Apa itu garis medan magnet. Medan magnet

Tanpa keraguan, garis kekuatan Medan gaya sekarang diketahui semua orang. Setidaknya, bahkan di sekolah, manifestasinya ditunjukkan dalam pelajaran fisika. Ingat bagaimana guru menempatkan magnet permanen (atau bahkan dua, menggabungkan orientasi kutub mereka) di bawah selembar kertas, dan di atasnya ia menuangkan serbuk logam yang diambil di ruang pelatihan kerja? Cukup jelas bahwa logam harus dipegang di atas lembaran, tetapi sesuatu yang aneh diamati - garis-garis dilacak dengan jelas di mana serbuk gergaji berbaris. Perhatikan - tidak merata, tetapi dalam garis-garis. Ini adalah garis medan magnet. Atau lebih tepatnya, manifestasi mereka. Apa yang terjadi kemudian dan bagaimana menjelaskannya?

Mari kita mulai dari jauh. Bersama kita di dunia fisik, yang terlihat hidup berdampingan jenis khusus materi - medan magnet. Ini memberikan interaksi antara bergerak partikel dasar atau benda yang lebih besar yang memiliki muatan listrik atau listrik alami dan tidak hanya saling berhubungan satu sama lain, tetapi sering kali menghasilkan sendiri. Misalnya, kawat yang membawa listrik menciptakan medan magnet di sekitarnya. Kebalikannya juga benar: aksi medan magnet bolak-balik pada sirkuit konduksi tertutup menciptakan pergerakan pembawa muatan di dalamnya. Properti terakhir digunakan dalam generator yang memasok energi listrik ke semua konsumen. Contoh mencolok dari medan elektromagnetik adalah cahaya.

Garis-garis gaya medan magnet di sekitar konduktor berputar atau, yang juga benar, dicirikan oleh vektor induksi magnetik terarah. Arah rotasi ditentukan oleh aturan gimlet. Garis-garis yang ditunjukkan adalah konvensi, karena medan menyebar secara merata ke segala arah. Masalahnya adalah itu dapat direpresentasikan sebagai jumlah garis yang tak terbatas, beberapa di antaranya memiliki ketegangan yang lebih menonjol. Itulah sebabnya beberapa "garis" jelas dilacak dan serbuk gergaji. Menariknya, garis gaya medan magnet tidak pernah terputus, sehingga tidak mungkin untuk mengatakan dengan tegas di mana awal dan di mana akhirnya.

Dalam kasus magnet permanen (atau elektromagnet serupa), selalu ada dua kutub yang menerima nama konvensional Utara dan selatan. Garis yang dimaksud dalam hal ini adalah cincin dan oval yang menghubungkan kedua kutub. Kadang-kadang ini dijelaskan dalam istilah monopol yang berinteraksi, tetapi kemudian muncul kontradiksi, yang menurutnya monopole tidak dapat dipisahkan. Artinya, setiap upaya untuk membagi magnet akan menghasilkan beberapa bagian bipolar.

Yang sangat menarik adalah sifat-sifat garis gaya. Kami telah berbicara tentang kontinuitas, tetapi kemampuan untuk menciptakan arus listrik dalam konduktor adalah kepentingan praktis. Arti dari ini adalah sebagai berikut: jika sirkuit penghantar dilintasi oleh garis (atau konduktor itu sendiri bergerak dalam medan magnet), maka energi tambahan diberikan ke elektron di orbit luar atom bahan, memungkinkan mereka untuk memulai gerakan terarah yang independen. Dapat dikatakan bahwa medan magnet tampaknya "mematikan" partikel bermuatan dari kisi kristal. Fenomena ini diberi nama induksi elektromagnetik dan saat ini merupakan cara utama untuk mendapatkan yang utama energi listrik. Ini ditemukan secara eksperimental pada tahun 1831 oleh fisikawan Inggris Michael Faraday.

Studi medan magnet dimulai sejak 1269, ketika P. Peregrine menemukan interaksi magnet bola dengan jarum baja. Hampir 300 tahun kemudian, W. G. Colchester menyatakan bahwa dia sendiri adalah magnet besar dengan dua kutub. Lebih jauh fenomena magnet dipelajari oleh ilmuwan terkenal seperti Lorentz, Maxwell, Ampere, Einstein, dll.

> Garis medan magnet

Bagaimana menentukan garis medan magnet: diagram kekuatan dan arah garis medan magnet, menggunakan kompas untuk menentukan kutub magnet, menggambar.

Garis medan magnet berguna untuk menampilkan kekuatan dan arah medan magnet secara visual.

tugas belajar

• Menghubungkan kekuatan medan magnet dengan kerapatan garis-garis medan magnet.

Poin-poin Penting

• Arah medan magnet menampilkan jarum kompas yang menyentuh garis medan magnet pada titik tertentu.
• Kekuatan medan B berbanding terbalik dengan jarak antar garis. Ini juga persis sebanding dengan jumlah garis per satuan luas. Satu baris tidak pernah melintasi yang lain.
• Medan magnet unik di setiap titik di ruang angkasa.
• Garis tidak terputus dan membuat loop tertutup.
• Garis-garis itu membentang dari utara ke kutub selatan.

Ketentuan

• Garis medan magnet adalah representasi grafis dari besar dan arah medan magnet.
• B-field adalah sinonim untuk medan magnet.

Garis medan magnet

Sebagai seorang anak, Albert Einstein dikatakan suka melihat kompas, memikirkan bagaimana jarum merasakan kekuatan tanpa kontak fisik langsung. Pemikiran yang mendalam dan minat yang serius, mengarah pada fakta bahwa anak itu tumbuh dan menciptakan teori relativitas revolusionernya.

Karena gaya magnet mempengaruhi jarak, kita menghitung medan magnet untuk mewakili gaya-gaya ini. Grafik garis berguna untuk memvisualisasikan kekuatan dan arah medan magnet. Perpanjangan garis menunjukkan arah utara jarum kompas. Magnetik disebut medan-B.

(a) - Jika kompas kecil digunakan untuk membandingkan medan magnet di sekitar magnet batang, itu akan menunjukkan arah yang benar dari kutub utara ke selatan. (b) - Menambahkan panah membuat garis kontinu Medan gaya. Kekuatan sebanding dengan kedekatan garis. (c) - Jika Anda dapat memeriksa bagian dalam magnet, maka garis akan ditampilkan dalam bentuk loop tertutup

Tidak ada yang sulit dalam mencocokkan medan magnet suatu benda. Pertama, hitung kuat dan arah medan magnet di beberapa lokasi. Tandai titik-titik ini dengan vektor yang menunjuk ke arah medan magnet lokal dengan besaran yang sebanding dengan kekuatannya. Anda dapat menggabungkan panah dan membentuk garis medan magnet. Arah pada setiap titik akan sejajar dengan arah garis medan terdekat, dan kerapatan lokal dapat sebanding dengan kekuatannya.

Garis medan magnet seperti garis kontur pada peta topografi karena menunjukkan sesuatu yang kontinu. Banyak hukum magnet dapat dirumuskan dalam istilah sederhana, seperti jumlah garis medan melalui permukaan.

Arah garis-garis medan magnet, direpresentasikan dengan penjajaran serbuk besi di atas kertas yang diletakkan di atas magnet batang

Berbagai fenomena mempengaruhi tampilan garis. Misalnya, serbuk besi pada garis medan magnet membuat garis yang sesuai dengan garis magnet. Mereka juga ditampilkan secara visual dalam aurora.

Sebuah kompas kecil yang dikirim ke lapangan sejajar dengan garis lapangan, dengan kutub utara menunjuk ke B.

Kompas miniatur dapat digunakan untuk menunjukkan bidang. (a) - Medan magnet dari rangkaian arus melingkar menyerupai medan magnet. (b) - Sebuah kawat panjang dan lurus membentuk medan dengan garis-garis medan magnet menciptakan loop melingkar. (c) - Ketika kawat berada pada bidang kertas, medan tampak tegak lurus terhadap kertas. Perhatikan simbol mana yang digunakan untuk kotak yang menunjuk masuk dan keluar

Sebuah studi rinci tentang medan magnet membantu untuk memperoleh sejumlah aturan penting:

• Arah medan magnet menyentuh garis medan pada setiap titik di ruang angkasa.
• Kekuatan medan sebanding dengan kedekatan garis. Ini juga persis sebanding dengan jumlah garis per satuan luas.
• Garis-garis medan magnet tidak pernah bertabrakan, yang berarti bahwa pada setiap titik di ruang angkasa medan magnet akan unik.
• Garis tetap menerus dan mengikuti dari utara ke kutub selatan.

Aturan terakhir didasarkan pada kenyataan bahwa kutub tidak dapat dipisahkan. Dan itu berbeda dari garis Medan listrik, di mana akhir dan awal ditandai dengan muatan positif dan negatif.

BIDANG MAGNETIK. DASAR-DASAR KONTROL FERROPROBE

Kita hidup di medan magnet bumi. Manifestasi medan magnet adalah jarum kompas magnet terus-menerus menunjukkan arah ke utara. hasil yang sama dapat diperoleh dengan menempatkan jarum kompas magnet di antara kutub magnet permanen (Gambar 34).

Gambar 34 - Orientasi jarum magnet di dekat kutub magnet

Biasanya salah satu kutub magnet (selatan) dilambangkan dengan huruf S, lain - (utara) - surat N. Gambar 34 menunjukkan dua posisi jarum magnet. Di setiap posisi, kutub berlawanan dari panah dan magnet ditarik. Oleh karena itu, arah jarum kompas berubah segera setelah kami memindahkannya dari posisi 1 ke posisi 2 . Alasan gaya tarik magnet dan putaran panah adalah medan magnet. Memutar panah saat bergerak ke atas dan ke kanan menunjukkan bahwa arah medan magnet di titik yang berbeda ruang tidak tetap.

Gambar 35 menunjukkan hasil percobaan serbuk magnet yang ditaburkan pada selembar kertas tebal yang terletak di atas kutub magnet. Dapat dilihat bahwa partikel serbuk membentuk garis.

Partikel bubuk, masuk ke medan magnet, dimagnetisasi. Setiap partikel memiliki kutub utara dan selatan. Partikel bubuk di dekatnya tidak hanya berputar di medan magnet, tetapi juga menempel satu sama lain, berbaris dalam garis. Garis-garis ini disebut garis medan magnet.

Gambar 35 Susunan partikel serbuk magnet pada selembar kertas yang terletak di atas kutub magnet

Dengan menempatkan jarum magnet di dekat garis seperti itu, Anda dapat melihat bahwa panah terletak secara tangensial. dalam angka 1 , 2 , 3 Gambar 35 menunjukkan orientasi jarum magnet pada titik-titik yang sesuai. Di dekat kutub, kerapatan serbuk magnet lebih besar daripada di titik lain pada lembaran. Artinya besarnya medan magnet di sana memiliki nilai maksimum. Dengan demikian, medan magnet pada setiap titik ditentukan oleh nilai kuantitas yang mencirikan medan magnet dan arahnya. Besaran seperti itu disebut vektor.

Mari kita tempatkan bagian baja di antara kutub magnet (Gambar 36). Arah garis-garis medan pada bagian tersebut ditunjukkan oleh panah. Garis-garis medan magnet juga akan muncul di bagian itu, hanya saja jumlahnya akan lebih banyak daripada di udara.

Gambar 36 Magnetisasi bagian dengan bentuk sederhana

Faktanya adalah bahwa bagian baja mengandung besi, yang terdiri dari mikromagnet, yang disebut domain. Penerapan medan magnet pada detail mengarah pada fakta bahwa mereka mulai mengarahkan diri ke arah medan ini dan memperkuatnya berkali-kali. Dapat dilihat bahwa garis-garis gaya pada bagian tersebut sejajar satu sama lain, sedangkan medan magnetnya tetap. Medan magnet, yang dicirikan oleh garis gaya paralel lurus yang ditarik dengan kerapatan yang sama, disebut homogen.

10.2 Besaran magnet

Kuantitas fisik terpenting yang mencirikan medan magnet adalah vektor induksi magnetik, yang biasanya dilambangkan PADA. Untuk setiap besaran fisis, biasanya menunjukkan dimensinya. Jadi, satuan kuat arus adalah Ampere (A), satuan induksi magnet adalah Tesla (Tl). Induksi magnet pada bagian yang termagnetisasi biasanya terletak pada kisaran 0,1 hingga 2,0 T.

Jarum magnet yang ditempatkan pada medan magnet seragam akan berputar. Momen gaya-gaya yang memutarnya pada porosnya sebanding dengan induksi magnet. Induksi magnetik juga mencirikan tingkat magnetisasi material. Garis-garis gaya yang ditunjukkan pada Gambar 34, 35 mencirikan perubahan induksi magnetik di udara dan material (detail).

Induksi magnet menentukan medan magnet di setiap titik dalam ruang. Untuk mengkarakterisasi medan magnet pada beberapa permukaan (misalnya, di pesawat) persilangan detail), yang lain digunakan kuantitas fisik, yang disebut fluks magnet dan dilambangkan Φ.

Biarkan bagian magnet yang seragam (Gambar 36) dicirikan oleh nilai induksi magnetik PADA, luas penampang bagian sama dengan S, maka fluks magnet ditentukan dengan rumus:

Satuan fluks magnet-Weber (Wb).

Pertimbangkan sebuah contoh. Induksi magnet pada bagian tersebut adalah 0,2 T, luas penampang adalah 0,01 m 2. Maka fluks magnetnya adalah 0,002 Wb.

Mari kita tempatkan batang besi silinder panjang dalam medan magnet yang seragam. Biarkan sumbu simetri batang bertepatan dengan arah garis gaya. Kemudian batang akan termagnetisasi hampir di semua tempat secara seragam. Induksi magnet di batang akan jauh lebih besar daripada di udara. Rasio induksi magnetik dalam material B m untuk induksi magnetik di udara di dalam disebut permeabilitas magnetik:

=B m / B in. (10.2)

Permeabilitas magnetik adalah kuantitas tak berdimensi. Untuk berbagai kelas baja, permeabilitas magnetik berkisar antara 200 hingga 5.000.

Induksi magnetik tergantung pada sifat material, yang memperumit perhitungan teknis proses magnetik. Oleh karena itu, kuantitas tambahan diperkenalkan, yang tidak bergantung pada sifat magnetik bahan. Ini disebut vektor medan magnet dan dilambangkan H. Satuan kuat medan magnet adalah Ampere/meter (A/m). Selama pengujian magnetik non-destruktif bagian, kekuatan medan magnet bervariasi dari 100 hingga 100.000 A/m.

Antara induksi magnetik di dalam dan kekuatan medan magnet H di udara ada hubungan sederhana:

=μ 0 H, (10.3)

di mana 0 = 4π 10 –7 Henry/meter - konstanta magnetik.

Kuat medan magnet dan induksi magnet dalam bahan dihubungkan oleh hubungan:

B=μμ 0 H (10,4)

Kekuatan medan magnet H - vektor. Dalam pengujian fluxgate, diperlukan untuk menentukan komponen vektor ini pada permukaan bagian. Komponen-komponen ini dapat ditentukan dengan menggunakan Gambar 37. Di sini permukaan bagian diambil sebagai bidang xy, sumbu z tegak lurus terhadap bidang ini.

Gambar 1.4 dari atas vektor H dijatuhkan tegak lurus bidang x,y. Sebuah vektor ditarik dari titik asal koordinat ke titik perpotongan antara tegak lurus dan bidang H  yang disebut komponen tangensial dari kekuatan medan magnet vektor H . Menjatuhkan tegak lurus dari titik vektor H pada porosnya x dan kamu, tentukan proyeksi Hx dan h y vektor H. Proyeksi H per poros z disebut komponen normal dari kekuatan medan magnet H n . Dalam pengujian magnet, komponen tangensial dan normal dari kekuatan medan magnet paling sering diukur.

Gambar 37 Vektor medan magnet dan proyeksinya pada permukaan bagian

10.3 Kurva magnetisasi dan loop histeresis

Mari kita perhatikan perubahan induksi magnetik dari bahan feromagnetik yang awalnya mengalami demagnetisasi dengan peningkatan bertahap dalam kekuatan medan magnet luar. Grafik yang mencerminkan ketergantungan ini ditunjukkan pada Gambar 38 dan disebut kurva magnetisasi awal. Di daerah medan magnet lemah, kemiringan kurva ini relatif kecil, dan kemudian mulai meningkat, mencapai nilai maksimum. Pada nilai kekuatan medan magnet yang lebih tinggi, kemiringan menurun sehingga perubahan induksi magnetik menjadi tidak signifikan dengan meningkatnya medan - terjadi saturasi magnetik, yang ditandai dengan nilai B S. Gambar 39 menunjukkan ketergantungan permeabilitas magnet pada kekuatan medan magnet. Ketergantungan ini dicirikan oleh dua nilai: awal n dan permeabilitas magnetik maksimum m. Di wilayah medan magnet yang kuat, permeabilitas menurun dengan meningkatnya medan. Dengan peningkatan lebih lanjut dalam medan magnet luar, magnetisasi sampel praktis tidak berubah, dan induksi magnet tumbuh hanya karena medan luar. .

Gambar 38 Kurva Magnetisasi Awal

Gambar 39 Ketergantungan permeabilitas pada kekuatan medan magnet

Induksi saturasi magnetik B S tergantung terutama pada komposisi kimia material dan untuk baja struktural dan elektrikal adalah 1,6-2,1 T. Permeabilitas magnetik tidak hanya bergantung pada komposisi kimia, tetapi juga pada pemrosesan termal dan mekanis.

.

Gambar 40 Batas (1) dan sebagian (2) loop histeresis

Menurut besarnya gaya koersif, bahan magnetik dibagi menjadi magnet lunak (H c< 5 000 А/м) и магнитотвердые (H c >5.000 A/m).

Untuk bahan magnetik lunak, medan yang relatif kecil diperlukan untuk mencapai saturasi. Bahan magnetik keras sulit untuk dimagnetisasi dan dimagnetisasi ulang.

Sebagian besar baja struktural adalah bahan magnetik lunak. Untuk baja listrik dan paduan khusus, gaya koersif adalah 1-100 A / m, untuk baja struktural - tidak lebih dari 5.000 A / m. Di perangkat yang terpasang dengan magnet permanen bahan magnet keras digunakan.

Selama pembalikan magnetisasi, bahan jenuh kembali, tetapi nilai induksi memiliki tanda yang berbeda (– B S) sesuai dengan kekuatan negatif medan magnet. Dengan peningkatan berikutnya dalam kekuatan medan magnet menuju nilai-nilai positif, induksi akan berubah sepanjang kurva lain, yang disebut cabang menaik dari loop. Kedua cabang: turun dan naik, membentuk kurva tertutup, yang disebut loop histeresis magnetik pembatas. Loop batas memiliki bentuk simetris dan sesuai dengan nilai maksimum induksi magnetik yang sama dengan B S. Dengan perubahan simetris dalam kekuatan medan magnet dalam batas yang lebih kecil, induksi akan berubah sepanjang loop baru. Loop ini sepenuhnya terletak di dalam loop limit dan disebut loop parsial simetris (Gambar 40).

Parameter loop histeresis magnetik pembatas memainkan peran penting dalam kontrol gerbang fluks. Pada nilai tinggi dari sisa induksi dan gaya koersif, dimungkinkan untuk melakukan kontrol dengan melakukan pra-magnetisasi material bagian hingga saturasi, diikuti dengan mematikan sumber medan. Magnetisasi bagian akan cukup untuk mendeteksi cacat.

Pada saat yang sama, fenomena histeresis mengarah pada kebutuhan untuk mengontrol keadaan magnetik. Dengan tidak adanya demagnetisasi, bahan bagian mungkin dalam keadaan yang sesuai dengan induksi - B r . Kemudian dengan menyalakan medan magnet berpolaritas positif, misalnya sebesar Hc, Anda bahkan dapat mendemagnetisasi bagian tersebut, meskipun kita seharusnya membuatnya menjadi magnet.

Pentingnya juga memiliki permeabilitas magnetik. Lebih μ , semakin rendah nilai yang diperlukan dari kekuatan medan magnet untuk magnetisasi bagian. Jadi spesifikasi teknis perangkat magnetisasi harus konsisten dengan parameter magnetik benda uji.

10.4 Cacat medan magnet yang menyimpang

Medan magnet bagian yang rusak memiliki karakteristiknya sendiri. Ambil cincin baja magnet (bagian) dengan celah sempit. Kesenjangan ini dapat dianggap sebagai cacat bagian. Jika Anda menutupi cincin dengan selembar kertas yang diisi dengan bubuk magnet, Anda dapat melihat gambar seperti yang ditunjukkan pada Gambar 35. Lembaran kertas terletak di luar cincin, dan partikel bubuk berbaris di sepanjang garis tertentu. Dengan demikian, garis-garis gaya medan magnet sebagian lewat di luar bagian, mengalir di sekitar cacat. Bagian dari medan magnet ini disebut medan nyasar cacat.

Gambar 41 menunjukkan retakan panjang pada bagian, terletak tegak lurus terhadap garis medan magnet, dan pola garis medan di dekat cacat.

Gambar 41 Aliran di sekitar retakan permukaan dengan garis gaya

Terlihat bahwa garis-garis medan magnet mengalir di sekitar retakan di dalam dan di luarnya. Pembentukan medan magnet nyasar oleh cacat bawah permukaan dapat dijelaskan dengan menggunakan Gambar 42, yang menunjukkan bagian dari bagian magnet. Garis medan induksi magnetik mengacu pada salah satu dari tiga bagian penampang: di atas cacat, di zona cacat dan di bawah cacat. Produk dari induksi magnet dan luas penampang menentukan fluks magnet. Komponen fluks magnet total di daerah ini ditunjuk sebagai: 1 ,.., Bagian dari fluks magnet F2, akan mengalir di atas dan di bawah bagian S2. Oleh karena itu, fluks magnet di penampang S1 dan S3 akan lebih besar daripada bagian bebas cacat. Hal yang sama dapat dikatakan tentang induksi magnetik. Fitur penting lainnya dari garis gaya induksi magnetik adalah kelengkungannya di atas dan di bawah cacat. Akibatnya, beberapa garis gaya keluar dari bagian tersebut, menciptakan medan magnet menyimpang dari cacat.

3 .

Gambar 42 Bidang nyasar dari cacat bawah permukaan

Medan magnet nyasar dapat diukur dengan fluks magnet yang meninggalkan bagian, yang disebut fluks nyasar. Fluks magnet bocor semakin besar, semakin besar fluks magnet 2 di bagian S2. Luas penampang S2 sebanding dengan kosinus sudut , ditunjukkan pada Gambar 42. Pada = 90° luas ini sama dengan nol, pada =0° itu yang paling penting.

Jadi, untuk mendeteksi cacat, perlu bahwa garis gaya induksi magnetik di zona kontrol bagian harus tegak lurus terhadap bidang yang diduga cacat.

Distribusi fluks magnet pada bagian bagian yang rusak mirip dengan distribusi aliran air di saluran dengan penghalang. Tinggi gelombang pada zona penghalang yang terendam seluruhnya akan semakin besar, semakin dekat puncak penghalang dengan permukaan air. Demikian pula, cacat bawah permukaan bagian lebih mudah dideteksi, semakin kecil kedalaman kejadiannya.

10.5 Deteksi cacat

Untuk mendeteksi cacat, diperlukan perangkat yang memungkinkan seseorang untuk menentukan karakteristik bidang nyasar cacat. Medan magnet ini dapat ditentukan dari komponen H x, H y, H z.

Namun, medan yang menyimpang dapat disebabkan tidak hanya oleh cacat, tetapi juga oleh faktor-faktor lain: ketidakhomogenan struktural logam, perubahan tajam pada penampang (secara rinci bentuk kompleks), permesinan, benturan, kekasaran permukaan, dll. Oleh karena itu, analisis ketergantungan bahkan satu proyeksi (misalnya, hz) dari koordinat spasial ( x atau kamu) bisa menjadi tugas yang sulit.

Pertimbangkan medan magnet liar di dekat cacat (Gambar 43). Ditampilkan di sini adalah retakan panjang yang diidealkan dengan tepi yang halus. Itu memanjang sepanjang sumbu kamu, yang diarahkan pada gambar ke arah kita. Angka 1, 2, 3, 4 menunjukkan bagaimana besar dan arah vektor kekuatan medan magnet berubah ketika mendekati retakan dari kiri.

Gambar 43 Medan magnet nyasar di dekat cacat

Medan magnet diukur pada jarak tertentu dari permukaan bagian. Lintasan di mana pengukuran dilakukan ditunjukkan oleh garis putus-putus. Besar dan arah vektor di sebelah kanan retakan dapat dibangun dengan cara yang sama (atau menggunakan simetri gambar). Di sebelah kanan gambar medan nyasar, contoh posisi spasial vektor H dan dua komponennya Hx dan hz . Plot ketergantungan proyeksi Hx dan hz bidang menyimpang dari koordinat x ditunjukkan di bawah.

Tampaknya mencari ekstrem H x atau nol H z , seseorang dapat menemukan cacat. Tetapi seperti disebutkan di atas, medan liar terbentuk tidak hanya dari cacat, tetapi juga dari ketidakhomogenan struktural logam, dari jejak pengaruh mekanis, dll.

Mari kita perhatikan gambaran sederhana dari pembentukan medan nyasar pada bagian sederhana (Gambar 44) mirip dengan yang ditunjukkan pada Gambar 41, dan grafik dependensi proyeksi H z , H x dari koordinat x(cacat memanjang sepanjang sumbu kamu).

Grafik ketergantungan Hx dan hz dari x sangat sulit untuk mendeteksi cacat, karena nilai-nilai ekstrim Hx dan hz lebih dari cacat dan lebih dari ketidakhomogenan sebanding.

Jalan keluar ditemukan ketika ditemukan bahwa di daerah cacat kecepatan maksimum perubahan (kecuraman) kekuatan medan magnet dari beberapa koordinat lebih besar dari maxima lainnya.

Gambar 44 menunjukkan bahwa kemiringan maksimum grafik Hz (x) antar titik x 1 dan x2(yaitu, di area cacat) jauh lebih besar daripada di tempat lain.

Dengan demikian, perangkat seharusnya tidak mengukur proyeksi kekuatan medan, tetapi "laju" perubahannya, mis. rasio perbedaan proyeksi pada dua titik yang berdekatan di atas permukaan bagian dengan jarak antara titik-titik ini:

(10.5)

di mana Hz (x 1), Hz (x 2)- nilai proyeksi vektor H per poros z di titik-titik x 1 , x 2(ke kiri dan ke kanan cacat), Gz(x) sering disebut sebagai gradien medan magnet.

Kecanduan Gz(x) ditunjukkan pada Gambar 44. Jarak Dx \u003d x 2 - x 1 antara titik-titik di mana proyeksi vektor diukur H per poros z, dipilih dengan mempertimbangkan dimensi bidang nyasar cacat.

Sebagai berikut dari Gambar 44, dan ini sesuai dengan praktik, nilai gradien di atas cacat secara signifikan lebih besar daripada nilainya di atas ketidakhomogenan bagian logam. Inilah yang memungkinkan untuk mendaftarkan cacat secara andal dengan melebihi nilai ambang batas dengan gradien (Gambar 44).

Dengan memilih nilai ambang batas yang diperlukan, dimungkinkan untuk mengurangi kesalahan kontrol ke nilai minimum.

Gambar 44 Garis gaya medan magnet cacat dan ketidakhomogenan bagian logam.

10.6 Metode Ferroprobe

Metode fluxgate didasarkan pada pengukuran gradien kekuatan medan magnet nyasar yang dibuat oleh cacat pada produk magnet dengan perangkat fluxgate dan perbandingan hasil pengukuran dengan ambang batas.

Di luar bagian yang dikendalikan, ada medan magnet tertentu yang dibuat untuk memagnetkannya. Penggunaan detektor cacat - gradiometer memastikan pemilihan sinyal yang disebabkan oleh cacat dengan latar belakang komponen yang agak besar dari kekuatan medan magnet yang perlahan berubah di ruang angkasa.

Detektor cacat gerbang fluks menggunakan transduser yang merespons komponen gradien dari komponen normal kekuatan medan magnet pada permukaan bagian. Transduser detektor cacat berisi dua batang paralel yang terbuat dari paduan magnet lunak khusus. Selama inspeksi, batang tegak lurus terhadap permukaan bagian, mis. sejajar dengan komponen normal dari kekuatan medan magnet. Batang memiliki belitan yang identik di mana arus bolak-balik mengalir. Gulungan ini dihubungkan secara seri. Arus bolak-balik menciptakan komponen variabel kekuatan medan magnet di batang. Komponen-komponen ini bertepatan dalam besar dan arah. Selain itu, ada komponen konstan kekuatan medan magnet bagian di lokasi masing-masing batang. Nilai x, yang termasuk dalam rumus (10.5), sama dengan jarak antara sumbu batang dan disebut dasar konverter. Tegangan keluaran konverter ditentukan oleh perbedaan antara tegangan bolak-balik pada belitan.

Mari kita letakkan transduser pendeteksi cacat pada bagian bagian tanpa cacat, di mana nilai-nilai kekuatan medan magnet di titik-titik x 1; x 2(lihat rumus (10.5)) adalah sama. Ini berarti bahwa gradien kekuatan medan magnet nol. Kemudian komponen medan magnet konstan dan variabel yang sama akan bekerja pada setiap batang konverter. Komponen-komponen ini akan sama-sama memagnetisasi ulang batang, sehingga tegangan pada belitan sama satu sama lain. Perbedaan tegangan yang mendefinisikan sinyal keluaran adalah nol. Dengan demikian, transduser pendeteksi cacat tidak merespon medan magnet jika tidak ada gradien.

Jika gradien kuat medan magnet tidak sama dengan nol, maka batang-batang tersebut akan berada pada medan magnet bolak-balik yang sama, tetapi komponen konstanta akan berbeda. Setiap batang dimagnetisasi ulang dengan arus belitan bolak-balik dari keadaan dengan induksi magnetik - Dalam S untuk + Dalam S Menurut hukum induksi elektromagnetik, tegangan pada belitan hanya dapat muncul ketika induksi magnetik berubah. Oleh karena itu, periode osilasi arus bolak-balik dapat dibagi menjadi interval ketika batang dalam saturasi dan, oleh karena itu, tegangan pada belitan adalah nol, dan menjadi interval waktu ketika tidak ada saturasi, yang berarti bahwa tegangan berbeda dari nol. Dalam periode waktu ketika kedua batang tidak termagnetisasi hingga jenuh, tegangan yang sama muncul pada belitan. Pada saat ini, sinyal keluaran adalah nol. Hal yang sama akan terjadi dengan saturasi simultan dari kedua batang, ketika tidak ada tegangan pada belitan. Tegangan keluaran muncul ketika satu inti dalam keadaan jenuh dan yang lainnya dalam keadaan desaturasi.

Tindakan simultan dari komponen konstan dan variabel dari kekuatan medan magnet mengarah pada fakta bahwa setiap inti berada dalam satu keadaan jenuh selama lebih dari lama daripada di yang lain. Saturasi yang lebih panjang sesuai dengan penambahan komponen konstan dan variabel dari kekuatan medan magnet, ke pengurangan yang lebih pendek. Selisih selang waktu yang sesuai dengan nilai induksi magnet + Dalam S dan - Dalam S, tergantung pada kekuatan medan magnet konstan. Pertimbangkan keadaan dengan induksi magnetik + Dalam S pada dua batang transduser. Nilai yang berbeda dari kekuatan medan magnet pada titik-titik x 1 dan x 2 akan sesuai dengan durasi yang berbeda dari interval saturasi magnetik batang. Semakin besar perbedaan antara nilai-nilai kekuatan medan magnet ini, semakin banyak interval waktu yang berbeda. Selama periode waktu ketika satu batang jenuh dan yang lain tidak jenuh, tegangan keluaran konverter terjadi. Tegangan ini tergantung pada gradien kekuatan medan magnet.

Medan magnet, apa itu? - jenis materi khusus;
Di mana itu ada? - sekitar bergerak muatan listrik(termasuk di sekitar konduktor dengan arus)
Bagaimana cara menemukan? - menggunakan jarum magnet (atau serbuk besi) atau dengan aksinya pada konduktor pembawa arus.

Pengalaman Oersted:

Jarum magnet berputar jika listrik mulai mengalir melalui konduktor. saat ini, karena Medan magnet terbentuk di sekitar konduktor pembawa arus.

Interaksi dua konduktor dengan arus:

Setiap konduktor pembawa arus memiliki medan magnetnya sendiri di sekitarnya, yang bekerja dengan gaya tertentu pada konduktor yang berdekatan.

Tergantung pada arah arus, konduktor dapat menarik atau menolak satu sama lain.

ingat masa lalu tahun akademik:

GARIS MAGNETIK (atau sebaliknya garis induksi magnetik)

Bagaimana cara menggambarkan medan magnet? - dengan bantuan garis magnet;
Garis magnet, apa ini?

Ini adalah garis imajiner di mana jarum magnet ditempatkan dalam medan magnet. Garis magnet dapat ditarik melalui setiap titik medan magnet, mereka memiliki arah dan selalu tertutup.

Pikirkan kembali tahun ajaran lalu:

MEDAN MAGNETIK TIDAK HOMOGEN

Karakteristik medan magnet yang tidak homogen: garis-garis magnet melengkung; kerapatan garis-garis magnet berbeda; gaya yang digunakan medan magnet pada jarum magnet berbeda pada titik-titik yang berbeda dari medan ini dalam besar dan arah.

Di mana medan magnet yang tidak homogen ada?

Di sekitar konduktor pembawa arus lurus;

Di sekitar magnet batang;

Di sekitar solenoid (kumparan dengan arus).

MEDAN MAGNETIK HOMOGEN

Ciri-ciri medan magnet homogen: garis-garis magnet adalah garis lurus yang sejajar, kerapatan garis-garis magnet di semua tempat sama; gaya yang dengannya medan magnet bekerja pada jarum magnet adalah sama di semua titik medan ini dalam arah besarnya.

Di mana medan magnet seragam ada?
- di dalam magnet batang dan di dalam solenoida, jika panjangnya jauh lebih besar dari diameternya.

MENARIK

Kemampuan besi dan paduannya untuk menjadi sangat termagnetisasi menghilang ketika dipanaskan sampai suhu tinggi. Besi murni kehilangan kemampuan ini ketika dipanaskan hingga 767 ° C.

Magnet yang kuat, yang digunakan di banyak produk modern, dapat memengaruhi kinerja alat pacu jantung dan perangkat jantung implan pada pasien jantung. Magnet besi atau ferit biasa, yang mudah dibedakan dengan warna abu-abu kusamnya, memiliki sedikit kekuatan dan tidak terlalu diperhatikan.
Namun, baru-baru ini ada sangat magnet yang kuat- Warna perak cemerlang dan mewakili paduan neodymium, besi, dan boron. Medan magnet yang mereka ciptakan sangat kuat, itulah sebabnya mereka banyak digunakan di disk komputer, headphone dan speaker, serta mainan, perhiasan, dan bahkan pakaian.

Begitu berada di jalan kota utama Mallorca, kapal militer Prancis "La Rolain" muncul. Kondisinya sangat menyedihkan sehingga kapal hampir tidak mencapai tempat berlabuh sendiri.Ketika para ilmuwan Prancis, termasuk Arago yang berusia dua puluh dua tahun, menaiki kapal, ternyata kapal itu hancur disambar petir. Sementara komisi sedang memeriksa kapal, menggelengkan kepala saat melihat tiang dan bangunan atas yang terbakar, Arago bergegas ke kompas dan melihat apa yang dia harapkan: jarum kompas menunjuk ke arah yang berbeda ...

Setahun kemudian, saat menggali sisa-sisa kapal Genoa yang jatuh di dekat Aljir, Arago menemukan bahwa jarum kompas telah mengalami demagnetisasi. Kapal sedang menuju selatan menuju bebatuan, tertipu oleh kompas magnetik yang disambar petir.

V. Kartsev. Magnet selama tiga milenium.

Kompas magnetik ditemukan di Cina.
Sudah 4.000 tahun yang lalu, karavan membawa mereka pot tanah liat dan "menjaganya di jalan lebih dari semua kargo mahal Anda." Di dalamnya, di permukaan cairan di atas pelampung kayu, tergeletak batu yang menyukai besi. Dia bisa berbalik dan, sepanjang waktu, menunjuk ke arah selatan, yang, tanpa adanya Matahari, membantu mereka pergi ke sumur.
Pada awal zaman kita, orang Cina belajar cara membuat magnet buatan dengan magnetisasi jarum besi.
Dan hanya seribu tahun kemudian, orang Eropa mulai menggunakan jarum kompas bermagnet.

MEDAN MAGNETIK BUMI

Bumi adalah magnet permanen yang besar.
Kutub Magnetik Selatan, meskipun terletak, menurut standar dunia, di dekat Kutub Geografis Utara, mereka tetap terpisah sekitar 2000 km.
Ada wilayah di permukaan Bumi di mana medan magnetnya sendiri sangat terdistorsi oleh medan magnet bijih besi yang terjadi pada kedalaman yang dangkal. Salah satu wilayah tersebut adalah anomali magnetik Kursk yang terletak di wilayah Kursk.

Induksi magnet dari medan magnet bumi hanya sekitar 0,0004 Tesla.
___

Medan magnet bumi dipengaruhi oleh peningkatan aktivitas matahari. Kira-kira sekali setiap 11,5 tahun, itu meningkat sedemikian rupa sehingga komunikasi radio terganggu, kesejahteraan manusia dan hewan memburuk, dan jarum kompas mulai "menari" tak terduga dari sisi ke sisi. Dalam hal ini, mereka mengatakan bahwa badai magnet akan datang. Biasanya berlangsung dari beberapa jam hingga beberapa hari.

Medan magnet bumi mengubah orientasinya dari waktu ke waktu, membuat fluktuasi sekuler (berlangsung 5-10 ribu tahun) dan sepenuhnya reorientasi, mis. membalikkan kutub magnet (2–3 kali per juta tahun). Hal ini ditunjukkan oleh medan magnet zaman jauh "membeku" di batuan sedimen dan vulkanik. Perilaku medan geomagnetik tidak bisa disebut kacau, ia mematuhi semacam "jadwal".

Arah dan besarnya medan geomagnetik ditentukan oleh proses-proses yang terjadi di inti bumi. Waktu pembalikan polaritas karakteristik yang ditentukan oleh inti padat bagian dalam adalah dari 3 hingga 5 ribu tahun, dan ditentukan oleh inti cair luar adalah sekitar 500 tahun. Kali ini dapat menjelaskan dinamika medan geomagnetik yang diamati. Pemodelan komputer dengan mempertimbangkan berbagai proses intraterestrial, ini menunjukkan kemungkinan pembalikan medan magnet dalam waktu sekitar 5 ribu tahun.

FOKUS DENGAN MAGNET

"Kuil jimat, atau kabinet mekanik, optik, dan fisik Mr. Gamuletsky de Coll" oleh ilusionis Rusia terkenal Gamuletsky, yang ada hingga tahun 1842, menjadi terkenal, antara lain, karena fakta bahwa pengunjung menaiki tangga yang didekorasi dengan lilin dan karpet dengan karpet masih bisa dilihat dari jauh platform teratas tangga, sosok malaikat berlapis emas, dibuat dalam pertumbuhan alami manusia, yang melayang dalam posisi horizontal di atas pintu kantor tanpa digantung atau ditopang. Semua orang dapat memastikan bahwa sosok itu tidak memiliki dukungan. Ketika pengunjung memasuki platform, malaikat mengangkat tangannya, membawa terompet ke mulutnya dan memainkannya, menggerakkan jari-jarinya dengan cara yang paling alami. Selama sepuluh tahun, kata Gamuletsky, saya telah bekerja keras untuk menemukan titik dan berat magnet dan besi untuk menjaga malaikat tetap di udara. Selain tenaga kerja, saya menggunakan banyak uang untuk keajaiban ini.

Pada Abad Pertengahan, apa yang disebut "ikan patuh", terbuat dari kayu, adalah angka ilusi yang sangat umum. Mereka berenang di kolam dan menuruti lambaian tangan penyihir sekecil apa pun, yang membuat mereka bergerak ke segala arah. Rahasia triknya sangat sederhana: magnet disembunyikan di lengan penyihir, dan potongan besi dimasukkan ke kepala ikan.
Lebih dekat dengan kami dalam waktu adalah manipulasi Jonas Inggris. Nomor tanda tangannya: Jonas mengundang beberapa pemirsa untuk meletakkan jam di atas meja, setelah itu dia, tanpa menyentuh jam, secara sewenang-wenang mengubah posisi tangan.
Perwujudan modern dari ide semacam itu adalah cengkeraman elektromagnetik, yang dikenal baik oleh ahli listrik, yang dengannya dimungkinkan untuk memutar perangkat yang dipisahkan dari mesin oleh semacam penghalang, misalnya, dinding.

Pada pertengahan 80-an abad ke-19, desas-desus menyebar tentang gajah ilmuwan, yang tidak hanya bisa menambah dan mengurangi, tetapi bahkan mengalikan, membagi, dan mengekstrak akar. Ini dilakukan dengan cara berikut. Pelatih, misalnya, bertanya kepada gajah: "Berapa tujuh delapan?" Ada papan dengan angka di depan gajah. Setelah pertanyaan, gajah mengambil penunjuk dan dengan percaya diri menunjukkan angka 56. Dengan cara yang sama, pembagian dan ekstraksi dilakukan. akar pangkat dua. Triknya cukup sederhana: ada elektromagnet kecil yang tersembunyi di bawah setiap nomor di papan. Ketika gajah ditanyai, arus diterapkan pada belitan magnet yang terletak yang berarti jawaban yang benar. Penunjuk besi di belalai gajah itu sendiri tertarik ke nomor yang benar. Jawabannya datang secara otomatis. Terlepas dari kesederhanaan pelatihan ini, rahasia triknya lama tidak bisa mengetahuinya, dan "gajah terpelajar" itu sukses besar.