Što su linije magnetskog polja. Magnetno polje

Bez sumnje, linije sile magnetsko polje sada su svima poznati. Barem, čak iu školi, njihova se manifestacija pokazuje u nastavi fizike. Sjećate li se kako je učitelj stavio trajni magnet (ili čak dva, kombinirajući orijentaciju njihovih polova) ispod lista papira, a na njega izlio metalne strugotine snimljene u učionici za rad? Sasvim je jasno da se metal morao držati na limu, ali je uočeno nešto čudno - jasno su se iscrtale linije duž kojih se nizala piljevina. Primijetite - ne ravnomjerno, već u prugama. To su linije magnetskog polja. Ili bolje rečeno, njihova manifestacija. Što se tada dogodilo i kako se to može objasniti?

Krenimo izdaleka. Zajedno s nama u fizičkom svijetu, vidljivo koegzistira posebna vrsta materija – magnetsko polje. Omogućuje interakciju između kretanja elementarne čestice ili veća tijela koja imaju električni naboj ili prirodni električni i ne samo da su međusobno povezana, već često sama generiraju. Na primjer, nošenje žice struja stvara magnetsko polje oko sebe. Vrijedi i obrnuto: djelovanjem izmjeničnih magnetskih polja na zatvoreni vodljivi krug stvara se kretanje nositelja naboja u njemu. Potonje svojstvo koristi se u generatorima koji opskrbljuju električnom energijom sve potrošače. Upečatljiv primjer elektromagnetskih polja je svjetlost.

Linije sile magnetskog polja oko vodiča rotiraju ili, što je također točno, karakteriziraju usmjereni vektor magnetske indukcije. Smjer rotacije određen je pravilom gimleta. Označene linije su konvencija, budući da se polje ravnomjerno širi u svim smjerovima. Stvar je u tome što se može prikazati kao beskonačan broj linija, od kojih neke imaju izraženiju napetost. Zato su neke "crte" jasno ucrtane u piljevini. Zanimljivo je da se linije sile magnetskog polja nikada ne prekidaju, pa je nemoguće jednoznačno reći gdje je početak, a gdje kraj.

U slučaju trajnog magneta (ili sličnog elektromagneta), uvijek postoje dva pola koja su primila konvencionalna imena Sjever i Jug. Linije koje se spominju u ovom slučaju su prstenovi i ovali koji povezuju oba pola. Ponekad se to opisuje u terminima međudjelujućih monopola, ali tada se javlja kontradikcija prema kojoj se monopoli ne mogu razdvojiti. To jest, svaki pokušaj podjele magneta rezultirat će nekoliko bipolarnih dijelova.

Od velikog su interesa svojstva linija sile. Već smo govorili o kontinuitetu, ali sposobnost stvaranja električne struje u vodiču je od praktičnog interesa. Značenje ovoga je sljedeće: ako se vodljivi krug križa linijama (ili se sam vodič kreće u magnetskom polju), tada se dodatna energija prenosi elektronima u vanjskim orbitama atoma materijala, što im omogućuje započeti samostalno usmjereno kretanje. Može se reći da se čini da magnetsko polje "izbija" nabijene čestice kristalna rešetka. Ovaj fenomen je dobio ime elektromagnetska indukcija i trenutno je glavni način dobivanja primarne električna energija. Eksperimentalno ju je 1831. godine otkrio engleski fizičar Michael Faraday.

Proučavanje magnetskih polja započelo je još 1269. godine, kada je P. Peregrine otkrio interakciju sfernog magneta sa čeličnim iglama. Gotovo 300 godina kasnije, W. G. Colchester je sugerirao da je on sam veliki magnet s dva pola. Unaprijediti magnetske pojave proučavali su poznati znanstvenici kao što su Lorentz, Maxwell, Ampère, Einstein itd.

> Linije magnetskog polja

Kako odrediti linije magnetskog polja: dijagram jakosti i smjera linija magnetskog polja, pomoću kompasa za određivanje magnetskih polova, crtež.

Linije magnetskog polja korisno za vizualno prikazivanje jačine i smjera magnetskog polja.

Zadatak učenja

• Povežite jačinu magnetskog polja s gustoćom linija magnetskog polja.

Ključne točke

• Smjer magnetskog polja prikazuje igle kompasa koje dodiruju linije magnetskog polja u bilo kojoj navedenoj točki.
• Jačina B-polja obrnuto je proporcionalna udaljenosti između linija. Također je točno proporcionalan broju linija po jedinici površine. Jedna linija nikada ne prelazi drugu.
• Magnetno polje je jedinstveno u svakoj točki u svemiru.
• Linije se ne prekidaju i stvaraju zatvorene petlje.
• Linije se protežu od sjevernog do južnog pola.

Pojmovi

• Linije magnetskog polja su grafički prikaz veličine i smjera magnetskog polja.
• B-polje je sinonim za magnetsko polje.

Linije magnetskog polja

Kaže se da je Albert Einstein kao dijete volio gledati u kompas, razmišljajući o tome kako igla osjeća silu bez izravnog fizičkog kontakta. Duboko razmišljanje i ozbiljan interes doveli su do činjenice da je dijete odraslo i stvorilo svoju revolucionarnu teoriju relativnosti.

Budući da magnetske sile utječu na udaljenosti, izračunavamo magnetska polja koja predstavljaju te sile. Linijska grafika korisna je za vizualizaciju jačine i smjera magnetskog polja. Produljenje linija označava sjevernu orijentaciju igle kompasa. Magnetsko se zove B-polje.

(a) - Ako se mali kompas koristi za usporedbu magnetskog polja oko šipkastog magneta, prikazat će se pravi smjer od sjevernog pola prema jugu. (b) - Dodavanje strelica stvara neprekidne linije magnetsko polje. Snaga je proporcionalna blizini linija. (c) - Ako možete ispitati unutrašnjost magneta, tada će linije biti prikazane u obliku zatvorenih petlji

Nema ništa teško uskladiti magnetsko polje objekta. Najprije izračunajte snagu i smjer magnetskog polja na nekoliko mjesta. Označite ove točke vektorima usmjerenim u smjeru lokalnog magnetskog polja s veličinom proporcionalnom njegovoj jakosti. Možete kombinirati strelice i oblikovati linije magnetskog polja. Smjer u bilo kojoj točki bit će paralelan sa smjerom najbližih linija polja, a lokalna gustoća može biti proporcionalna jakosti.

Linije magnetskog polja su poput konturnih linija na topografskim kartama jer pokazuju nešto kontinuirano. Mnogi zakoni magnetizma mogu se formulirati jednostavnim terminima, kao što je broj linija polja kroz površinu.

Smjer linija magnetskog polja, predstavljen poravnanjem željeznih strugotina na papiru postavljenom iznad šipkastog magneta

Različite pojave utječu na prikaz linija. Na primjer, željezne strugotine na liniji magnetskog polja stvaraju linije koje odgovaraju magnetskim. Oni su također vizualno prikazani u aurorama.

Mali kompas poslan u polje poravnat je paralelno s linijom polja, pri čemu je sjeverni pol usmjeren na B.

Za prikaz polja mogu se koristiti minijaturni kompasi. (a) - Magnetsko polje kružnog strujnog kruga nalikuje magnetskom. (b) - Duga i ravna žica tvori polje s linijama magnetskog polja koje stvaraju kružne petlje. (c) - Kada je žica u ravnini papira, polje izgleda okomito na papir. Zabilježite koji se simboli koriste za okvir koji pokazuje prema unutra i prema van

Detaljno proučavanje magnetskih polja pomoglo je da se izvuku niz važnih pravila:

• Smjer magnetskog polja dodiruje liniju polja u bilo kojoj točki u prostoru.
• Jačina polja je proporcionalna blizini linije. Također je točno proporcionalan broju linija po jedinici površine.
• Linije magnetskog polja se nikada ne sudaraju, što znači da će u bilo kojoj točki u prostoru magnetsko polje biti jedinstveno.
• Linije ostaju kontinuirane i slijede od sjevernog prema južnom polu.

Posljednje pravilo temelji se na činjenici da se polovi ne mogu odvojiti. I razlikuje se od redaka električno polje, u kojem su kraj i početak obilježeni pozitivnim i negativnim nabojem.

MAGNETSKO POLJE. OSNOVE UPRAVLJANJA FEROSONDOM

Živimo u magnetskom polju Zemlje. Manifestacija magnetskog polja je da igla magnetskog kompasa stalno pokazuje smjer prema sjeveru. isti rezultat može se dobiti postavljanjem igle magnetskog kompasa između polova trajnog magneta (slika 34).

Slika 34 - Orijentacija magnetske igle u blizini polova magneta

Obično se jedan od polova magneta (južni) označava slovom S, drugo - (sjeverno) - slovo N. Slika 34 prikazuje dva položaja magnetske igle. U svakom položaju privlače se suprotni polovi strelice i magneta. Stoga se smjer igle kompasa promijenio čim smo je pomaknuli iz pozicije 1 u poziciju 2 . Razlog privlačenja magneta i okretanja strelice je magnetsko polje. Okretanje strelice dok se pomiče gore i desno pokazuje da je smjer magnetskog polja unutra različite točke prostor ne ostaje nepromijenjen.

Slika 35 prikazuje rezultat pokusa s magnetskim prahom posutim po listu debelog papira, koji se nalazi iznad polova magneta. Vidi se da čestice praha tvore linije.

Čestice praha, ulazeći u magnetsko polje, magnetiziraju se. Svaka čestica ima sjeverni i južni pol. Obližnje čestice praha ne samo da se rotiraju u polju magneta, već se i lijepe jedna za drugu, nižući se u linije. Ove linije nazivaju se linijama magnetskog polja.

Slika 35 Raspored čestica magnetskog praha na listu papira koji se nalazi iznad polova magneta

Postavljanjem magnetske igle blizu takve linije, možete vidjeti da se strelica nalazi tangencijalno. u brojevima 1 , 2 , 3 Slika 35 prikazuje orijentaciju magnetske igle u odgovarajućim točkama. U blizini polova, gustoća magnetskog praha je veća nego na drugim točkama na listu. To znači da veličina magnetskog polja tamo ima maksimalnu vrijednost. Dakle, magnetsko polje u svakoj točki određeno je vrijednošću veličine koja karakterizira magnetsko polje i njegov smjer. Takve se veličine nazivaju vektori.

Postavimo čelični dio između polova magneta (slika 36). Smjer linija polja u dijelu prikazan je strelicama. U dijelu će se pojaviti i linije magnetskog polja, samo što će ih biti puno više nego u zraku.

Slika 36 Magnetiziranje dijela jednostavnog oblika

Činjenica je da čelični dio sadrži željezo, koje se sastoji od mikromagneta, koji se nazivaju domenama. Primjena magnetizirajućeg polja na detalj dovodi do toga da se oni počinju orijentirati u smjeru tog polja i višestruko ga pojačavaju. Vidi se da su linije sila u dijelu međusobno paralelne, dok je magnetsko polje konstantno. Magnetno polje, koje karakteriziraju ravne paralelne linije sile povučene iste gustoće, naziva se homogeno.

10.2 Magnetske veličine

Najvažnija fizička veličina koja karakterizira magnetsko polje je vektor magnetske indukcije, koji se obično označava NA. Za svaku fizikalnu veličinu uobičajeno je naznačiti njezinu dimenziju. Dakle, jedinica jačine struje je Amper (A), jedinica magnetske indukcije je Tesla (Tl). Magnetska indukcija u magnetiziranim dijelovima obično je u rasponu od 0,1 do 2,0 T.

Magnetska igla smještena u jednolično magnetsko polje će se okretati. Moment sila koje ga okreću oko svoje osi proporcionalan je magnetskoj indukciji. Magnetska indukcija također karakterizira stupanj magnetizacije materijala. Crte sile prikazane na slikama 34, 35 karakteriziraju promjenu magnetske indukcije u zraku i materijalu (detalji).

Magnetska indukcija određuje magnetsko polje u svakoj točki u prostoru. Kako bi se okarakteriziralo magnetsko polje na nekoj površini (na primjer, u ravnini presjek detalji), koristi se još jedan fizička veličina, koji se naziva magnetski tok i označava se Φ.

Neka je jednoliko magnetizirani dio (slika 36) okarakteriziran vrijednošću magnetske indukcije NA, površina poprečnog presjeka dijela je jednaka S, tada se magnetski tok određuje formulom:

Jedinica magnetski tok- Weber (Wb).

Razmotrimo primjer. Magnetska indukcija u dijelu je 0,2 T, površina poprečnog presjeka je 0,01 m 2. Tada je magnetski tok 0,002 Wb.

Postavimo dugu cilindričnu željeznu šipku u jednolično magnetsko polje. Neka se os simetrije štapa poklapa sa smjerom linija sile. Tada će štap biti magnetiziran gotovo posvuda jednoliko. Magnetska indukcija u štapu bit će mnogo veća nego u zraku. Omjer magnetske indukcije u materijalu B m na magnetsku indukciju u zraku u in naziva se magnetska permeabilnost:

μ=B m / B in. (10.2)

Magnetska propusnost je bezdimenzionalna veličina. Za različite vrste čelika, magnetska propusnost kreće se od 200 do 5000.

Magnetska indukcija ovisi o svojstvima materijala, što otežava tehničke proračune magnetskih procesa. Stoga je uvedena pomoćna veličina koja ne ovisi o magnetska svojstva materijal. Zove se vektor magnetskog polja i označava se H. Jedinica jačine magnetskog polja je Amper/metar (A/m). Tijekom nerazornog magnetskog ispitivanja dijelova, jakost magnetskog polja varira od 100 do 100 000 A/m.

Između magnetske indukcije u in i jakost magnetskog polja H u zraku postoji jednostavan odnos:

V v =μ 0 H, (10.3)

gdje μ 0 = 4π 10 –7 Henry/metar - magnetska konstanta.

Jačina magnetskog polja i magnetska indukcija u materijalu povezane su odnosom:

B=μμ 0 H (10,4)

Jačina magnetskog polja H - vektor. U ispitivanju fluxgate-a potrebno je odrediti komponente ovog vektora na površini dijela. Ove komponente se mogu odrediti pomoću slike 37. Ovdje se površina dijela uzima kao ravnina xy, os z okomito na ovu ravninu.

Slika 1.4 od vrha vektora H pao okomito na ravninu x,y. Vektor se povlači od ishodišta koordinata do točke presjeka okomice i ravnine H  koji se naziva tangencijalna komponenta jakosti magnetskog polja vektora H . Ispuštanje okomica iz vrha vektora H na osi x i y, definirati projekcije H x i h y vektor H. Projekcija H po osovini z naziva se normalnom komponentom jakosti magnetskog polja H n . Kod magnetskog ispitivanja najčešće se mjere tangencijalna i normalna komponenta jakosti magnetskog polja.

Slika 37 Vektor magnetskog polja i njegova projekcija na površinu dijela

10.3 Krivulja magnetizacije i histerezna petlja

Razmotrimo promjenu magnetske indukcije inicijalno demagnetiziranog feromagnetskog materijala s postupnim povećanjem jakosti vanjskog magnetskog polja. Graf koji odražava ovu ovisnost prikazan je na slici 38 i naziva se početna krivulja magnetizacije. U području slabih magnetskih polja, nagib ove krivulje je relativno mali, a zatim počinje rasti, dostižući maksimalnu vrijednost. Pri još većim vrijednostima jakosti magnetskog polja, nagib se smanjuje tako da promjena magnetske indukcije postaje neznatna s povećanjem polja - dolazi do magnetskog zasićenja koje karakterizira vrijednost B S. Slika 39 prikazuje ovisnost magnetske permeabilnosti o jakosti magnetskog polja. Ovu ovisnost karakteriziraju dvije vrijednosti: početna μ n i najveća μ m magnetska permeabilnost. U području jakih magnetskih polja propusnost opada s povećanjem polja. S daljnjim povećanjem vanjskog magnetskog polja, magnetizacija uzorka se praktički ne mijenja, a magnetska indukcija raste samo zbog vanjskog polja .

Slika 38 Krivulja početne magnetizacije

Slika 39. Ovisnost propusnosti o jakosti magnetskog polja

Indukcija magnetskog zasićenja B S ovisi uglavnom o kemijski sastav materijala i za konstrukcijske i električne čelike iznosi 1,6-2,1 T. Magnetska propusnost ovisi ne samo o kemijskom sastavu, već i o toplinskoj i mehaničkoj obradi.

.

Slika 40 Granične (1) i djelomične (2) histerezne petlje

Prema veličini prisilne sile magnetski materijali se dijele na meke magnetske (H c< 5 000 А/м) и магнитотвердые (H c >5 000 A/m).

Za meke magnetske materijale potrebna su relativno mala polja za postizanje zasićenja. Tvrdi magnetski materijali teško se magnetiziraju i remagnetiziraju.

Većina konstrukcijskih čelika su meki magnetski materijali. Za električni čelik i posebne legure, prisilna sila je 1-100 A / m, za konstrukcijske čelike - ne više od 5.000 A / m. U priključenim uređajima sa trajni magneti koriste se tvrdi magnetski materijali.

Tijekom preokretanja magnetizacije, materijal je ponovno zasićen, ali vrijednost indukcije ima drugačiji predznak (– B S) što odgovara negativnoj jakosti magnetskog polja. S naknadnim povećanjem jakosti magnetskog polja prema pozitivnim vrijednostima, indukcija će se promijeniti duž druge krivulje, koja se naziva uzlazna grana petlje. Obje grane: silazna i uzlazna, tvore zatvorenu krivulju, nazvanu granična magnetska histerezna petlja. Granična petlja ima simetričan oblik i odgovara maksimalnoj vrijednosti magnetske indukcije jednakoj B S. Uz simetričnu promjenu jakosti magnetskog polja u manjim granicama, indukcija će se mijenjati duž nove petlje. Ova se petlja u potpunosti nalazi unutar granične petlje i naziva se simetrična djelomična petlja (slika 40).

Parametri granične petlje magnetske histereze igraju važnu ulogu u kontroli fluxgate-a. Pri visokim vrijednostima preostale indukcije i prisilne sile moguće je izvršiti kontrolu predmagnetizacijom materijala dijela do zasićenja, nakon čega slijedi isključivanje izvora polja. Magnetizacija dijela bit će dovoljna za otkrivanje nedostataka.

Istodobno, fenomen histereze dovodi do potrebe kontrole magnetskog stanja. U nedostatku demagnetizacije, materijal dijela može biti u stanju koje odgovara indukciji - B r . Zatim, uključivanjem magnetskog polja pozitivnog polariteta, na primjer, jednako Hc, možete čak i demagnetizirati dio, iako bismo ga mi trebali magnetizirati.

Važnost također ima magnetsku propusnost. Više μ , to je manja potrebna vrijednost jakosti magnetskog polja za magnetiziranje dijela. Tako Tehničke specifikacije uređaj za magnetiziranje mora biti u skladu s magnetskim parametrima ispitnog objekta.

10.4 Magnetno lutajuće polje defekata

Magnetno polje neispravnog dijela ima svoje karakteristike. Uzmite magnetizirani čelični prsten (dio) s uskim razmakom. Ovaj se razmak može smatrati nedostatkom dijela. Ako prsten prekrijete listom papira napunjenim magnetskim prahom, možete vidjeti sliku sličnu onoj prikazanoj na slici 35. List papira se nalazi izvan prstena, a u međuvremenu se čestice praha redaju duž određenih linija. Dakle, linije sile magnetskog polja djelomično prolaze izvan dijela, teče oko defekta. Ovaj dio magnetskog polja naziva se defektno lutajuće polje.

Slika 41 prikazuje dugu pukotinu u dijelu, smještenu okomito na linije magnetskog polja, i uzorak linija polja u blizini defekta.

Slika 41. Strujanje oko površinske pukotine pomoću linija sila

Vidi se da linije magnetskog polja teku oko pukotine unutar dijela i izvan njega. Nastanak lutajućeg magnetskog polja podzemnim defektom može se objasniti pomoću slike 42, koja prikazuje presjek magnetiziranog dijela. Linije polja magnetske indukcije odnose se na jedan od tri presjeka: iznad defekta, u zoni defekta i ispod defekta. Umnožak magnetske indukcije i površine poprečnog presjeka određuje magnetski tok. Komponente ukupnog magnetskog toka u tim područjima označene su kao Φ 1 ,.., Dio magnetskog toka F 2, teći će iznad i ispod odjeljka S2. Prema tome, magnetski tokovi u poprečnim presjecima S1 i S3 bit će veći od dijela bez grešaka. Isto se može reći i o magnetskoj indukciji. Druga važna značajka magnetskih indukcijskih linija sile je njihova zakrivljenost iznad i ispod defekta. Kao rezultat toga, neke od linija sile izlaze iz dijela, stvarajući magnetsko lutajuće polje defekta.

3 .

Slika 42 Zalutalo polje podzemnog defekta

Zalutalo magnetsko polje može se kvantificirati magnetskim tokom koji napušta dio, što se naziva lutajući tok. Magnetski tok curenja je veći, što je veći magnetski tok Φ2 u odjeljku S2. Poprečni presjek područja S2 proporcionalno kosinsu kuta  , prikazano na slici 42. Pri  = 90° ovo je područje jednako nuli, pri  =0° to je najvažnije.

Dakle, da bi se otkrili nedostaci, potrebno je da linije sile magnetske indukcije u kontrolnoj zoni dijela budu okomite na ravninu navodnog defekta.

Raspodjela magnetskog toka po presjeku neispravnog dijela slična je raspodjeli protoka vode u kanalu s barijerom. Visina vala u zoni potpuno potopljene barijere bit će veća što je vrh barijere bliži površini vode. Slično, podzemni nedostatak dijela lakše je otkriti, što je manja dubina njegovog pojavljivanja.

10.5 Detekcija kvarova

Za otkrivanje nedostataka potreban je uređaj koji omogućuje određivanje karakteristika lutajućeg polja defekta. Ovo magnetsko polje može se odrediti iz komponenti H x, H y, H z.

Međutim, zalutala polja mogu biti uzrokovana ne samo defektom, već i drugim čimbenicima: strukturnom nehomogenošću metala, oštrom promjenom poprečnog presjeka (detaljno složen oblik), obrada, udari, hrapavost površine itd. Stoga je analiza ovisnosti čak i jedne projekcije (npr. hz) iz prostorne koordinate ( x ili y) može biti težak zadatak.

Razmotrite zalutalo magnetsko polje u blizini defekta (slika 43). Ovdje je prikazana idealizirana beskonačno duga pukotina s glatkim rubovima. Duž osi je izdužena y, koji je na slici usmjeren prema nama. Brojevi 1, 2, 3, 4 pokazuju kako se veličina i smjer vektora jakosti magnetskog polja mijenjaju pri približavanju pukotini s lijeve strane.

Slika 43 Zalutalo magnetsko polje u blizini defekta

Magnetno polje se mjeri na određenoj udaljenosti od površine dijela. Putanja duž koje se vrše mjerenja prikazana je točkastom linijom. Veličine i smjerovi vektora desno od pukotine mogu se konstruirati na sličan način (ili koristiti simetriju slike). Desno od slike lutajućeg polja, primjer prostornog položaja vektora H i dvije njegove komponente H x i hz . Grafikoni ovisnosti o projekciji H x i hz zalutala polja iz koordinate x prikazano ispod.

Čini se da se traženjem ekstrema H x ili nula H z može pronaći nedostatak. No, kao što je gore navedeno, zalutala polja nastaju ne samo zbog defekata, već i od strukturnih nehomogenosti metala, od tragova mehaničkih utjecaja itd.

Razmotrimo pojednostavljenu sliku formiranja lutajućih polja na jednostavnom dijelu (slika 44) sličnu onoj prikazanoj na slici 41, te grafove projekcijskih ovisnosti H z, H x iz koordinate x(defekt je produžen duž osi y).

Grafovi ovisnosti H x i hz iz x vrlo je teško otkriti defekt, budući da su vrijednosti ekstrema H x i hz nad defektom i preko nehomogenosti su usporedivi.

Izlaz je pronađen kada je otkriveno da je u području kvara maksimalna brzina promjena (strmina) jakosti magnetskog polja neke koordinate veća je od drugih maksimuma.

Slika 44 pokazuje da je maksimalni nagib grafa H z (x) između točaka x 1 i x2(tj. u području defekta) mnogo je veći nego na drugim mjestima.

Dakle, uređaj bi trebao mjeriti ne projekciju jakosti polja, već "brzinu" njegove promjene, t.j. omjer razlike projekcije u dvije susjedne točke iznad površine dijela i udaljenosti između ovih točaka:

(10.5)

gdje H z (x 1), H z (x 2)- vrijednosti vektorske projekcije H po osovini z u točkama x 1 , x 2(lijevo i desno od defekta), Gz(x) obično se naziva gradijent magnetskog polja.

Ovisnost Gz(x) prikazano na slici 44. Udaljenost Dx \u003d x 2 - x 1 između točaka u kojima se mjere vektorske projekcije H po osovini z, odabire se uzimajući u obzir dimenzije lutajućeg polja defekta.

Kao što slijedi iz slike 44, a to je u dobrom suglasju s praksom, vrijednost gradijenta nad defektom znatno je veća od njegove vrijednosti nad nehomogenostima metalnog dijela. To je ono što omogućuje pouzdanu registraciju kvara prekoračenjem granične vrijednosti za gradijent (slika 44).

Odabirom tražene granične vrijednosti moguće je svesti regulacijske pogreške na minimalne vrijednosti.

Slika 44. Linije sila magnetskog polja defekta i nehomogenosti metalnog dijela.

10.6 Metoda ferosonde

Metoda fluxgate temelji se na mjerenju gradijenta jakosti zalutalog magnetskog polja nastalog defektom u magnetiziranom proizvodu s fluxgate uređajem i usporedbi rezultata mjerenja s pragom.

Izvan kontroliranog dijela postoji određeno magnetsko polje koje se stvara da ga magnetizira. Korištenje detektora grešaka - gradiometra osigurava odabir signala uzrokovanog defektom na pozadini prilično velike komponente jakosti magnetskog polja koja se polako mijenja u prostoru.

Detektor kvara fluxgate koristi pretvarač koji reagira na komponentu gradijenta normalne komponente jakosti magnetskog polja na površini dijela. Pretvornik za detektor grešaka sadrži dvije paralelne šipke izrađene od posebne meke magnetske legure. Tijekom pregleda, šipke su okomite na površinu dijela, t.j. su paralelne s normalnom komponentom jakosti magnetskog polja. Šipke imaju identične namote kroz koje teče izmjenična struja. Ovi namoti su spojeni serijski. Izmjenična struja stvara promjenjive komponente jakosti magnetskog polja u šipkama. Ove komponente se podudaraju po veličini i smjeru. Osim toga, postoji stalna komponenta jakosti magnetskog polja dijela na mjestu svake šipke. Vrijednost Δx, koji je uključen u formulu (10.5), jednak je udaljenosti između osi šipki i naziva se baza pretvarača. Izlazni napon pretvarača određen je razlikom izmjeničnih napona na namotima.

Postavimo pretvarač detektora nedostataka na presjek dijela bez defekta, gdje su vrijednosti jakosti magnetskog polja u točkama x 1; x 2(vidi formulu (10.5)) su isti. To znači da je gradijent jakosti magnetskog polja nula. Tada će iste konstantne i promjenjive komponente magnetskog polja djelovati na svaki štap pretvarača. Ove komponente će podjednako remagnetizirati šipke, pa su naponi na namotima međusobno jednaki. Razlika napona koja definira izlazni signal je nula. Dakle, pretvarač detektora nedostataka ne reagira na magnetsko polje ako nema gradijenta.

Ako gradijent jakosti magnetskog polja nije jednak nuli, tada će štapovi biti u istom izmjeničnom magnetskom polju, ali će konstantne komponente biti različite. Svaki štap se remagnetizira izmjeničnom strujom namota iz stanja s magnetskom indukcijom - U S na + U S Prema zakonu elektromagnetske indukcije, napon na namotu može se pojaviti samo kada se magnetska indukcija promijeni. Dakle, period oscilacije naizmjenična struja može se podijeliti na intervale kada je štap u zasićenju i, prema tome, napon na namotu je nula, te na vremenske intervale kada nema zasićenja, što znači da je napon različit od nule. U onim vremenskim razdobljima kada obje šipke nisu magnetizirane do zasićenja, na namotima se pojavljuju isti naponi. U ovom trenutku, izlazni signal je nula. Isto će se dogoditi s istodobnim zasićenjem obje šipke, kada nema napona na namotima. Izlazni napon se pojavljuje kada je jedna jezgra u zasićenom, a druga u nezasićenom stanju.

Istodobno djelovanje konstantne i promjenjive komponente jakosti magnetskog polja dovodi do toga da je svaka jezgra u jednom zasićenom stanju duže od Dugo vrijeme nego u drugom. Duže zasićenje odgovara zbrajanju konstantnih i promjenjivih komponenti jakosti magnetskog polja, a kraćem - oduzimanju. Razlika između vremenskih intervala koji odgovaraju vrijednostima magnetske indukcije + U S i - U S, ovisi o jakosti konstantnog magnetskog polja. Razmotrimo stanje s magnetskom indukcijom + U S na dvije šipke pretvarača. Različite vrijednosti jakosti magnetskog polja u točkama x 1 i x 2 odgovarat će različitom trajanju intervala magnetskog zasićenja štapića. Što je veća razlika između ovih vrijednosti jačine magnetskog polja, to se vremenski intervali više razlikuju. Tijekom onih vremenskih razdoblja kada je jedan štap zasićen, a drugi nezasićen, javlja se izlazni napon pretvarača. Taj napon ovisi o gradijentu jakosti magnetskog polja.

Magnetno polje, što je to? - posebna vrsta materije;
Gdje to postoji? - kreće se okolo električnih naboja(uključujući oko vodiča sa strujom)
Kako otkriti? - pomoću magnetske igle (ili željeznih strugotina) ili njezinim djelovanjem na vodič kroz koji teče struja.

Oerstedovo iskustvo:

Magnetska se igla okreće ako električna energija počne teći kroz vodič. struja, jer Oko vodiča kroz koji teče struja stvara se magnetsko polje.

Interakcija dva vodiča sa strujom:

Svaki vodič kroz koji teče struja ima svoje magnetsko polje oko sebe, koje djeluje s određenom silom na susjedni vodič.

Ovisno o smjeru strujanja, vodiči se međusobno mogu privlačiti ili odbijati.

sjetiti se prošlosti akademska godina:

MAGNETSKI VODOVI (ili na drugi način linije magnetske indukcije)

Kako prikazati magnetsko polje? - uz pomoć magnetskih linija;
Magnetne linije, što je to?

To su zamišljene linije duž kojih su magnetske igle postavljene u magnetsko polje. Magnetske linije mogu se povući kroz bilo koju točku magnetskog polja, imaju smjer i uvijek su zatvorene.

Sjetite se prošle školske godine:

NEHOMOGENE MAGNETSKO POLJE

Karakteristike nehomogenog magnetskog polja: magnetske linije su zakrivljene; ​​gustoća magnetskih linija je različita; sila kojom magnetsko polje djeluje na magnetsku iglu različita je u različitim točkama ovog polja po veličini i smjeru.

Gdje postoji nehomogeno magnetsko polje?

Oko ravnog vodiča sa strujom;

Magnet oko šipke;

Oko solenoida (zavojnice sa strujom).

HOMOGENO MAGNETSKO POLJE

Karakteristike homogenog magnetskog polja: magnetske linije su paralelne prave, gustoća magnetskih linija je svugdje ista; sila kojom magnetsko polje djeluje na magnetsku iglu jednaka je u svim točkama tog polja u smjeru veličine.

Gdje postoji jednolično magnetsko polje?
- unutar magneta šipke i unutar solenoida, ako je njegova duljina mnogo veća od promjera.

ZANIMLJIV

Sposobnost željeza i njegovih legura da se jako magnetiziraju nestaje kada se zagrije na visoku temperaturu. Čisto željezo gubi ovu sposobnost kada se zagrije na 767 ° C.

Snažni magneti, koji se koristi u mnogim modernim proizvodima, može utjecati na rad srčanih stimulatora i implantiranih srčanih uređaja u srčanih bolesnika. Obični željezni ili feritni magneti, koji se lako razlikuju po zagasito sivoj boji, imaju malu snagu i malo su zabrinjavajući.
Međutim, nedavno je bilo vrlo jaki magneti- sjajne srebrne boje i predstavlja leguru neodima, željeza i bora. Magnetno polje koje stvaraju vrlo je jako, zbog čega se naširoko koriste u računalnim diskovima, slušalicama i zvučnicima, kao i u igračkama, nakitu, pa čak i odjeći.

Jednom na cestama glavnog grada Mallorce pojavio se francuski vojni brod "La Rolain". Njegovo je stanje bilo toliko jadno da je brod sam jedva stigao do pristaništa.Kada su se francuski znanstvenici, među kojima je bio i dvadesetdvogodišnji Arago, ukrcali na brod, pokazalo se da je brod uništio grom. Dok je komisija pregledavala brod, odmahujući glavama ugledavši spaljene jarbole i nadgradnje, Arago je požurio do kompasa i vidio što je očekivao: igle kompasa uperene su u različitim smjerovima...

Godinu dana kasnije, kopajući po ostacima genovskog broda koji se srušio u blizini Alžira, Arago je otkrio da su igle kompasa demagnetizirane. Brod je išao na jug prema stijenama, prevaren magnetskim kompasom pogođenim munjom.

V. Kartsev. Magnet za tri tisućljeća.

Magnetni kompas je izumljen u Kini.
Već prije 4000 godina karavane su ponijele sa sobom glinena posuda i "brinula o njemu na cesti više od svih tvojih skupih tereta". U njemu, na površini tekućine na drvenom plovku, ležao je kamen koji voli željezo. Mogao se okretati i cijelo vrijeme pokazivati ​​putnicima u smjeru juga, što im je, u nedostatku Sunca, pomoglo da odu do bunara.
Na početku naše ere, Kinezi su naučili kako napraviti umjetne magnete magnetiziranjem željezne igle.
I samo tisuću godina kasnije, Europljani su počeli koristiti magnetiziranu iglu kompasa.

MAGNETSKO POLJE ZEMLJE

Zemlja je veliki trajni magnet.
Južni magnetski pol, iako se, prema zemaljskim standardima, nalazi u blizini Sjevernog geografskog pola, ipak ih dijeli oko 2000 km.
Postoje područja na površini Zemlje gdje je vlastito magnetsko polje snažno izobličeno magnetskim poljem željeznih ruda koje se javljaju na maloj dubini. Jedno od tih teritorija je Kurska magnetska anomalija koja se nalazi u Kurskoj regiji.

Magnetska indukcija Zemljinog magnetskog polja je samo oko 0,0004 Tesla.
___

Na magnetsko polje Zemlje utječe povećana sunčeva aktivnost. Otprilike jednom svakih 11,5 godina, toliko se povećava da je radio komunikacija poremećena, dobrobit ljudi i životinja pogoršava, a igle kompasa počinju nepredvidivo "plesati" s jedne strane na drugu. U ovom slučaju kažu da dolazi magnetska oluja. Obično traje od nekoliko sati do nekoliko dana.

Zemljino magnetsko polje s vremena na vrijeme mijenja svoju orijentaciju, čineći kako sekularne fluktuacije (u trajanju od 5-10 tisuća godina), tako i potpuno preorijentiranje, t.j. okretanje magnetskih polova (2-3 puta na milijun godina). Na to ukazuje magnetsko polje dalekih epoha "zamrznuto" u sedimentnim i vulkanskim stijenama. Ponašanje geomagnetskog polja ne može se nazvati kaotičnim, ono se pokorava svojevrsnom "rasporedu".

Smjer i veličinu geomagnetskog polja određuju procesi koji se odvijaju u Zemljinoj jezgri. Karakteristično vrijeme preokreta polariteta određeno unutarnjom čvrstom jezgrom je od 3 do 5 tisuća godina, a određeno vanjskom tekućom jezgrom je oko 500 godina. Ova vremena mogu objasniti promatranu dinamiku geomagnetskog polja. Računalno modeliranje uzimajući u obzir razne unutarzemaljske procese, pokazao je mogućnost preokreta magnetskog polja za oko 5 tisuća godina.

FOKUSIRANJE MAGNETIMA

"Hram čari, ili mehanički, optički i fizički ormar gospodina Gamuletskog de Colla" poznatog ruskog iluzionista Gamuletskog, koji je postojao do 1842., proslavio se, između ostalog, i po tome što se posjetitelji penju uz stepenice ukrašene kandelabra i sagovima sagovima još izdaleka mogao primijetiti gornja platforma stepenice, pozlaćeni lik anđela, izrađen u prirodnom ljudskom rastu, koji je u vodoravnom položaju lebdio iznad uredskih vrata bez vješanja ili oslonca. Svatko se mogao uvjeriti da figura nema oslonca. Kada su posjetitelji ušli na platformu, anđeo je podigao ruku, prinio rog ustima i zasvirao, pomičući prste na najprirodniji način. Deset godina, rekao je Gamuletsky, trudim se pronaći točku i težinu magneta i željeza kako bih anđela zadržao u zraku. Osim rada, za ovo čudo sam utrošio i dosta novca.

U srednjem vijeku takozvane "poslušne ribe", napravljene od drveta, bile su vrlo čest iluzioni broj. Plivali su u bazenu i poslušali i najmanji mah mađioničareve ruke, zbog čega su se kretali u svim mogućim smjerovima. Tajna trika bila je krajnje jednostavna: magnet je bio skriven u rukavu mađioničara, a komadi željeza umetnuti su u glave riba.
Vremenom su nam bliže bile manipulacije Engleza Jonasa. Njegov potpisni broj: Jonas je pozvao neke gledatelje da stave sat na stol, nakon čega je on, ne dodirujući sat, samovoljno promijenio položaj kazaljki.
Suvremeno utjelovljenje takve ideje su elektromagnetske spojke, dobro poznate električarima, uz pomoć kojih je moguće rotirati uređaje odvojene od motora nekom vrstom prepreka, na primjer, zidom.

Sredinom 80-ih godina 19. stoljeća pročula se glasina o slonu znanstveniku, koji ne samo da je mogao zbrajati i oduzimati, već čak i množiti, dijeliti i vaditi korijene. To je učinjeno na sljedeći način. Trener je, na primjer, pitao slona: "Koliko je sedam osam?" Ispred slona je bila ploča s brojevima. Nakon pitanja, slon je uzeo pokazivač i samouvjereno pokazao broj 56. Na isti način izvršena je podjela i vađenje. korijen. Trik je bio dovoljno jednostavan: ispod svakog broja na ploči bio je skriven mali elektromagnet. Kada je slonu postavljeno pitanje, struja je dovedena do namota magneta koji se nalazi što znači točan odgovor. Željezni pokazivač u slonovom surlu sam je privukao točan broj. Odgovor je stigao automatski. Unatoč jednostavnosti ovog treninga, tajna trika Dugo vrijeme nije to mogao shvatiti, a "učeni slon" je bio ogroman uspjeh.