Mik azok a mágneses erővonalak. Mágneses mező

Kétségtelenül, erővonalak mágneses mező ma már mindenki számára ismertek. Legalább még az iskolában is megmutatkoznak a fizikaórákon. Emlékszel arra, hogy a tanár egy állandó mágnest (vagy akár kettőt, a pólusuk helyzetét kombinálva) egy papírlap alá helyezett, és ráöntötte a munkaügyi oktatóteremben vett fémreszeléket? Teljesen egyértelmű, hogy a fémet a lapon kellett tartani, de valami furcsa volt megfigyelhető - jól láthatóak a vonalak, amelyek mentén fűrészpor sorakozott. Figyeljük meg – nem egyenletesen, hanem csíkosan. Ezek a mágneses erővonalak. Vagy inkább a megnyilvánulásuk. Mi történt akkor és mivel magyarázható?

Kezdjük messziről. Velünk együtt a fizikai világban a látható együtt létezik különleges fajta anyag - mágneses tér. Interakciót biztosít a mozgások között elemi részecskék vagy nagyobb testek, amelyek elektromos töltéssel vagy természetes elektromossággal rendelkeznek, és nemcsak egymással kapcsolatban állnak, hanem gyakran önmagukat is generálják. Például egy dróthordó elektromosság mágneses teret hoz létre maga körül. Ennek a fordítottja is igaz: a váltakozó mágneses mezők hatása egy zárt vezető áramkörre töltéshordozók mozgását idézi elő. Ez utóbbi tulajdonságot olyan generátorokban használják, amelyek minden fogyasztót elektromos energiával látnak el. Az elektromágneses mezők szembetűnő példája a fény.

A mágneses tér erővonalai a vezető körül forognak, vagy ami szintén igaz, irányított mágneses indukcióvektor jellemzi. A forgásirányt a kardánszabály határozza meg. A jelzett vonalak megegyezésből származnak, mivel a mező minden irányban egyenletesen terül el. A helyzet az, hogy végtelen számú vonalként ábrázolható, amelyek közül néhánynak kifejezettebb a feszültsége. Ez az oka annak, hogy néhány „vonal” egyértelműen nyomon követhető és fűrészpor. Érdekes módon a mágneses tér erővonalai soha nem szakadnak meg, így nem lehet egyértelműen megmondani, hol a kezdet és hol a vég.

Állandó mágnes (vagy hasonló elektromágnes) esetén mindig két pólus kapott konvencionális nevekÉszak és Dél. Az ebben az esetben említett vonalak mindkét pólust összekötő gyűrűk és oválisok. Néha ezt kölcsönható monopólusokkal írják le, de ekkor egy olyan ellentmondás támad, amely szerint a monopólusok nem választhatók szét. Vagyis a mágnes felosztására tett kísérlet több bipoláris részt eredményez.

Nagyon érdekesek az erővonalak tulajdonságai. A folytonosságról már beszéltünk, de gyakorlati érdekesség, hogy egy vezetőben elektromos áramot lehet létrehozni. Ennek jelentése a következő: ha a vezető áramkört vonalak keresztezik (vagy maga a vezető mozog mágneses térben), akkor az anyag atomjainak külső pályáján lévő elektronok többletenergiát kapnak, lehetővé téve számukra. önálló irányított mozgás megkezdésére. Elmondható, hogy a mágneses tér mintha „kiütné” a töltött részecskéket kristályrács. Ezt a jelenséget elnevezték elektromágneses indukcióés jelenleg az elsődleges megszerzésének fő módja elektromos energia. Michael Faraday angol fizikus fedezte fel kísérleti úton 1831-ben.

A mágneses terek tanulmányozása már 1269-ben elkezdődött, amikor P. Peregrine felfedezte a gömb alakú mágnes kölcsönhatását acéltűkkel. Majdnem 300 évvel később W. G. Colchester felvetette, hogy ő maga egy hatalmas mágnes, két pólussal. További mágneses jelenségek olyan híres tudósok tanulmányozták, mint Lorentz, Maxwell, Ampère, Einstein stb.

> Mágneses erővonalak

Hogyan határozzuk meg mágneses erővonalak: mágneses erővonalak erősségének és irányának diagramja, iránytű segítségével a mágneses pólusok meghatározására, rajz.

Mágneses erővonalak hasznos a mágneses tér erősségének és irányának vizuális megjelenítéséhez.

Tanulási feladat

• Korrelálja a mágneses tér erősségét a mágneses tér vonalainak sűrűségével!

Főbb pontok

• A mágneses tér iránya azt mutatja, hogy az iránytű tűi megérintik a mágneses erővonalakat egy adott ponton.
• A B-mező erőssége fordítottan arányos a vonalak távolságával. Pontosan arányos az egységnyi területre eső vonalak számával is. Egy vonal soha nem keresztezi a másikat.
• A mágneses tér a tér minden pontján egyedi.
• A vonalak nem szakadnak meg, és zárt hurkokat hoznak létre.
• A vonalak északtól a déli pólusig húzódnak.

Feltételek

• A mágneses térvonalak a mágneses tér nagyságának és irányának grafikus ábrázolása.
• A B-mező a mágneses mező szinonimája.

Mágneses erővonalak

Albert Einsteinről azt mondják, hogy gyermekkorában szeretett az iránytűre nézni, és arra gondolt, hogy a tű milyen erőt érzett közvetlen fizikai érintkezés nélkül. A mély gondolkodás és a komoly érdeklődés oda vezetett, hogy a gyermek felnőtt, és megalkotta forradalmi relativitáselméletét.

Mivel a mágneses erők befolyásolják a távolságokat, ezeknek az erőknek a megjelenítésére mágneses mezőket számítunk. A vonalgrafika hasznos a mágneses mező erősségének és irányának megjelenítéséhez. A vonalak megnyúlása az iránytű tű északi tájolását jelzi. A mágnest B-mezőnek nevezzük.

(a) - Ha egy kis iránytűt használnak egy rúdmágnes körüli mágneses mező összehasonlítására, akkor az megjelenik jó irány az északi pólustól dél felé. (b) - Nyilak hozzáadása létrehozza folytonos vonalak mágneses mező. Az erősség arányos a vonalak közelségével. (c) - Ha meg tudja vizsgálni a mágnes belsejét, akkor a vonalak zárt hurok formájában jelennek meg

Nincs semmi nehéz egy tárgy mágneses mezőjének megfeleltetésében. Először is számítsa ki a mágneses tér erősségét és irányát több helyen. Jelölje meg ezeket a pontokat a lokális mágneses tér irányába mutató, annak erősségével arányos nagyságú vektorokkal. Kombinálhatja a nyilakat és mágneses erővonalakat alakíthat ki. Az irány bármely pontban párhuzamos lesz a legközelebbi térvonalak irányával, és a helyi sűrűség arányos lehet az erősséggel.

A mágneses térvonalak olyanok, mint a szintvonalak a topográfiai térképeken, mert valami folytonosat mutatnak. A mágnesesség számos törvénye egyszerűen megfogalmazható, például a felületen áthaladó erővonalak száma.

A mágneses erővonalak iránya, amelyet a rúdmágnes fölé helyezett papíron lévő vasreszelékek egymáshoz igazítása jelent

Különféle jelenségek befolyásolják a vonalak megjelenítését. Például a mágneses erővonalon lévő vasreszelék olyan vonalakat hoznak létre, amelyek megfelelnek a mágneseseknek. Az aurórákban vizuálisan is megjelennek.

A mezőre küldött kis iránytű párhuzamos a mezővonallal, az északi pólus pedig B felé mutat.

Miniatűr iránytűk használhatók a mezők megjelenítésére. (a) - A körkörös áramkör mágneses tere mágnesesre hasonlít. (b) - Egy hosszú és egyenes vezeték mágneses erővonalakkal körkörös hurkokat hoz létre. (c) - Ha a huzal a papír síkjában van, a mező merőleges a papírra. Jegyezze meg, hogy a be- és kifelé mutató doboz mely szimbólumokat használja

A mágneses terek részletes tanulmányozása számos fontos szabály levezetésében segített:

• A mágneses tér iránya a tér bármely pontján érinti a térvonalat.
• A térerősség arányos a vonal közelségével. Pontosan arányos az egységnyi területre eső vonalak számával is.
• A mágneses tér vonalai soha nem ütköznek, ami azt jelenti, hogy a tér bármely pontján egyedi lesz a mágneses tér.
• A vonalak folyamatosak maradnak, és az északi pólustól a déli pólusig következnek.

Az utolsó szabály azon alapul, hogy a pólusok nem választhatók szét. És ez különbözik a vonalaktól elektromos mező, amelyben a végét és a kezdetét pozitív és negatív töltések jelzik.

MÁGNESES MEZŐ. A FERROSZOND SZABÁLYOZÁS ALAPJAI

A Föld mágneses mezejében élünk. A mágneses tér megnyilvánulása az, hogy a mágneses iránytű tűje folyamatosan északi irányt mutat. ugyanezt az eredményt érhetjük el, ha a mágneses iránytűt egy állandó mágnes pólusai közé helyezzük (34. ábra).

34. ábra - A mágnestű tájolása a mágnes pólusai közelében

Általában a mágnes egyik pólusát (déli) betűvel jelöljük S, másik - (északi) - betű N. A 34. ábra a mágnestű két helyzetét mutatja. Mindegyik helyzetben a nyíl és a mágnes ellentétes pólusai vonzódnak. Ezért az iránytű tűjének iránya megváltozott, amint elmozdítottuk a pozícióból 1 pozícióba 2 . A mágneshez való vonzódás és a nyíl elfordulásának oka a mágneses tér. A nyíl felfelé és jobbra forgatása azt mutatja, hogy a mágneses tér iránya befelé halad különböző pontokat a tér nem marad változatlan.

A 35. ábra egy mágnes pólusai felett elhelyezkedő vastag papírlapra szórt mágnesporral végzett kísérlet eredményét mutatja. Látható, hogy a porszemcsék vonalakat képeznek.

A mágneses térbe kerülő porrészecskék felmágneseződnek. Minden részecskének van északi és déli pólusa. A közelben lévő porszemcsék nemcsak forognak a mágnes terében, hanem egymáshoz tapadnak, sorba rendeződnek. Ezeket a vonalakat mágneses erővonalaknak nevezzük.

35. ábra Mágneses porszemcsék elrendezése egy papírlapon a mágnes pólusai felett

Ha egy mágneses tűt egy ilyen vonal közelébe helyez, láthatja, hogy a nyíl érintőlegesen helyezkedik el. számokban 1 , 2 , 3 A 35. ábra a mágnestű tájolását mutatja a megfelelő pontokban. A pólusok közelében a mágneses por sűrűsége nagyobb, mint a lap más pontjain. Ez azt jelenti, hogy a mágneses tér nagyságának ott van egy maximális értéke. Így minden pontban a mágneses teret a mágneses teret jellemző mennyiség értéke és iránya határozza meg. Az ilyen mennyiségeket vektoroknak nevezzük.

Helyezzük az acél részt a mágnes pólusai közé (36. ábra). A mezővonalak irányát az alkatrészben nyilak mutatják. Mágneses térvonalak is megjelennek az alkatrészen, csak ezekből sokkal több lesz, mint levegőben.

36. ábra Egy alkatrész mágnesezése egyszerű formával

Az a tény, hogy az acél rész vasat tartalmaz, amely mikromágnesekből áll, amelyeket doméneknek neveznek. A mágnesező mező alkalmazása a részletekre oda vezet, hogy elkezdenek tájékozódni ennek a mezőnek az irányában, és sokszorosára felerősítik. Látható, hogy az alkatrészben az erővonalak párhuzamosak egymással, míg a mágneses tér állandó. Homogénnek nevezzük azt a mágneses teret, amelyet azonos sűrűségű, párhuzamos, egyenes erővonalak jellemeznek.

10.2 Mágneses mennyiségek

A mágneses teret jellemző legfontosabb fizikai mennyiség a mágneses indukciós vektor, amelyet általában jelölnek NÁL NÉL. Minden fizikai mennyiségnél szokás feltüntetni a méretét. Tehát az áramerősség mértékegysége az Amper (A), a mágneses indukció mértékegysége a Tesla (Tl). A mágnesezett részek mágneses indukciója általában 0,1-2,0 T tartományba esik.

Az egyenletes mágneses térbe helyezett mágnestű forog. A tengelye körül forgó erők nyomatéka arányos a mágneses indukcióval. A mágneses indukció az anyag mágnesezettségi fokát is jellemzi. A 34., 35. ábrán látható erővonalak a mágneses indukció változását jellemzik levegőben és anyagban (részletek).

A mágneses indukció a tér minden pontjában meghatározza a mágneses teret. A mágneses tér jellemzésére valamilyen felületen (például a síkban keresztmetszet részletek), egy másikat használnak fizikai mennyiség, amelyet mágneses fluxusnak nevezünk és jelöljük Φ.

Jellemezzünk egy egyenletesen mágnesezett részt (36. ábra) a mágneses indukció értékével NÁL NÉL, az alkatrész keresztmetszete egyenlő S, akkor a mágneses fluxust a következő képlet határozza meg:

Mértékegység mágneses fluxus- Weber (Wb).

Vegyünk egy példát. A mágneses indukció az alkatrészben 0,2 T, a keresztmetszete 0,01 m 2. Ekkor a mágneses fluxus 0,002 Wb.

Tegyünk egy hosszú, hengeres vasrudat egyenletes mágneses térbe. A rúd szimmetriatengelye essen egybe az erővonalak irányával. Ekkor a rúd szinte mindenhol egyenletesen lesz mágnesezve. A mágneses indukció a rúdban sokkal nagyobb lesz, mint a levegőben. A mágneses indukció aránya az anyagban B m mágneses indukcióhoz a levegőben be Mágneses permeabilitásnak nevezzük:

μ=B m / B in. (10.2)

A mágneses permeabilitás dimenzió nélküli mennyiség. Különböző minőségű acélok esetén a mágneses permeabilitás 200 és 5000 között van.

A mágneses indukció az anyag tulajdonságaitól függ, ami megnehezíti a mágneses folyamatok technikai számításait. Ezért egy segédmennyiséget vezettek be, amely nem függ attól mágneses tulajdonságok anyag. Mágneses térvektornak nevezik és jelölik H. A mágneses térerősség mértékegysége Amper/méter (A/m). Az alkatrészek roncsolásmentes mágneses vizsgálata során a mágneses térerősség 100 és 100 000 A/m között változik.

A mágneses indukció között beés a mágneses térerősség H a levegőben egyszerű összefüggés van:

В в =μ 0 H, (10.3)

ahol μ 0 = 4π 10 –7 Henry/méter - mágneses állandó.

A mágneses térerősség és a mágneses indukció az anyagban a következő összefüggéssel függ össze:

B=μμ 0 H (10,4)

Mágneses térerősség H - vektor. A fluxusgate tesztelésnél ennek a vektornak a komponenseit kell meghatározni az alkatrész felületén. Ezeket az alkatrészeket a 37. ábra segítségével határozhatjuk meg. Itt az alkatrész felületét síknak vesszük xy, tengely z merőleges erre a síkra.

1.4. ábra a vektor tetejéről H a síkra merőlegesen esett le x,y. A koordináták origójától a merőleges és a sík metszéspontjáig vektort rajzolunk H  melyet a vektor mágneses térerősségének tangenciális összetevőjének nevezünk H . Merőlegesek leejtése a vektor csúcsából H a tengelyen xés y, definiáljon vetületeket H xés h y vektor H. Kivetítés H tengelyenként z a mágneses térerősség normál összetevőjének nevezzük H n . A mágneses tesztelés során leggyakrabban a mágneses térerősség érintőleges és normál összetevőit mérik.

37. ábra A mágneses tér vektora és vetülete az alkatrész felületére

10.3 Mágnesezési görbe és hiszterézis hurok

Tekintsük egy kezdetben lemágnesezett ferromágneses anyag mágneses indukciójának változását a külső mágneses tér erősségének fokozatos növekedésével. Ezt a függést tükröző grafikont a 38. ábra mutatja, és ezt a kezdeti mágnesezési görbének nevezzük. A gyenge mágneses terek tartományában ennek a görbének a meredeksége viszonylag kicsi, majd növekedni kezd, elérve a maximális értéket. A mágneses térerősség még nagyobb értékeinél a meredekség úgy csökken, hogy a mágneses indukció változása a tér növekedésével jelentéktelenné válik - mágneses telítettség lép fel, amelyet az érték jellemez. B S. A 39. ábra a mágneses permeabilitás függését mutatja a mágneses tér erősségétől. Ezt a függést két érték jellemzi: a kezdeti μ n és a maximális μm mágneses permeabilitás. Erős mágneses terek tartományában a permeabilitás a tér növekedésével csökken. A külső mágneses tér további növekedésével a minta mágnesezettsége gyakorlatilag nem változik, és a mágneses indukció csak a külső tér hatására nő .

38. ábra Kezdeti mágnesezési görbe

39. ábra A permeabilitás függése a mágneses térerősségtől

Mágneses telítési indukció B S főként attól függ kémiai összetétel anyagból, szerkezeti és elektromos acéloknál pedig 1,6-2,1 T. A mágneses áteresztőképesség nemcsak a kémiai összetételtől függ, hanem a termikus és mechanikai feldolgozástól is.

.

40. ábra Határérték (1) és részleges (2) hiszterézis hurkok

A koercitív erő nagysága szerint a mágneses anyagokat lágymágnesesekre osztják (H c< 5 000 А/м) и магнитотвердые (H c >5 000 A/m).

Lágy mágneses anyagoknál viszonylag kis mezőkre van szükség a telítettség eléréséhez. A kemény mágneses anyagokat nehéz mágnesezni és újramágnesezni.

A legtöbb szerkezeti acél lágymágneses anyag. Mert elektromos acélés speciális ötvözetek, a kényszerítő erő 1-100 A / m, szerkezeti acéloknál - legfeljebb 5000 A / m. A csatlakoztatott készülékekben állandó mágnesek kemény mágneses anyagokat használnak.

A mágnesezés megfordítása során az anyag ismét telítődik, de az indukciós érték más előjelű (– B S) a mágneses tér negatív erősségének megfelelő. A mágneses térerősség pozitív értékek felé történő ezt követő növekedésével az indukció egy másik görbe mentén változik, amelyet a hurok felszálló ágának neveznek. Mindkét ág: csökkenő és emelkedő zárt görbét alkot, amelyet korlátozó mágneses hiszterézis huroknak neveznek. A határhurok szimmetrikus alakú, és a mágneses indukció maximális értékének felel meg B S. A mágneses térerősség kisebb határokon belüli szimmetrikus változásával az indukció egy új hurok mentén változik. Ez a hurok teljesen a határhurokon belül helyezkedik el, és szimmetrikus részhuroknak nevezik (40. ábra).

A korlátozó mágneses hiszterézis hurok paraméterei fontos szerepet játszanak a fluxusgate szabályozásában. A maradék indukció és a kényszererő nagy értékeinél lehetséges a vezérlés az alkatrész anyagának telítésig történő előmágnesezésével, majd a térforrás kikapcsolásával. Az alkatrész mágnesezettsége elegendő lesz a hibák észleléséhez.

Ugyanakkor a hiszterézis jelensége a mágneses állapot szabályozásának szükségességéhez vezet. Demágnesezés hiányában az alkatrész anyaga indukciónak megfelelő állapotban lehet - B r . Ezután például a pozitív polaritású mágneses mező bekapcsolásával egyenlő Hc, akár demagnetizálhatod is az alkatrészt, bár állítólag mágnesezzük.

Fontosság mágneses permeabilitással is rendelkezik. A több μ , annál kisebb az alkatrész mágnesezéséhez szükséges mágneses térerősség értéke. Így Műszaki adatok A mágnesező eszköznek összhangban kell lennie a vizsgált tárgy mágneses paramétereivel.

10.4 Mágneses szórt hibák

A hibás alkatrész mágneses tere megvannak a maga sajátosságai. Vegyünk egy mágnesezett acélgyűrűt (alkatrészt), amelynek keskeny rése van. Ez a rés alkatrészhibának tekinthető. Ha letakarjuk a gyűrűt egy mágnesporral töltött papírlappal, akkor a 35. ábrához hasonló képet láthatunk. A papírlap a gyűrűn kívül helyezkedik el, és közben a porszemcsék bizonyos vonalak mentén sorakoznak. Így a mágneses tér erővonalai részben az alkatrészen kívülre kerülnek, és a hiba körül áramlanak. A mágneses tér ezen részét hibás szórt mezőnek nevezzük.

A 41. ábrán látható egy hosszú repedés az alkatrészen, amely a mágneses erővonalakra merőlegesen helyezkedik el, és egy térvonalak mintázata a hiba közelében.

41. ábra: Áramljon körül egy felületi repedést erővonalakkal

Látható, hogy a mágneses erővonalak a repedés körül az alkatrészen belül és azon kívül áramlanak. A kósza mágneses tér felszín alatti hibával történő kialakulását a 42. ábra segítségével magyarázhatjuk, amely egy mágnesezett rész metszetét mutatja. A mágneses indukció mezővonalai a keresztmetszet három szakaszának egyikére vonatkoznak: a hiba felett, a hiba zónájában és a hiba alatt. A mágneses indukció és a keresztmetszeti terület szorzata határozza meg a mágneses fluxust. A teljes mágneses fluxus összetevőit ezeken a területeken jelöljük Φ 1 ,.., A mágneses fluxus része F 2, a szakasz felett és alatt fog folyni S2. Ezért a mágneses fluxusok a keresztmetszetekben S1és S3 nagyobb lesz, mint egy hibamentes alkatrészé. Ugyanez mondható el a mágneses indukcióról is. A mágneses indukciós erővonalak másik fontos jellemzője a hiba feletti és alatti görbületük. Ennek eredményeként az erővonalak egy része kijön az alkatrészből, ami a hiba mágneses kósza terét hozza létre.

3 .

42. ábra Egy felszín alatti hiba szórt mezője

A szórt mágneses teret az alkatrészt elhagyó mágneses fluxussal lehet számszerűsíteni, amelyet szórt fluxusnak nevezünk. A szivárgó mágneses fluxus annál nagyobb, minél nagyobb a mágneses fluxus Φ2 szakaszban S2. Keresztmetszeti terület S2 arányos a  szög koszinuszával , a 42. ábrán látható.  = 90°-nál ez a terület nulla, -nél =0° az számít a legtöbbet.

Így a hibák észleléséhez szükséges, hogy az alkatrész vezérlőzónájában a mágneses indukciós erővonalak merőlegesek legyenek az állítólagos hiba síkjára.

A mágneses fluxus eloszlása ​​a hibás alkatrész szakaszán hasonló a vízáram eloszlásához egy gáttal ellátott csatornában. A teljesen elmerült gát zónájában minél nagyobb a hullámmagasság, minél közelebb van a gát gerince a vízfelszínhez. Hasonlóképpen könnyebben észlelhető az alkatrész felszín alatti hibája, minél kisebb az előfordulási mélysége.

10.5 Hibafelismerés

A hibák észleléséhez olyan eszközre van szükség, amely lehetővé teszi a hibaszórt mező jellemzőinek meghatározását. Ez a mágneses tér meghatározható a komponensekből H x, H y, H z.

A kóbor mezőket azonban nemcsak hiba okozhatja, hanem más tényezők is: a fém szerkezeti inhomogenitása, a keresztmetszet éles változása (részletesen összetett forma), megmunkálás, ütések, felületi érdesség stb. Ezért akár egy vetület függésének elemzése (pl. hz) a térbeli koordinátából ( x vagy y) nehéz feladat lehet.

Tekintsük a szórt mágneses teret a hiba közelében (43. ábra). Itt egy idealizált végtelenül hosszú repedés látható sima élekkel. Tengely mentén megnyúlt y, ami az ábrán felénk irányul. Az 1-es, 2-es, 3-as, 4-es számok azt mutatják, hogyan változik a mágneses térerősség-vektor nagysága és iránya, ha balról közelítjük meg a repedést.

43. ábra Szórt mágneses tér hiba közelében

A mágneses teret az alkatrész felületétől bizonyos távolságban mérik. A mérési pályát szaggatott vonal jelzi. Hasonló módon (vagy az ábra szimmetriájával) megszerkeszthetjük a repedéstől jobbra lévő vektorok nagyságait és irányait. A kósza mező képétől jobbra egy példa a vektor térbeli helyzetére H és annak két összetevője H x és hz . Vetítési függőségi diagramok H xés hz kósza mezőket a koordinátától x lásd alább.

Úgy tűnik, hogy egy H x vagy nulla H z szélsőséget keresve találhatunk hibát. De amint fentebb megjegyeztük, a kóbor mezők nemcsak hibákból, hanem a fém szerkezeti inhomogenitásaiból, mechanikai hatások nyomaiból stb.

Tekintsünk egy egyszerűsített képet a szórt mezők képződéséről egy egyszerű részen (44. ábra), hasonlóan a 41. ábrán láthatóhoz, valamint a vetületi függőségek grafikonjait. H z , H x a koordinátától x(a hiba a tengely mentén megnyúlt y).

Függőségi grafikonok H xés hz tól től x nagyon nehéz észlelni a hibát, mivel az extrémák értékei H xés hz a hiba és a több inhomogenitás összehasonlítható.

A kiutat akkor találták meg, amikor kiderült, hogy a hiba területén maximális sebesség valamely koordináta mágneses térerősségének változása (meredeksége) nagyobb, mint más maximumok.

A 44. ábrán látható, hogy a grafikon maximális meredeksége H z (x) pontok között x 1és x2(azaz a hibaterületen) sokkal nagyobb, mint más helyeken.

Így a készüléknek nem a térerő vetületét kell mérnie, hanem annak változásának „sebességét”, pl. az alkatrész felülete feletti két szomszédos pontban a vetületi különbség és az e pontok közötti távolság aránya:

(10.5)

ahol H z (x 1), H z (x 2)- vektor vetületi értékek H tengelyenként z pontokon x 1, x 2(a hibától balra és jobbra), Gz(x)általában a mágneses tér gradiensének nevezik.

Függőség Gz(x)ábrán látható 44. Távolság Dx \u003d x 2 - x 1 azon pontok között, ahol a vektorvetületeket mérik H tengelyenként z,úgy van kiválasztva, hogy figyelembe veszik a hiba kóbor mező méreteit.

Amint az a 44. ábrából következik, és ez jó összhangban van a gyakorlattal, a hiba feletti gradiens értéke lényegesen nagyobb, mint a fémalkatrész inhomogenitásai feletti érték. Ez teszi lehetővé a hiba megbízható rögzítését a gradiens küszöbértékének túllépésével (44. ábra).

A szükséges küszöbérték kiválasztásával lehetőség nyílik a szabályozási hibák minimális értékre történő csökkentésére.

44. ábra A fémrész hibájának mágneses terének erővonalai és inhomogenitásai.

10.6 Ferroprobe módszer

A fluxgate módszer a mágnesezett termék hibája által létrehozott szórt mágneses térerősség gradiens fluxgate eszközzel történő mérésén és a mérési eredmény küszöbértékkel való összehasonlításán alapul.

A vezérelt részen kívül van egy bizonyos mágneses mező, amely a mágnesezésére jön létre. A hibadetektor - gradiométer használata biztosítja a hiba által okozott jel kiválasztását a térben lassan változó mágneses térerősség meglehetősen nagy komponensének hátterében.

A fluxgate hibaérzékelő olyan átalakítót használ, amely reagál a mágneses térerősség normál komponensének gradiens komponensére az alkatrész felületén. A hibaérzékelő jelátalakító két párhuzamos rudat tartalmaz, amelyek speciális lágy mágneses ötvözetből készülnek. Az ellenőrzés során a rudak merőlegesek az alkatrész felületére, azaz. párhuzamosak a mágneses térerősség normál összetevőjével. A rudak azonos tekercsekkel rendelkeznek, amelyeken váltakozó áram folyik. Ezek a tekercsek sorba vannak kötve. A váltakozó áram a mágneses térerősség változó összetevőit hozza létre a rudakban. Ezek az összetevők nagyságban és irányban egybeesnek. Ezenkívül minden rúd helyén az alkatrész mágneses térerősségének állandó összetevője van. Érték Δx, amelyet a (10.5) képlet tartalmaz, egyenlő a rudak tengelyei közötti távolsággal, és az átalakító alapjának nevezzük. Az átalakító kimeneti feszültségét a tekercseken lévő váltakozó feszültségek különbsége határozza meg.

Helyezzük el a hibaérzékelő jelátalakítót az alkatrész azon hibás szakaszára, ahol a mágneses térerősség értékei a pontokon x 1; x 2(lásd a (10.5) képletet) azonosak. Ez azt jelenti, hogy a mágneses térerősség gradiense nulla. Ekkor a mágneses tér ugyanazok az állandó és változó összetevői fognak hatni az átalakító minden rúdjára. Ezek az alkatrészek egyformán újramágnesezik a rudakat, így a tekercseken lévő feszültségek egyenlőek egymással. A kimeneti jelet meghatározó feszültségkülönbség nulla. Így a hibaérzékelő jelátalakító nem reagál a mágneses térre, ha nincs gradiens.

Ha a mágneses térerősség gradiense nem egyenlő nullával, akkor a rudak ugyanabban a váltakozó mágneses térben lesznek, de az állandó összetevők eltérőek lesznek. Minden rudat váltakozó tekercsárammal újramágneseznek egy mágneses indukciós állapotból - S a +-ra S Az elektromágneses indukció törvénye szerint a tekercselés feszültsége csak akkor jelenhet meg, ha a mágneses indukció megváltozik. Ezért az oszcilláció periódusa váltakozó áram osztható intervallumokra, amikor a rúd telítésben van, és ezért a tekercselés feszültsége nulla, és időintervallumokra, amikor nincs telítés, ami azt jelenti, hogy a feszültség különbözik a nullától. Azokban az időszakokban, amikor mindkét rúd nincs telítésig mágnesezve, ugyanazok a feszültségek jelennek meg a tekercseken. Ekkor a kimenő jel nulla. Ugyanez történik mindkét rúd egyidejű telítésével, amikor nincs feszültség a tekercseken. A kimeneti feszültség akkor jelenik meg, ha az egyik mag telített, a másik pedig telítetlen állapotban van.

A mágneses térerősség állandó és változó összetevőinek egyidejű hatása oda vezet, hogy minden mag több mint egy telített állapotban van. hosszú idő mint a másikban. A hosszabb telítettség megfelel a mágneses térerősség állandó és változó összetevőinek összeadásának, egy rövidebb - kivonásnak. A mágneses indukció értékeinek megfelelő időintervallumok közötti különbség + Sés - S, az állandó mágneses tér erősségétől függ. Tekintsük a mágneses indukciós állapotot + S két jelátalakító rúdon. A mágneses térerősség különböző értékei a pontokon x 1és x 2 a rudak mágneses telítési intervallumainak eltérő időtartamának felel meg. Minél nagyobb a különbség a mágneses térerősség ezen értékei között, annál jobban különböznek az időintervallumok. Azokban az időszakokban, amikor az egyik rúd telített, a másik pedig telítetlen, az átalakító kimeneti feszültsége lép fel. Ez a feszültség a mágneses térerősség gradiensétől függ.

Mágneses mező, mi az? - egy speciális anyagfajta;
Hol létezik? - mozgás körül elektromos töltések(beleértve egy áramvezető körül)
Hogyan lehet felfedezni? - mágnestűvel (vagy vasreszelékkel) vagy áramvezetőre hatva.

Oersted tapasztalata:

A mágneses tű elfordul, ha elektromosság kezd átfolyni a vezetőn. jelenlegi, mert Egy áramvezető vezeték körül mágneses mező képződik.

Két vezető kölcsönhatása árammal:

Minden áramvezető vezetőnek saját mágneses tere van körülötte, amely bizonyos erővel hat a szomszédos vezetőre.

Az áram irányától függően a vezetők vonzhatják vagy taszíthatják egymást.

emlékezzen a múltra tanév:

MÁGNESES VONALOK (vagy más módon mágneses indukciós vonalak)

Hogyan ábrázoljunk mágneses teret? - mágneses vonalak segítségével;
Mágneses vonalak, mi ez?

Ezek képzeletbeli vonalak, amelyek mentén mágneses tűket helyeznek mágneses térbe. A mágneses vonalak a mágneses tér bármely pontján keresztül húzhatók, irányuk van és mindig zártak.

Gondolj vissza az elmúlt tanévre:

INHOMOGÉN MÁGNESES TÉR

Az inhomogén mágneses tér jellemzői: a mágneses vonalak görbültek, a mágneses vonalak sűrűsége eltérő, az erő, amellyel a mágneses tér hat a mágnestűre, a tér különböző pontjain nagyságrendben és irányban eltérő.

Hol létezik inhomogén mágneses tér?

Egyenes áramvezető vezeték körül;

A rúdmágnes körül;

A mágnesszelep körül (tekercsek árammal).

HOMOGÉN MÁGNESES TÉR

A homogén mágneses tér jellemzői: a mágneses vonalak párhuzamos egyenesek, a mágneses vonalak sűrűsége mindenhol azonos; az erő, amellyel a mágneses tér a mágnestűre hat, a tér minden pontján azonos nagyságrendű.

Hol létezik egyenletes mágneses tér?
- a rúdmágnes belsejében és a mágnesszelep belsejében, ha annak hossza jóval nagyobb, mint az átmérő.

ÉRDEKES

A vas és ötvözeteinek erősen mágnesezettsége megszűnik, ha magas hőmérsékletre hevítik. A tiszta vas elveszti ezt a képességét, ha 767 °C-ra hevítik.

Erőteljes mágnesek, amelyet számos modern termékben használnak, befolyásolhatja a szívritmus-szabályozók és a beültetett szívkészülékek teljesítményét szívbetegeknél. A közönséges vas- vagy ferritmágnesek, amelyek könnyen megkülönböztethetők tompa szürke színükről, csekély szilárdságúak és nem jelentenek gondot.
Az utóbbi időben azonban nagyon erős mágnesek- ragyogó ezüst színű és neodímium, vas és bór ötvözete. Az általuk létrehozott mágneses tér nagyon erős, ezért széles körben használják számítógéplemezekben, fejhallgatókban és hangszórókban, valamint játékokban, ékszerekben, sőt ruházatban is.

Egyszer Mallorca fővárosának útjain megjelent a "La Rolain" francia katonai hajó. Állapota olyan nyomorúságos volt, hogy a hajó alig érte el magától a kikötőhelyet.Amikor francia tudósok, köztük a huszonkét éves Arago felszálltak a hajóra, kiderült, hogy a hajót villámcsapás pusztította el. Amíg a bizottság a hajót vizsgálta, fejcsóválva a kiégett árbocok és felépítmények láttán, Arago az iránytűekhez sietett, és látta, amit várt: az iránytű tűi különböző irányokba mutatnak...

Egy évvel később egy Algír közelében lezuhant genovai hajó maradványai között ásva Arago felfedezte, hogy az iránytű tűi lemágnesezve vannak. A hajó délnek tartott, a sziklák felé, egy villámcsapástól sújtott mágneses iránytűtől megtévesztve.

V. Karcev. Mágnes három évezreden át.

A mágneses iránytűt Kínában találták fel.
A karavánok már 4000 évvel ezelőtt magukkal vitték agyagedénytés "többet vigyázott rá az úton, mint az összes drága rakományodra". Ebben a folyadék felszínén egy fa úszón fektessen egy vasat szerető követ. Megfordulhatott, és állandóan az utazókra mutatott déli irányba, ami a Nap hiányában segített nekik a kutakhoz jutni.
Korunk elején a kínaiak megtanulták, hogyan lehet mesterséges mágneseket készíteni vastű mágnesezésével.
És csak ezer évvel később az európaiak elkezdtek mágnesezett iránytűt használni.

A FÖLD MÁGNESES TERE

A Föld egy nagy állandó mágnes.
A déli mágneses pólus, bár földi mércével mérve, az Északi Földrajzi Sark közelében található, mégis körülbelül 2000 km választja el őket egymástól.
A Föld felszínén vannak olyan területek, ahol a saját mágneses tere erősen torzul a kis mélységben előforduló vasércek mágneses tere miatt. Az egyik ilyen terület a Kurszki régióban található Kurszk mágneses anomália.

A Föld mágneses mezejének mágneses indukciója csak körülbelül 0,0004 Tesla.
___

A Föld mágneses mezejét a megnövekedett naptevékenység befolyásolja. Körülbelül 11,5 évente egyszer annyira megnő, hogy megszakad a rádiókommunikáció, romlik az emberek és az állatok közérzete, és az iránytű tűi kiszámíthatatlanul kezdenek „táncolni” egyik oldalról a másikra. Ilyenkor azt mondják, hogy mágneses vihar jön. Általában néhány órától több napig tart.

A Föld mágneses tere időről időre változtatja az orientációját, ami egyrészt világi fluktuációt (5-10 ezer évig tart), másrészt teljesen átirányít, i.e. mágneses pólusok megfordítása (millió évenként 2-3 alkalommal). Erre utal a távoli korszakok üledékes és vulkáni kőzetekben "befagyott" mágneses tere. A geomágneses tér viselkedése nem nevezhető kaotikusnak, egyfajta "ütemezésnek" engedelmeskedik.

A geomágneses tér irányát és nagyságát a Föld magjában zajló folyamatok határozzák meg. A belső szilárd mag által meghatározott polaritásváltás jellemző ideje 3-5 ezer év, a külső folyékony mag által meghatározott pedig körülbelül 500 év. Ezek az idők megmagyarázhatják a geomágneses mező megfigyelt dinamikáját. Számítógépes modellezés a különféle földön belüli folyamatokat figyelembe véve mintegy 5 ezer év alatt megmutatta a mágneses tér megfordulásának lehetőségét.

MÁGNESEKKEL FÓKUSZÁL

A híres orosz illuzionista, Gamuletsky 1842-ig létező "varázstemploma, avagy Gamuletsky de Coll úr mechanikus, optikai és fizikai szekrénye" többek között arról vált híressé, hogy a lépcsőn felkapaszkodó látogatókat a kandelábereket és a szőnyegekkel borított szőnyegeket még messziről észre lehetett venni felső platform lépcső, természetes emberi növekedésből készült, aranyozott angyalfigura, amely vízszintes helyzetben lebegett az irodaajtó felett, anélkül, hogy felfüggesztették volna, vagy megtámasztották volna. Mindenki megbizonyosodhatott arról, hogy a figurának nincs támasztéka. Amikor a látogatók beléptek az emelvényre, az angyal felemelte a kezét, a szájához emelte a kürtöt, és a legtermészetesebb módon mozgatta az ujjait. Gamuletsky elmondta, tíz éven át azon dolgozom, hogy megtaláljam a mágnes és a vas pontját és súlyát, hogy az angyalt a levegőben tarthassuk. A vajúdáson kívül rengeteg pénzt használtam erre a csodára.

A középkorban a fából készült, úgynevezett "engedelmes halak" igen gyakori illúziószámok voltak. Úsztak a medencében, és engedelmeskedtek a bűvész legcsekélyebb kézmozdulatának, amitől mindenféle irányba mozogtak. A trükk titka rendkívül egyszerű volt: a bűvész hüvelyébe mágnest rejtettek, a halak fejébe pedig vasdarabokat helyeztek.
Időben közelebb álltak hozzánk az angol Jonas manipulációi. Aláírási száma: Jonas meghívott néhány nézőt, hogy tegyék le az órát az asztalra, majd anélkül, hogy megérintette volna az órát, önkényesen megváltoztatta a mutatók helyzetét.
Egy ilyen ötlet modern kiviteli alakja a villanyszerelők által jól ismert elektromágneses tengelykapcsolók, amelyek segítségével a motortól valamilyen akadály, például fal által elválasztott eszközöket lehet forgatni.

A 19. század 80-as éveinek közepén pletyka söpört végig a tudós elefántról, aki nemcsak összeadni és kivonni, de még sokszorozni, osztani és kivonni tudott gyökereket. Ez a következő módon történt. A kiképző például megkérdezte az elefánttól: "Mi az a hét nyolc?" Az elefánt előtt volt egy tábla számokkal. A kérdés után az elefánt felvette a mutatót, és magabiztosan mutatta az 56-os számot. Ugyanígy történt az osztás és a kivonás is. négyzetgyök. A trükk elég egyszerű volt: a táblán minden szám alatt egy kis elektromágnes volt elrejtve. Amikor az elefántnak kérdést tettek fel, áramot vezettek egy mágnes tekercsére, amely a helyes választ jelentette. Az elefánt törzsében lévő vasmutató maga is a megfelelő számhoz vonzódott. A válasz automatikusan jött. A képzés egyszerűsége ellenére a trükk titka hosszú idő nem tudtam rájönni, és a "tanult elefánt" óriási sikert aratott.