc.

> Lignes de champ magnétique

Comment déterminer lignes de champ magnétique: un diagramme de la force et de la direction des lignes de champ magnétique, à l'aide d'une boussole pour déterminer les pôles magnétiques, dessin.

Lignes de champ magnétique utile pour afficher visuellement la force et la direction d'un champ magnétique.

Tâche d'apprentissage

• Corréler la force du champ magnétique avec la densité des lignes du champ magnétique.

Points clés

• La direction du champ magnétique affiche les aiguilles de la boussole touchant les lignes de champ magnétique à n'importe quel point spécifié.
• La force du champ B est inversement proportionnelle à la distance entre les lignes. Il est également exactement proportionnel au nombre de lignes par unité de surface. Une ligne n'en croise jamais une autre.
• Le champ magnétique est unique à chaque point de l'espace.
• Les lignes ne sont pas interrompues et créent des boucles fermées.
• Les lignes s'étendent du pôle nord au pôle sud.

Conditions

• Les lignes de champ magnétique sont une représentation graphique de l'amplitude et de la direction d'un champ magnétique.
• Le champ B est synonyme de champ magnétique.

Lignes de champ magnétique

Enfant, Albert Einstein aurait aimé regarder la boussole, pensant à la façon dont l'aiguille ressentait la force sans contact physique direct. Une réflexion profonde et un intérêt sérieux ont conduit l'enfant à grandir et à créer sa théorie révolutionnaire de la relativité.

Puisque les forces magnétiques affectent les distances, nous calculons les champs magnétiques pour représenter ces forces. Les graphiques linéaires sont utiles pour visualiser la force et la direction d'un champ magnétique. L'allongement des lignes indique l'orientation nord de l'aiguille de la boussole. Le champ magnétique s'appelle le champ B.

(a) - Si une petite boussole est utilisée pour comparer le champ magnétique autour d'un barreau aimanté, elle indiquera bonne direction du pôle nord au sud. (b) - L'ajout de flèches crée lignes continues champ magnétique. La force est proportionnelle à la proximité des lignes. (c) - Si vous pouvez examiner l'intérieur de l'aimant, les lignes seront affichées sous la forme de boucles fermées

Il n'y a rien de difficile à faire correspondre le champ magnétique d'un objet. Tout d'abord, calculez la force et la direction du champ magnétique à plusieurs endroits. Marquez ces points avec des vecteurs pointant dans la direction du champ magnétique local avec une amplitude proportionnelle à sa force. Vous pouvez combiner des flèches et former des lignes de champ magnétique. La direction en tout point sera parallèle à la direction des lignes de champ les plus proches, et la densité locale peut être proportionnelle à la force.

Les lignes de champ magnétique sont comme les courbes de niveau sur les cartes topographiques car elles montrent quelque chose de continu. De nombreuses lois du magnétisme peuvent être formulées en termes simples, comme le nombre de lignes de champ à travers une surface.

Direction des lignes de champ magnétique, représentée par l'alignement de la limaille de fer sur du papier placé au-dessus d'un barreau aimanté

Divers phénomènes affectent l'affichage des lignes. Par exemple, la limaille de fer sur une ligne de champ magnétique crée des lignes qui correspondent aux lignes magnétiques. Ils sont également affichés visuellement dans les aurores.

Une petite boussole envoyée dans le champ s'aligne parallèlement à la ligne de champ, le pôle nord pointant vers B.

Des boussoles miniatures peuvent être utilisées pour montrer les champs. (a) - Le champ magnétique du circuit de courant circulaire ressemble à un champ magnétique. (b) - Un fil long et droit forme un champ avec des lignes de champ magnétique créant des boucles circulaires. (c) - Lorsque le fil est dans le plan du papier, le champ apparaît perpendiculaire au papier. Notez quels symboles sont utilisés pour la boîte pointant vers l'intérieur et vers l'extérieur

Une étude détaillée des champs magnétiques a permis de déduire un certain nombre de règles importantes :

• La direction du champ magnétique touche la ligne de champ en tout point de l'espace.
• La force du champ est proportionnelle à la proximité de la ligne. Il est également exactement proportionnel au nombre de lignes par unité de surface.
• Les lignes du champ magnétique ne se heurtent jamais, ce qui signifie qu'en tout point de l'espace, le champ magnétique sera unique.
• Les lignes restent continues et suivent du nord au pôle sud.

La dernière règle est basée sur le fait que les pôles ne peuvent pas être séparés. Et c'est différent des lignes champ électrique, dans lequel la fin et le début sont marqués par des charges positives et négatives.

UN CHAMP MAGNÉTIQUE. FONDAMENTAUX DU CONTRÔLE FERROPROBE

Nous vivons dans le champ magnétique terrestre. La manifestation du champ magnétique est que l'aiguille de la boussole magnétique indique constamment la direction vers le nord. le même résultat peut être obtenu en plaçant l'aiguille de la boussole magnétique entre les pôles d'un aimant permanent (figure 34).

Figure 34 - Orientation de l'aiguille magnétique près des pôles de l'aimant

Habituellement, l'un des pôles de l'aimant (sud) est désigné par la lettre S, une autre - (nord) - lettre N. La figure 34 montre deux positions de l'aiguille magnétique. Dans chaque position, les pôles opposés de la flèche et de l'aimant sont attirés. Par conséquent, la direction de l'aiguille de la boussole a changé dès que nous l'avons déplacée de la position 1 en position 2 . La raison de l'attraction de l'aimant et du tour de la flèche est le champ magnétique. Tourner la flèche vers le haut et vers la droite montre que la direction du champ magnétique dans points différents l'espace ne reste pas inchangé.

La figure 35 montre le résultat d'une expérience avec de la poudre magnétique saupoudrée sur une feuille de papier épais, située au-dessus des pôles d'un aimant. On peut voir que les particules de poudre forment des lignes.

Les particules de poudre entrant dans un champ magnétique sont magnétisées. Chaque particule a un pôle nord et un pôle sud. Les particules de poudre à proximité tournent non seulement dans le champ de l'aimant, mais se collent également les unes aux autres, s'alignant en lignes. Ces lignes sont appelées lignes de champ magnétique.

Figure 35 Disposition des particules de poudre magnétique sur une feuille de papier située au-dessus des pôles d'un aimant

En plaçant une aiguille magnétique près d'une telle ligne, vous pouvez voir que la flèche est située tangentiellement. en chiffres 1 , 2 , 3 La figure 35 montre l'orientation de l'aiguille magnétique aux points correspondants. Près des pôles, la densité de la poudre magnétique est plus importante qu'en d'autres points de la feuille. Cela signifie que l'amplitude du champ magnétique y a une valeur maximale. Ainsi, le champ magnétique en chaque point est déterminé par la valeur de la grandeur caractérisant le champ magnétique et sa direction. De telles quantités sont appelées vecteurs.

Plaçons la pièce en acier entre les pôles de l'aimant (Figure 36). La direction des lignes de champ dans la pièce est indiquée par des flèches. Des lignes de champ magnétique apparaîtront également dans la pièce, seulement il y en aura beaucoup plus que dans l'air.

Figure 36 Magnétisation d'une pièce de forme simple

Le fait est que la partie en acier contient du fer, constitué de micro-aimants, appelés domaines. L'application d'un champ magnétisant au détail conduit au fait qu'ils commencent à s'orienter dans la direction de ce champ et à l'amplifier plusieurs fois. On peut voir que les lignes de force dans la pièce sont parallèles les unes aux autres, tandis que le champ magnétique est constant. Un champ magnétique, caractérisé par des lignes de force droites parallèles tracées avec la même densité, est dit homogène.

10.2 Grandeurs magnétiques

La grandeur physique la plus importante caractérisant le champ magnétique est le vecteur d'induction magnétique, qui est généralement noté À. Pour chaque grandeur physique, il est d'usage d'indiquer sa dimension. Ainsi, l'unité d'intensité du courant est l'ampère (A), l'unité d'induction magnétique est le tesla (Tl). L'induction magnétique dans les pièces magnétisées se situe généralement dans la plage de 0,1 à 2,0 T.

Une aiguille magnétique placée dans un champ magnétique uniforme tournera. Le moment des forces le faisant tourner autour de son axe est proportionnel à l'induction magnétique. L'induction magnétique caractérise également le degré d'aimantation du matériau. Les lignes de force représentées sur les figures 34, 35 caractérisent l'évolution de l'induction magnétique dans l'air et la matière (détails).

L'induction magnétique détermine le champ magnétique en tout point de l'espace. Afin de caractériser le champ magnétique sur une surface (par exemple, dans le plan la Coupe transversale détails), un autre est utilisé quantité physique, appelé flux magnétique et noté Φ.

Soit une pièce uniformément aimantée (Figure 36) caractérisée par la valeur de l'induction magnétique À, la section transversale de la pièce est égale à S, alors le flux magnétique est déterminé par la formule :

Unité Flux magnétique- Weber (Wb).

Prenons un exemple. L'induction magnétique dans la pièce est de 0,2 T, la section transversale est de 0,01 m 2. Alors le flux magnétique est de 0,002 Wb.

Plaçons une longue tige de fer cylindrique dans un champ magnétique uniforme. Laissez l'axe de symétrie de la tige coïncider avec la direction des lignes de force. Ensuite, la tige sera magnétisée presque partout uniformément. L'induction magnétique dans la tige sera beaucoup plus grande que dans l'air. Le rapport d'induction magnétique dans le matériau B mà l'induction magnétique dans l'air dans dans s'appelle la perméabilité magnétique :

μ=B m / B in. (10.2)

La perméabilité magnétique est une grandeur sans dimension. Pour différentes nuances d'acier, la perméabilité magnétique varie de 200 à 5 000.

L'induction magnétique dépend des propriétés du matériau, ce qui complique les calculs techniques des processus magnétiques. Par conséquent, une quantité auxiliaire a été introduite, qui ne dépend pas de Propriétés magnétiques Matériel. Il est appelé vecteur champ magnétique et est noté H L'unité d'intensité du champ magnétique est l'ampère/mètre (A/m). Lors d'essais magnétiques non destructifs de pièces, l'intensité du champ magnétique varie de 100 à 100 000 A/m.

Entre induction magnétique dans dans et l'intensité du champ magnétique H dans l'air il y a une relation simple:

В в =μ 0 H, (10.3)

où μ 0 = 4π 10 –7 Henry/mètre - constante magnétique.

L'intensité du champ magnétique et l'induction magnétique dans le matériau sont liées par la relation :

B=μμ 0 H (10.4)

Intensité du champ magnétique H - vecteur. Dans les tests fluxgate, il est nécessaire de déterminer les composantes de ce vecteur sur la surface de la pièce. Ces composants peuvent être déterminés à l'aide de la figure 37. Ici, la surface de la pièce est prise comme un plan xy, axe z perpendiculaire à ce plan.

Figure 1.4 du haut du vecteur H tombé perpendiculairement au plan x,y. Un vecteur est tracé de l'origine des coordonnées au point d'intersection de la perpendiculaire et du plan H  appelée composante tangentielle de l'intensité du champ magnétique du vecteur H . Suppression des perpendiculaires du sommet du vecteur H sur l'axe X et y, définir les projections H x et h y vecteur H Projection H par essieu z s'appelle la composante normale de l'intensité du champ magnétique H n . Dans les tests magnétiques, les composantes tangentielle et normale de l'intensité du champ magnétique sont le plus souvent mesurées.

Figure 37 Le vecteur du champ magnétique et sa projection sur la surface de la pièce

10.3 Courbe d'aimantation et boucle d'hystérésis

Considérons la variation de l'induction magnétique d'un matériau ferromagnétique initialement démagnétisé avec une augmentation progressive de l'intensité du champ magnétique externe. Un graphique reflétant cette dépendance est représenté sur la figure 38 et est appelé la courbe d'aimantation initiale. Dans la région des champs magnétiques faibles, la pente de cette courbe est relativement faible, puis elle commence à augmenter, atteignant une valeur maximale. À des valeurs encore plus élevées de l'intensité du champ magnétique, la pente diminue de sorte que le changement d'induction magnétique devient insignifiant avec l'augmentation du champ - une saturation magnétique se produit, caractérisée par la valeur BS. La figure 39 montre la dépendance de la perméabilité magnétique à la force du champ magnétique. Cette dépendance est caractérisée par deux valeurs : perméabilité magnétique initiale μ n et maximale μ m . Dans la région des champs magnétiques forts, la perméabilité diminue avec l'augmentation du champ. Avec une nouvelle augmentation du champ magnétique externe, la magnétisation de l'échantillon ne change pratiquement pas et l'induction magnétique ne croît qu'en raison du champ externe .

Figure 38 Courbe de magnétisation initiale

Figure 39 Dépendance de la perméabilité à l'intensité du champ magnétique

Induction de saturation magnétique BS dépend surtout de composition chimique matériau et pour les aciers de construction et électriques est de 1,6-2,1 T. La perméabilité magnétique dépend non seulement de la composition chimique, mais aussi du traitement thermique et mécanique.

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Figure 40 Boucles d'hystérésis limite (1) et partielle (2)

Selon l'amplitude de la force coercitive, les matériaux magnétiques sont divisés en magnétique doux (H c< 5 000 А/м) и магнитотвердые (H c >5 000 A/m).

Pour les matériaux magnétiques doux, des champs relativement petits sont nécessaires pour atteindre la saturation. Les matériaux magnétiques durs sont difficiles à magnétiser et à remagnétiser.

La plupart des aciers de construction sont des matériaux magnétiques doux. Pour acier électrique et alliages spéciaux, la force coercitive est de 1 à 100 A / m, pour les aciers de construction - pas plus de 5 000 A / m. Dans les appareils connectés avec aimants permanents des matériaux magnétiques durs sont utilisés.

Lors de l'inversion de l'aimantation, le matériau est à nouveau saturé, mais la valeur d'induction a un signe différent (– BS) correspondant à l'intensité négative du champ magnétique. Avec une augmentation ultérieure de l'intensité du champ magnétique vers des valeurs positives, l'induction changera le long d'une autre courbe, appelée la branche ascendante de la boucle. Les deux branches, descendante et ascendante, forment une courbe fermée, appelée boucle d'hystérésis magnétique limite. La boucle limite a une forme symétrique et correspond à la valeur maximale de l'induction magnétique égale à BS. Avec un changement symétrique de l'intensité du champ magnétique dans des limites plus petites, l'induction changera le long d'une nouvelle boucle. Cette boucle est entièrement située à l'intérieur de la boucle limite et est appelée boucle partielle symétrique (Figure 40).

Les paramètres de la boucle d'hystérésis magnétique limite jouent un rôle important dans le contrôle du fluxgate. À des valeurs élevées d'induction résiduelle et de force coercitive, il est possible d'effectuer un contrôle en prémagnétisant le matériau de la pièce à saturation, puis en éteignant la source de champ. L'aimantation de la pièce sera suffisante pour détecter les défauts.

Dans le même temps, le phénomène d'hystérésis conduit à la nécessité de contrôler l'état magnétique. En l'absence de démagnétisation, le matériau de la pièce peut être dans un état correspondant à l'induction - Br. Puis, en activant le champ magnétique de polarité positive, par exemple, égal à Hc, vous pouvez même démagnétiser la pièce, bien que nous soyons censés la magnétiser.

Importance possède également une perméabilité magnétique. Le plus μ , plus la valeur requise de l'intensité du champ magnétique pour magnétiser la pièce est faible. C'est pourquoi spécifications techniques dispositif de magnétisation doit être compatible avec les paramètres magnétiques de l'objet à tester.

10.4 Champ magnétique parasite des défauts

Le champ magnétique d'une pièce défectueuse a ses propres caractéristiques. Prenez un anneau en acier magnétisé (partie) avec un espace étroit. Cet écart peut être considéré comme un défaut de la pièce. Si vous recouvrez l'anneau d'une feuille de papier remplie de poudre magnétique, vous pouvez voir une image similaire à celle illustrée à la figure 35. La feuille de papier est située à l'extérieur de l'anneau et, pendant ce temps, les particules de poudre s'alignent le long de certaines lignes. Ainsi, les lignes de force du champ magnétique passent partiellement à l'extérieur de la pièce en contournant le défaut. Cette partie du champ magnétique est appelée champ de fuite de défaut.

La figure 41 montre une longue fissure dans la pièce, située perpendiculairement aux lignes de champ magnétique, et un motif de lignes de champ près du défaut.

Figure 41 Écoulement autour d'une fissure de surface par des lignes de force

On peut voir que les lignes de champ magnétique circulent autour de la fissure à l'intérieur de la pièce et à l'extérieur de celle-ci. La formation d'un champ magnétique parasite par un défaut souterrain peut être expliquée à l'aide de la figure 42, qui montre une coupe d'une pièce aimantée. Les lignes de champ d'induction magnétique se réfèrent à l'une des trois sections de la section transversale : au-dessus du défaut, dans la zone du défaut et sous le défaut. Le produit de l'induction magnétique et de la section transversale détermine le flux magnétique. Les composantes du flux magnétique total dans ces zones sont désignées par Φ 1 ,.., Une partie du flux magnétique F 2, coulera au-dessus et au-dessous de la section S2. Par conséquent, les flux magnétiques dans les sections efficaces S1 et S3 sera supérieure à celle d'une pièce sans défaut. On peut en dire autant de l'induction magnétique. Une autre caractéristique importante des lignes de force d'induction magnétique est leur courbure au-dessus et au-dessous du défaut. En conséquence, certaines des lignes de force sortent de la pièce, créant un champ magnétique parasite du défaut.

3 .

Figure 42 Champ de fuite d'un défaut de subsurface

Le champ magnétique parasite peut être quantifié par le flux magnétique sortant de la pièce, appelé flux parasite. Plus le flux magnétique de fuite est important, plus le flux magnétique est important Φ2 dans la section S2. Zone transversale S2 proportionnel au cosinus de l'angle  , illustré à la Figure 42. A  = 90° cette zone est égale à zéro, à  =0° c'est le plus important.

Ainsi, pour détecter des défauts, il faut que les lignes de force d'induction magnétique dans la zone de contrôle de la pièce soient perpendiculaires au plan du défaut allégué.

La répartition du flux magnétique sur la section de la pièce défectueuse est similaire à la répartition du débit d'eau dans un canal avec barrière. La hauteur des vagues dans la zone d'une barrière complètement immergée sera d'autant plus grande que la crête de la barrière sera proche de la surface de l'eau. De même, le défaut de sous-surface de la pièce est plus facile à détecter, plus la profondeur de son apparition est faible.

10.5 Détection des défauts

Pour détecter les défauts, il faut un dispositif permettant de déterminer les caractéristiques du champ de fuite du défaut. Ce champ magnétique peut être déterminé à partir des composantes Hx, Hy, Hz.

Cependant, les champs parasites peuvent être causés non seulement par un défaut, mais également par d'autres facteurs : l'inhomogénéité structurelle du métal, un changement brusque de la section transversale (en détail forme complexe), usinage, impacts, rugosité de surface, etc. Par conséquent, l'analyse de la dépendance d'une seule projection (par exemple, hertz) à partir de la coordonnée spatiale ( X ou y) peut être une tâche difficile.

Considérez le champ magnétique parasite près du défaut (Figure 43). Montré ici est une fissure infiniment longue idéalisée avec des bords lisses. Il est allongé le long de l'axe y, qui est dirigé dans la figure vers nous. Les numéros 1, 2, 3, 4 montrent comment l'amplitude et la direction du vecteur d'intensité du champ magnétique changent à l'approche de la fissure par la gauche.

Figure 43 Champ magnétique parasite à proximité d'un défaut

Le champ magnétique est mesuré à une certaine distance de la surface de la pièce. La trajectoire le long de laquelle les mesures sont prises est représentée par une ligne pointillée. Les amplitudes et les directions des vecteurs à droite de la fissure peuvent être construites de manière similaire (ou utiliser la symétrie de la figure). A droite de l'image du champ parasite, un exemple de la position spatiale du vecteur H et deux de ses composants H x et hertz . Graphiques de dépendance de projection H x et hertz champs parasites de la coordonnée X indiqué ci-dessous.

Il semblerait qu'en cherchant un extremum H x ou zéro H z , on puisse trouver un défaut. Mais comme indiqué ci-dessus, les champs parasites sont formés non seulement de défauts, mais aussi d'inhomogénéités structurelles du métal, de traces d'influences mécaniques, etc.

Considérons une image simplifiée de la formation de champs parasites sur une pièce simple (Figure 44) similaire à celle illustrée à la Figure 41, et des graphiques de dépendances de projection Hz, Hx de la coordonnée X(le défaut est allongé le long de l'axe y).

Graphiques de dépendance H x et hertz de X il est très difficile de détecter un défaut, puisque les valeurs des extrema H x et hertz sur un défaut et sur les inhomogénéités sont comparables.

La sortie a été trouvée quand on a découvert que dans la zone du défaut vitesse maximum le changement (pente) de l'intensité du champ magnétique de certaines coordonnées est supérieur à d'autres maxima.

La figure 44 montre que la pente maximale du graphique H z (x) entre les points x1 et x2(c'est-à-dire dans la zone du défaut) est beaucoup plus grande qu'ailleurs.

Ainsi, l'appareil ne doit pas mesurer la projection de l'intensité du champ, mais le "taux" de son changement, c'est-à-dire le rapport de la différence de projection en deux points adjacents au-dessus de la surface de la pièce à la distance entre ces points :

(10.5)

où H z (x 1), H z (x 2)- valeurs de projection vectorielle H par essieu z aux points x1 , x2(à gauche et à droite du défaut), Gz (x) communément appelé le gradient du champ magnétique.

Dépendance Gz (x) illustré à la Figure 44. Distance Dx \u003d x 2 - x 1 entre les points auxquels les projections vectorielles sont mesurées H par essieu z, est choisi en tenant compte des dimensions du champ de fuite du défaut.

Comme il ressort de la figure 44, et ceci est en bon accord avec la pratique, la valeur du gradient sur le défaut est nettement supérieure à sa valeur sur les inhomogénéités du métal de la pièce. C'est ce qui permet d'enregistrer de manière fiable un défaut en dépassant la valeur seuil par le gradient (Figure 44).

En choisissant la valeur de seuil requise, il est possible de réduire les erreurs de contrôle aux valeurs minimales.

Figure 44 Lignes de force du champ magnétique du défaut et inhomogénéités de la pièce métallique.

10.6 Méthode Ferroprobe

La méthode fluxgate est basée sur la mesure du gradient d'intensité du champ magnétique parasite créé par un défaut dans un produit magnétisé avec un dispositif fluxgate et la comparaison du résultat de la mesure avec un seuil.

En dehors de la partie contrôlée, il y a un certain champ magnétique qui est créé pour l'aimanter. L'utilisation d'un détecteur de défauts - gradiomètre assure la sélection d'un signal provoqué par un défaut dans le contexte d'une composante assez importante de l'intensité du champ magnétique changeant lentement dans l'espace.

Un détecteur de défauts fluxgate utilise un transducteur qui répond à la composante de gradient de la composante normale de l'intensité du champ magnétique sur la surface de la pièce. Le transducteur du détecteur de défauts contient deux tiges parallèles faites d'un alliage magnétique doux spécial. Lors de l'inspection, les tiges sont perpendiculaires à la surface de la pièce, c'est-à-dire sont parallèles à la composante normale de l'intensité du champ magnétique. Les tiges ont des enroulements identiques parcourus par un courant alternatif. Ces enroulements sont connectés en série. Le courant alternatif crée des composantes variables de l'intensité du champ magnétique dans les tiges. Ces composantes coïncident en amplitude et en direction. De plus, il existe une composante constante de l'intensité du champ magnétique de la pièce à l'emplacement de chaque tige. Évaluer Δx, qui est inclus dans la formule (10.5), est égal à la distance entre les axes des tiges et s'appelle la base du convertisseur. La tension de sortie du convertisseur est déterminée par la différence entre les tensions alternatives sur les enroulements.

Plaçons le transducteur détecteur de défauts sur la section de la pièce sans défaut, où les valeurs de l'intensité du champ magnétique aux points x 1 ; x2(voir formule (10.5)) sont les mêmes. Cela signifie que le gradient de l'intensité du champ magnétique zéro. Ensuite, les mêmes composantes constantes et variables de l'intensité du champ magnétique agiront sur chaque tige du convertisseur. Ces composants remagnétiseront également les tiges, de sorte que les tensions sur les enroulements sont égales les unes aux autres. La différence de tension qui définit le signal de sortie est nulle. Ainsi, le transducteur détecteur de défauts ne répond pas à un champ magnétique s'il n'y a pas de gradient.

Si le gradient de l'intensité du champ magnétique n'est pas égal à zéro, les tiges seront dans le même champ magnétique alternatif, mais les composantes constantes seront différentes. Chaque tige est remagnétisée par un courant d'enroulement alternatif à partir d'un état à induction magnétique - En Sà + En S Selon la loi de l'induction électromagnétique, la tension sur l'enroulement ne peut apparaître que lorsque l'induction magnétique change. Par conséquent, la période d'oscillation courant alternatif peut être divisé en intervalles lorsque la tige est en saturation et, par conséquent, la tension sur l'enroulement est nulle, et en intervalles de temps lorsqu'il n'y a pas de saturation, ce qui signifie que la tension est différente de zéro. Dans ces périodes de temps où les deux tiges ne sont pas magnétisées à saturation, les mêmes tensions apparaissent sur les enroulements. A ce moment, le signal de sortie est nul. La même chose se produira avec une saturation simultanée des deux tiges, lorsqu'il n'y a pas de tension sur les enroulements. La tension de sortie apparaît lorsqu'un noyau est dans un état saturé et l'autre dans un état désaturé.

L'action simultanée des composantes constantes et variables de l'intensité du champ magnétique conduit au fait que chaque noyau est dans un état saturé pendant plus de longue durée que dans l'autre. Une saturation plus longue correspond à l'addition des composantes constantes et variables de l'intensité du champ magnétique, à une plus courte - la soustraction. La différence entre les intervalles de temps qui correspondent aux valeurs d'induction magnétique + En S et - En S, dépend de la force du champ magnétique constant. Considérez l'état avec induction magnétique + En S sur deux tiges de transducteur. Différentes valeurs de l'intensité du champ magnétique aux points x1 et x2 correspondra à une durée différente des intervalles de saturation magnétique des crayons. Plus la différence entre ces valeurs de l'intensité du champ magnétique est grande, plus les intervalles de temps diffèrent. Pendant les périodes de temps où une tige est saturée et l'autre non saturée, la tension de sortie du convertisseur se produit. Cette tension dépend du gradient d'intensité du champ magnétique.

Le champ magnétique, qu'est-ce que c'est ? - un type particulier de matière ;
Où existe-t-il ? - autour du déménagement charges électriques(y compris autour d'un conducteur avec courant)
Comment découvrir ? - à l'aide d'une aiguille aimantée (ou de la limaille de fer) ou par son action sur un conducteur sous tension.

L'expérience d'Oersted :

L'aiguille magnétique tourne si l'électricité commence à circuler à travers le conducteur. actuel, car Un champ magnétique se forme autour d'un conducteur porteur de courant.

Interaction de deux conducteurs avec le courant :

Chaque conducteur porteur de courant a son propre champ magnétique autour de lui, qui agit avec une certaine force sur le conducteur adjacent.

Selon le sens des courants, les conducteurs peuvent s'attirer ou se repousser.

souviens-toi du passé année académique:

LIGNES MAGNÉTIQUES (ou sinon lignes d'induction magnétique)

Comment représenter un champ magnétique ? - à l'aide de lignes magnétiques ;
Lignes magnétiques, qu'est-ce que c'est?

Ce sont des lignes imaginaires le long desquelles des aiguilles magnétiques sont placées dans un champ magnétique. Les lignes magnétiques peuvent passer par n'importe quel point du champ magnétique, elles ont une direction et sont toujours fermées.

Repensez à l'année scolaire dernière :

CHAMP MAGNÉTIQUE NON HOMOGÈNE

Caractéristiques d'un champ magnétique inhomogène : les lignes magnétiques sont courbes ; la densité des lignes magnétiques est différente ; la force avec laquelle le champ magnétique agit sur l'aiguille magnétique est différente en différents points de ce champ en amplitude et en direction.

Où existe-t-il un champ magnétique inhomogène ?

Autour d'un conducteur porteur de courant rectiligne ;

Autour de la barre aimantée ;

Autour du solénoïde (bobines avec courant).

CHAMP MAGNÉTIQUE HOMOGÈNE

Caractéristiques d'un champ magnétique homogène : les lignes magnétiques sont des droites parallèles, la densité des lignes magnétiques est la même partout ; la force avec laquelle le champ magnétique agit sur l'aiguille magnétique est la même en tous les points de ce champ dans la direction de l'amplitude.

Où existe-t-il un champ magnétique uniforme ?
- à l'intérieur du barreau magnétique et à l'intérieur du solénoïde, si sa longueur est très supérieure au diamètre.

INTÉRESSANT

La capacité du fer et de ses alliages à être fortement magnétisés disparaît lorsqu'ils sont chauffés à haute température. Le fer pur perd cette capacité lorsqu'il est chauffé à 767°C.

Aimants puissants, utilisé dans de nombreux produits modernes, peut affecter les performances des stimulateurs cardiaques et des dispositifs cardiaques implantés chez les patients cardiaques. Les aimants ordinaires en fer ou en ferrite, qui se distinguent facilement par leur coloration gris terne, ont peu de force et sont peu préoccupants.
Cependant, récemment, il y a eu très aimants puissants- de couleur argent brillant et représentant un alliage de néodyme, de fer et de bore. Le champ magnétique qu'ils créent est très puissant, c'est pourquoi ils sont largement utilisés dans les disques d'ordinateur, les écouteurs et les haut-parleurs, ainsi que dans les jouets, les bijoux et même les vêtements.

Une fois sur les routes de la ville principale de Majorque, le navire militaire français "La Rolain" est apparu. Son état était si misérable que le navire a à peine atteint le poste d'amarrage par lui-même.Lorsque des scientifiques français, dont Arago, âgé de vingt-deux ans, sont montés à bord du navire, il s'est avéré que le navire avait été détruit par la foudre. Pendant que la commission inspectait le navire, secouant la tête à la vue des mâts et des superstructures brûlés, Arago se précipita vers les boussoles et vit ce qu'il attendait : les aiguilles des boussoles pointaient dans des directions différentes...

Un an plus tard, fouillant dans les restes d'un navire génois qui s'était écrasé près d'Alger, Arago découvrit que les aiguilles de la boussole avaient été démagnétisées. . Le navire se dirigeait vers le sud en direction des rochers, trompé par un compas magnétique foudroyé.

V.Kartsev. Aimant depuis trois millénaires.

Le compas magnétique a été inventé en Chine.
Il y a 4 000 ans déjà, les caravaniers emmenaient avec eux Pot en terre cuite et "a pris soin de lui sur la route plus que toutes vos cargaisons coûteuses." À l'intérieur, à la surface du liquide sur un flotteur en bois, posez une pierre qui aime le fer. Il pouvait se retourner et, tout le temps, pointer du doigt les voyageurs en direction du sud, ce qui, en l'absence de soleil, les aidait à se diriger vers les puits.
Au début de notre ère, les Chinois ont appris à fabriquer des aimants artificiels en magnétisant une aiguille en fer.
Et seulement mille ans plus tard, les Européens ont commencé à utiliser une aiguille de boussole aimantée.

CHAMP MAGNÉTIQUE DE LA TERRE

La terre est un grand aimant permanent.
Le Pôle Sud Magnétique, bien que situé, selon les normes terrestres, à proximité du Pôle Nord Géographique, ils sont néanmoins séparés d'environ 2000 km.
Il existe des territoires à la surface de la Terre où son propre champ magnétique est fortement déformé par le champ magnétique des minerais de fer se produisant à faible profondeur. L'un de ces territoires est l'anomalie magnétique de Koursk située dans la région de Koursk.

L'induction magnétique du champ magnétique terrestre n'est que d'environ 0,0004 Tesla.
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Le champ magnétique terrestre est affecté par l'augmentation de l'activité solaire. Environ une fois tous les 11,5 ans, il augmente tellement que la communication radio est perturbée, le bien-être des personnes et des animaux se détériore et les aiguilles de la boussole commencent à «danser» de manière imprévisible d'un côté à l'autre. Dans ce cas, ils disent qu'un orage magnétique arrive. Elle dure généralement de quelques heures à plusieurs jours.

Le champ magnétique terrestre change d'orientation de temps en temps, provoquant à la fois des fluctuations séculaires (d'une durée de 5 à 10 000 ans) et une réorientation complète, c'est-à-dire inverser les pôles magnétiques (2 à 3 fois par million d'années). Ceci est indiqué par le champ magnétique des époques lointaines "gelées" dans les roches sédimentaires et volcaniques. Le comportement du champ géomagnétique ne peut pas être qualifié de chaotique, il obéit à une sorte de "calendrier".

La direction et l'amplitude du champ géomagnétique sont déterminées par les processus qui se déroulent dans le noyau terrestre. Le temps d'inversion de polarité caractéristique déterminé par le noyau solide interne est de 3 à 5 000 ans, et déterminé par le noyau liquide externe est d'environ 500 ans. Ces temps peuvent expliquer la dynamique observée du champ géomagnétique. Modélisation informatique en tenant compte de divers processus intraterrestres, il a montré la possibilité d'une inversion du champ magnétique dans environ 5 000 ans.

MISE AU POINT AVEC AIMANTS

Le "temple des charmes, ou le cabinet mécanique, optique et physique de M. Gamuletsky de Coll" du célèbre illusionniste russe Gamuletsky, qui a existé jusqu'en 1842, est devenu célèbre, entre autres, pour le fait que les visiteurs montant les escaliers décorés de candélabres et tapissés de moquettes pouvaient encore s'apercevoir de loin plate-forme supérieure escalier, une figure dorée d'un ange, faite de croissance humaine naturelle, qui planait en position horizontale au-dessus de la porte du bureau sans être suspendue ni soutenue. Tout le monde pouvait s'assurer que la figure n'avait aucun support. Lorsque les visiteurs entraient sur la plate-forme, l'ange levait la main, portait le cor à sa bouche et en jouait, en bougeant ses doigts de la manière la plus naturelle. Pendant dix ans, a déclaré Gamuletsky, j'ai travaillé pour trouver la pointe et le poids de l'aimant et du fer afin de maintenir l'ange en l'air. En plus du travail, j'ai utilisé beaucoup d'argent pour ce miracle.

Au Moyen Âge, les soi-disant "poissons obéissants", en bois, étaient un numéro d'illusion très courant. Ils nageaient dans la piscine et obéissaient au moindre geste de la main du magicien, qui les faisait bouger dans toutes sortes de directions. Le secret de l'astuce était extrêmement simple: un aimant était caché dans la manche du magicien et des morceaux de fer étaient insérés dans la tête des poissons.
Plus près de nous dans le temps se trouvaient les manipulations de l'Anglais Jonas. Son numéro de signature: Jonas a invité certains téléspectateurs à poser l'horloge sur la table, après quoi il a, sans toucher à l'horloge, changé arbitrairement la position des aiguilles.
L'incarnation moderne d'une telle idée est les embrayages électromagnétiques, bien connus des électriciens, à l'aide desquels il est possible de faire tourner des appareils séparés du moteur par une sorte d'obstacle, par exemple un mur.

Au milieu des années 80 du XIXe siècle, une rumeur a balayé l'éléphant scientifique, qui pouvait non seulement additionner et soustraire, mais même multiplier, diviser et extraire des racines. Cela a été fait de la manière suivante. Le dresseur, par exemple, a demandé à l'éléphant : "Qu'est-ce que sept huit ?" Il y avait un tableau avec des chiffres devant l'éléphant. Après la question, l'éléphant a pris le pointeur et a montré avec confiance le nombre 56. De la même manière, la division et l'extraction ont été effectuées. racine carrée. L'astuce était assez simple : il y avait un petit électroaimant caché sous chaque numéro du tableau. Lorsqu'on posait une question à l'éléphant, un courant était appliqué à l'enroulement d'un aimant situé signifiant la bonne réponse. La pointe de fer dans la trompe de l'éléphant était elle-même attirée par le bon chiffre. La réponse est venue automatiquement. Malgré la simplicité de cette formation, le secret de l'astuce pendant longtemps ne pouvait pas le comprendre, et "l'éléphant savant" a été un énorme succès.