Cosa sono le linee del campo magnetico. Un campo magnetico

Senza dubbio, linee di forza campo magnetico ormai sono noti a tutti. Almeno, anche a scuola, la loro manifestazione è dimostrata nelle lezioni di fisica. Ricordi come l'insegnante ha posizionato un magnete permanente (o anche due, combinando l'orientamento dei loro poli) sotto un foglio di carta e sopra ha versato la limatura di metallo presa nell'aula di addestramento del lavoro? È abbastanza chiaro che il metallo doveva essere tenuto sul foglio, ma è stato osservato qualcosa di strano: erano chiaramente tracciate delle linee lungo le quali si allineava la segatura. Avviso - non in modo uniforme, ma a strisce. Queste sono le linee del campo magnetico. O meglio, la loro manifestazione. Che cosa è successo allora e come si può spiegare?

Partiamo da lontano. Insieme a noi nel mondo fisico, il visibile coesiste tipo speciale materia - campo magnetico. Fornisce l'interazione tra il movimento particelle elementari o corpi più grandi che possiedono una carica elettrica o una carica elettrica naturale e non solo sono interconnessi tra loro, ma spesso si generano da soli. Ad esempio, un filo che trasporta elettricità crea un campo magnetico attorno a sé. È vero anche il contrario: l'azione di campi magnetici alternati su un circuito conduttore chiuso crea un movimento di portatori di carica in esso. Quest'ultima proprietà è utilizzata nei generatori che forniscono energia elettrica a tutti i consumatori. Un esempio lampante di campi elettromagnetici è la luce.

Le linee di forza del campo magnetico attorno al conduttore ruotano o, come è anche vero, sono caratterizzate da un vettore diretto di induzione magnetica. Il senso di rotazione è determinato dalla regola del succhiello. Le linee indicate sono una convenzione, poiché il campo si estende uniformemente in tutte le direzioni. Il fatto è che può essere rappresentato come un numero infinito di linee, alcune delle quali hanno una tensione più pronunciata. Ecco perché alcune "linee" sono chiaramente tracciate e segatura. È interessante notare che le linee di forza del campo magnetico non sono mai interrotte, quindi è impossibile dire inequivocabilmente dove sia l'inizio e dove sia la fine.

Nel caso di un magnete permanente (o elettromagnete simile), ci sono sempre due poli che hanno ricevuto nomi convenzionali Nord e Sud. Le linee menzionate in questo caso sono anelli e ovali che collegano entrambi i poli. A volte questo è descritto in termini di monopoli interagenti, ma poi sorge una contraddizione, secondo la quale i monopoli non possono essere separati. Cioè, qualsiasi tentativo di dividere il magnete risulterà in diverse parti bipolari.

Di grande interesse sono le proprietà delle linee di forza. Abbiamo già parlato di continuità, ma la capacità di creare una corrente elettrica in un conduttore è di interesse pratico. Il significato di ciò è il seguente: se il circuito conduttore è attraversato da linee (o il conduttore stesso si muove in un campo magnetico), viene impartita energia aggiuntiva agli elettroni nelle orbite esterne degli atomi del materiale, consentendo loro per iniziare un movimento diretto indipendente. Si può dire che il campo magnetico sembra "eliminare" le particelle cariche reticolo cristallino. Questo fenomeno è stato nominato induzione elettromagnetica ed è attualmente il modo principale per ottenere la primaria energia elettrica. Fu scoperto sperimentalmente nel 1831 dal fisico inglese Michael Faraday.

Lo studio dei campi magnetici iniziò già nel 1269, quando P. Peregrine scoprì l'interazione di un magnete sferico con aghi d'acciaio. Quasi 300 anni dopo, W. G. Colchester suggerì di essere lui stesso un enorme magnete con due poli. Ulteriore fenomeni magnetici studiato da scienziati famosi come Lorentz, Maxwell, Ampère, Einstein, ecc.

> Linee di campo magnetico

Come determinare linee di campo magnetico: un diagramma della forza e della direzione delle linee del campo magnetico, utilizzando una bussola per determinare i poli magnetici, disegnando.

Linee di campo magnetico utile per visualizzare visivamente l'intensità e la direzione di un campo magnetico.

Compito di apprendimento

• Correlare la forza del campo magnetico con la densità delle linee del campo magnetico.

Punti chiave

• La direzione del campo magnetico mostra gli aghi della bussola che toccano le linee del campo magnetico in qualsiasi punto specificato.
• La forza del campo B è inversamente proporzionale alla distanza tra le linee. È anche esattamente proporzionale al numero di linee per unità di area. Una linea non ne incrocia mai un'altra.
• Il campo magnetico è unico in ogni punto dello spazio.
• Le linee non sono interrotte e creano anelli chiusi.
• Le linee si estendono dal polo nord al polo sud.

Termini

• Le linee del campo magnetico sono una rappresentazione grafica dell'intensità e della direzione di un campo magnetico.
• B-field è sinonimo di campo magnetico.

Linee di campo magnetico

Da bambino, si dice che Albert Einstein amasse guardare la bussola, pensando a come l'ago sentiva la forza senza un contatto fisico diretto. Il pensiero profondo e il serio interesse hanno portato al fatto che il bambino è cresciuto e ha creato la sua rivoluzionaria teoria della relatività.

Poiché le forze magnetiche influiscono sulle distanze, calcoliamo i campi magnetici per rappresentare queste forze. I grafici a linee sono utili per visualizzare l'intensità e la direzione di un campo magnetico. L'allungamento delle linee indica l'orientamento nord dell'ago della bussola. Il magnetico è chiamato campo B.

(a) - Se si utilizza una piccola bussola per confrontare il campo magnetico attorno a una barra magnetica, verrà visualizzato giusta direzione dal polo nord a sud. (b) - L'aggiunta di frecce crea linee continue campo magnetico. La forza è proporzionale alla vicinanza delle linee. (c) - Se è possibile esaminare l'interno del magnete, le linee verranno visualizzate sotto forma di anelli chiusi

Non c'è niente di difficile nell'abbinare il campo magnetico di un oggetto. Innanzitutto, calcola l'intensità e la direzione del campo magnetico in diverse posizioni. Segna questi punti con vettori che puntano nella direzione del campo magnetico locale con una grandezza proporzionale alla sua forza. Puoi combinare frecce e formare linee di campo magnetico. La direzione in qualsiasi punto sarà parallela alla direzione delle linee di campo più vicine e la densità locale può essere proporzionale alla forza.

Le linee del campo magnetico sono come le linee di contorno sulle mappe topografiche perché mostrano qualcosa di continuo. Molte delle leggi del magnetismo possono essere formulate in termini semplici, come il numero di linee di campo attraverso una superficie.

Direzione delle linee del campo magnetico, rappresentata dall'allineamento della limatura di ferro su carta posta sopra una barra magnetica

Vari fenomeni influenzano la visualizzazione delle linee. Ad esempio, la limatura di ferro su una linea di campo magnetico crea linee che corrispondono a quelle magnetiche. Sono anche visualizzati visivamente nelle aurore.

Una piccola bussola inviata nel campo si allinea parallelamente alla linea del campo, con il polo nord rivolto verso B.

Bussole in miniatura possono essere utilizzate per mostrare i campi. (a) - Il campo magnetico del circuito di corrente circolare è simile a quello magnetico. (b) - Un filo lungo e diritto forma un campo con linee di campo magnetico che creano anelli circolari. (c) - Quando il filo è nel piano della carta, il campo appare perpendicolare alla carta. Nota quali simboli sono usati per la casella che punta all'interno e all'esterno

Uno studio dettagliato dei campi magnetici ha aiutato a derivare una serie di regole importanti:

• La direzione del campo magnetico tocca la linea del campo in qualsiasi punto dello spazio.
• L'intensità del campo è proporzionale alla prossimità della linea. È anche esattamente proporzionale al numero di linee per unità di area.
• Le linee del campo magnetico non si scontrano mai, il che significa che in qualsiasi punto dello spazio il campo magnetico sarà unico.
• Le linee rimangono continue e seguono dal polo nord al polo sud.

L'ultima regola si basa sul fatto che i poli non possono essere separati. Ed è diverso dalle linee campo elettrico, in cui la fine e l'inizio sono segnati da cariche positive e negative.

UN CAMPO MAGNETICO. FONDAMENTALI DEL CONTROLLO DEL FERROSONDA

Viviamo nel campo magnetico terrestre. La manifestazione del campo magnetico è che l'ago della bussola magnetica mostra costantemente la direzione verso nord. lo stesso risultato si ottiene posizionando l'ago della bussola magnetica tra i poli di un magnete permanente (Figura 34).

Figura 34 - Orientamento dell'ago magnetico vicino ai poli del magnete

Di solito uno dei poli del magnete (sud) è indicato dalla lettera S, un'altra - (settentrionale) - lettera N. La Figura 34 mostra due posizioni dell'ago magnetico. In ogni posizione vengono attratti i poli opposti della freccia e del magnete. Pertanto, la direzione dell'ago della bussola è cambiata non appena l'abbiamo spostata dalla posizione 1 in posizione 2 . Il motivo dell'attrazione verso il magnete e il giro della freccia è il campo magnetico. Ruotando la freccia mentre si sposta verso l'alto e verso destra si mostra che la direzione del campo magnetico all'interno punti diversi lo spazio non rimane invariato.

La figura 35 mostra il risultato di un esperimento con polvere magnetica spruzzata su un foglio di carta spessa, che si trova sopra i poli di un magnete. Si può vedere che le particelle di polvere formano delle linee.

Le particelle di polvere, che entrano in un campo magnetico, vengono magnetizzate. Ogni particella ha un polo nord e uno sud. Le particelle di polvere vicine non solo ruotano nel campo del magnete, ma si attaccano anche l'una all'altra, allineandosi in file. Queste linee sono chiamate linee di campo magnetico.

Figura 35 Disposizione delle particelle di polvere magnetica su un foglio di carta posto sopra i poli di un magnete

Posizionando un ago magnetico vicino a tale linea, puoi vedere che la freccia si trova tangenzialmente. nei numeri 1 , 2 , 3 La Figura 35 mostra l'orientamento dell'ago magnetico nei punti corrispondenti. In prossimità dei poli, la densità della polvere magnetica è maggiore che in altri punti del foglio. Ciò significa che l'ampiezza del campo magnetico ha un valore massimo. Pertanto, il campo magnetico in ogni punto è determinato dal valore della quantità che caratterizza il campo magnetico e dalla sua direzione. Tali quantità sono chiamate vettori.

Posizioniamo la parte in acciaio tra i poli del magnete (Figura 36). La direzione delle linee di campo nella parte è indicata dalle frecce. Le linee del campo magnetico appariranno anche nella parte, solo che ce ne saranno molte di più che nell'aria.

Figura 36 Magnetizzazione di un pezzo di forma semplice

Il fatto è che la parte in acciaio contiene ferro, costituito da micromagneti, che sono chiamati domini. L'applicazione di un campo magnetizzante al dettaglio porta al fatto che iniziano ad orientarsi nella direzione di questo campo e ad amplificarlo molte volte. Si può notare che le linee di forza nella parte sono parallele tra loro, mentre il campo magnetico è costante. Un campo magnetico, caratterizzato da rette parallele di forza disegnate con la stessa densità, è detto omogeneo.

10.2 Grandezze magnetiche

La grandezza fisica più importante che caratterizza il campo magnetico è il vettore di induzione magnetica, che di solito è indicato A. Per ogni grandezza fisica è consuetudine indicarne la dimensione. Quindi, l'unità di forza della corrente è Ampere (A), l'unità di induzione magnetica è Tesla (Tl). L'induzione magnetica nelle parti magnetizzate di solito è compresa tra 0,1 e 2,0 T.

Un ago magnetico posizionato in un campo magnetico uniforme ruoterà. Il momento delle forze che lo ruotano attorno al proprio asse è proporzionale all'induzione magnetica. L'induzione magnetica caratterizza anche il grado di magnetizzazione del materiale. Le linee di forza mostrate nelle figure 34, 35 caratterizzano la variazione dell'induzione magnetica nell'aria e nel materiale (dettagli).

L'induzione magnetica determina il campo magnetico in ogni punto dello spazio. Per caratterizzare il campo magnetico su una certa superficie (ad esempio nel piano sezione trasversale dettagli), ne viene utilizzato un altro quantità fisica, che è chiamato flusso magnetico ed è indicato Φ.

Si caratterizzi una parte uniformemente magnetizzata (figura 36) per il valore dell'induzione magnetica A, l'area della sezione trasversale della parte è uguale a S, allora il flusso magnetico è determinato dalla formula:

Unità flusso magnetico- Weber (Wb).

Considera un esempio. L'induzione magnetica nella parte è 0,2 T, l'area della sezione trasversale è 0,01 m 2. Quindi il flusso magnetico è 0,002 Wb.

Mettiamo una lunga sbarra di ferro cilindrica in un campo magnetico uniforme. Lascia che l'asse di simmetria dell'asta coincida con la direzione delle linee di forza. Quindi l'asta sarà magnetizzata quasi ovunque in modo uniforme. L'induzione magnetica nell'asta sarà molto maggiore che nell'aria. Il rapporto di induzione magnetica nel materiale Bm all'induzione magnetica nell'aria dentroè chiamata permeabilità magnetica:

μ=B m / B pollici. (10.2)

La permeabilità magnetica è una quantità adimensionale. Per vari tipi di acciaio, la permeabilità magnetica varia da 200 a 5.000.

L'induzione magnetica dipende dalle proprietà del materiale, il che complica i calcoli tecnici dei processi magnetici. Pertanto, è stata introdotta una quantità ausiliaria, dalla quale non dipende proprietà magnetiche Materiale. È chiamato vettore del campo magnetico ed è indicato H. L'unità di misura dell'intensità del campo magnetico è Ampere/metro (A/m). Durante i test magnetici non distruttivi delle parti, l'intensità del campo magnetico varia da 100 a 100.000 A/m.

Tra induzione magnetica dentro e intensità del campo magnetico H nell'aria c'è una semplice relazione:

 â =μ 0 H, (10.3)

dove μ 0 = 4π 10 –7 Henry/metro - costante magnetica.

L'intensità del campo magnetico e l'induzione magnetica nel materiale sono correlate dalla relazione:

B=μμ 0 H (10.4)

Intensità del campo magnetico H - vettore. Nei test fluxgate, è necessario determinare i componenti di questo vettore sulla superficie della parte. Questi componenti possono essere determinati usando la Figura 37. Qui la superficie del pezzo è presa come un piano xy, asse z perpendicolare a questo piano.

Figura 1.4 dall'alto del vettore H caduto perpendicolarmente al piano x,y. Un vettore viene tracciato dall'origine delle coordinate al punto di intersezione della perpendicolare e del piano H  che è chiamata componente tangenziale dell'intensità del campo magnetico del vettore H . Perpendicolari cadenti dal vertice del vettore H sull'asse X e y, definire le proiezioni H x e ciao vettore H. Proiezione H per asse zè chiamata la componente normale dell'intensità del campo magnetico H n . Nei test magnetici, vengono spesso misurate le componenti tangenziali e normali dell'intensità del campo magnetico.

Figura 37 Il vettore del campo magnetico e la sua proiezione sulla superficie del pezzo

10.3 Curva di magnetizzazione e loop di isteresi

Consideriamo la variazione dell'induzione magnetica di un materiale ferromagnetico inizialmente smagnetizzato con un graduale aumento dell'intensità del campo magnetico esterno. Un grafico che riflette questa dipendenza è mostrato in Figura 38 ed è chiamato curva di magnetizzazione iniziale. Nella regione dei campi magnetici deboli, la pendenza di questa curva è relativamente piccola, quindi inizia ad aumentare, raggiungendo un valore massimo. A valori ancora più alti dell'intensità del campo magnetico, la pendenza diminuisce in modo che la variazione dell'induzione magnetica diventi insignificante con l'aumento del campo - si verifica la saturazione magnetica, che è caratterizzata dal valore B S. La Figura 39 mostra la dipendenza della permeabilità magnetica dall'intensità del campo magnetico. Questa dipendenza è caratterizzata da due valori: permeabilità magnetica iniziale μ n e massima μ m. Nella regione di forti campi magnetici, la permeabilità diminuisce all'aumentare del campo. Con un ulteriore aumento del campo magnetico esterno, la magnetizzazione del campione praticamente non cambia e l'induzione magnetica cresce solo a causa del campo esterno .

Figura 38 Curva di magnetizzazione iniziale

Figura 39 Dipendenza della permeabilità dall'intensità del campo magnetico

Induzione di saturazione magnetica B S dipende principalmente da Composizione chimica materiale e per gli acciai strutturali ed elettrici è 1,6-2,1 T. La permeabilità magnetica dipende non solo dalla composizione chimica, ma anche dalla lavorazione termica e meccanica.

.

Figura 40 Loop di isteresi limite (1) e parziale (2).

Secondo l'entità della forza coercitiva, i materiali magnetici sono divisi in magnetici morbidi (H c< 5 000 А/м) и магнитотвердые (H c >5 000 A/m).

Per i materiali magnetici morbidi, sono necessari campi relativamente piccoli per ottenere la saturazione. I materiali magnetici duri sono difficili da magnetizzare e rimagnetizzare.

La maggior parte degli acciai strutturali sono materiali magnetici morbidi. Per acciaio elettrico e leghe speciali, la forza coercitiva è 1-100 A / m, per gli acciai strutturali - non più di 5.000 A / m. Nei dispositivi collegati con magneti permanenti vengono utilizzati materiali magnetici duri.

Durante l'inversione della magnetizzazione, il materiale è nuovamente saturo, ma il valore di induzione ha un segno diverso (– B S) corrispondente all'intensità negativa del campo magnetico. Con un successivo aumento dell'intensità del campo magnetico verso valori positivi, l'induzione cambierà lungo un'altra curva, chiamata ramo ascendente dell'anello. Entrambi i rami: discendente e ascendente, formano una curva chiusa, chiamata anello di isteresi magnetica limitante. L'anello limite ha una forma simmetrica e corrisponde al valore massimo dell'induzione magnetica pari a B S. Con una variazione simmetrica dell'intensità del campo magnetico entro limiti più piccoli, l'induzione cambierà lungo un nuovo anello. Questo anello si trova completamente all'interno dell'anello limite ed è chiamato anello parziale simmetrico (Figura 40).

I parametri del circuito di isteresi magnetica limitante svolgono un ruolo importante nel controllo del fluxgate. Ad alti valori di induzione residua e forza coercitiva, è possibile effettuare il controllo premagnetizzando il materiale del pezzo a saturazione, quindi spegnendo la sorgente di campo. La magnetizzazione del pezzo sarà sufficiente per rilevare i difetti.

Allo stesso tempo, il fenomeno dell'isteresi porta alla necessità di controllare lo stato magnetico. In assenza di smagnetizzazione, il materiale della parte può trovarsi in uno stato corrispondente all'induzione - Br. Quindi, accendendo il campo magnetico di polarità positiva, ad esempio, uguale a Hc, puoi persino smagnetizzare la parte, anche se dovremmo magnetizzarla.

Importanza ha anche permeabilità magnetica. Più μ , minore è il valore richiesto dell'intensità del campo magnetico per magnetizzare il pezzo. Così specifiche tecniche dispositivo di magnetizzazione deve essere coerente con i parametri magnetici dell'oggetto di prova.

10.4 Campo magnetico disperso dei difetti

Il campo magnetico di una parte difettosa ha le sue caratteristiche. Prendi un anello in acciaio magnetizzato (parte) con uno spazio stretto. Questo divario può essere considerato un difetto di parte. Se copri l'anello con un foglio di carta riempito di polvere magnetica, puoi vedere un'immagine simile a quella mostrata nella Figura 35. Il foglio di carta si trova all'esterno dell'anello e nel frattempo le particelle di polvere si allineano lungo determinate linee. Pertanto, le linee di forza del campo magnetico passano parzialmente all'esterno della parte, scorrendo attorno al difetto. Questa parte del campo magnetico è chiamata campo parassita difettoso.

La Figura 41 mostra una lunga crepa nella parte, situata perpendicolarmente alle linee del campo magnetico, e uno schema di linee di campo vicino al difetto.

Figura 41 Flusso attorno a una crepa superficiale mediante linee di forza

Si può vedere che le linee del campo magnetico scorrono attorno alla fessura all'interno e all'esterno della parte. La formazione di un campo magnetico vagante a causa di un difetto nel sottosuolo può essere spiegata utilizzando la Figura 42, che mostra una sezione di una parte magnetizzata. Le linee di campo dell'induzione magnetica si riferiscono a una delle tre sezioni della sezione trasversale: sopra il difetto, nella zona del difetto e sotto il difetto. Il prodotto dell'induzione magnetica e dell'area della sezione trasversale determina il flusso magnetico. Le componenti del flusso magnetico totale in queste aree sono designate come Φ 1 ,.., Parte del flusso magnetico F2, scorrerà sopra e sotto la sezione S2. Pertanto, i flussi magnetici nelle sezioni trasversali S1 e S3 sarà maggiore di quella di una parte esente da difetti. Lo stesso si può dire dell'induzione magnetica. Un'altra caratteristica importante delle linee di forza di induzione magnetica è la loro curvatura sopra e sotto il difetto. Di conseguenza, alcune linee di forza escono dalla parte, creando un campo magnetico disperso del difetto.

3 .

Figura 42 Campo vagante di un difetto del sottosuolo

Il campo magnetico disperso può essere quantificato dal flusso magnetico in uscita dalla parte, che è chiamato flusso disperso. Il flusso magnetico di dispersione è maggiore, maggiore è il flusso magnetico Φ2 nella sezione S2. Area della sezione trasversale S2 proporzionale al coseno dell'angolo  , mostrato in Figura 42. A  = 90° quest'area è uguale a zero, a  =0° conta di più.

Pertanto, per rilevare i difetti, è necessario che le linee di forza di induzione magnetica nella zona di controllo del pezzo siano perpendicolari al piano del presunto difetto.

La distribuzione del flusso magnetico sulla sezione della parte difettosa è simile alla distribuzione del flusso d'acqua in un canale con barriera. L'altezza dell'onda nella zona di una barriera completamente sommersa sarà tanto maggiore quanto più vicina sarà la cresta della barriera alla superficie dell'acqua. Allo stesso modo, il difetto sotto la superficie della parte è più facile da rilevare, minore è la profondità della sua comparsa.

10.5 Rilevamento dei difetti

Per rilevare i difetti, è necessario un dispositivo che consenta di determinare le caratteristiche del campo randagio del difetto. Questo campo magnetico può essere determinato dai componenti H x, H y, H z.

Tuttavia, i campi vaganti possono essere causati non solo da un difetto, ma anche da altri fattori: la disomogeneità strutturale del metallo, un brusco cambiamento nella sezione trasversale (in dettaglio forma complessa), lavorazioni meccaniche, urti, rugosità superficiale, ecc. Pertanto, l'analisi della dipendenza anche di una sola proiezione (ad esempio, hz) dalla coordinata spaziale ( X o y) può essere un compito difficile.

Si consideri il campo magnetico vagante vicino al difetto (Figura 43). Qui è mostrata una fessura idealizzata infinitamente lunga con bordi lisci. È allungato lungo l'asse y, che nella figura è diretta verso di noi. I numeri 1, 2, 3, 4 mostrano come l'intensità e la direzione del vettore dell'intensità del campo magnetico cambiano quando ci si avvicina alla fessura da sinistra.

Figura 43 Campo magnetico disperso vicino a un difetto

Il campo magnetico viene misurato a una certa distanza dalla superficie del pezzo. La traiettoria lungo la quale vengono effettuate le misurazioni è indicata da una linea tratteggiata. Le grandezze e le direzioni dei vettori a destra della fessura possono essere costruite in modo simile (o utilizzare la simmetria della figura). A destra dell'immagine del campo randagio, un esempio della posizione spaziale del vettore H e due dei suoi componenti H x e hz . Grafici di dipendenza dalla proiezione H x e hz campi vaganti dalla coordinata X mostrato di seguito.

Sembrerebbe che cercando un estremo H x o zero H z , si possa trovare un difetto. Ma come notato sopra, i campi vaganti sono formati non solo da difetti, ma anche da disomogeneità strutturali del metallo, da tracce di influenze meccaniche, ecc.

Consideriamo un'immagine semplificata della formazione di campi vaganti su una parte semplice (Figura 44) simile a quella mostrata in Figura 41, e grafici delle dipendenze di proiezione Hz, Hx dalla coordinata X(il difetto è allungato lungo l'asse y).

Grafici delle dipendenze H x e hz a partire dal Xè molto difficile rilevare un difetto, poiché i valori degli estremi H x e hz su un difetto e su disomogeneità sono comparabili.

La via d'uscita è stata trovata quando si è scoperto che nell'area del difetto velocità massima il cambiamento (ripidezza) dell'intensità del campo magnetico di alcune coordinate è maggiore di altri massimi.

La Figura 44 mostra che la massima pendenza del grafico H z (x) tra i punti x 1 e x2(cioè, nell'area del difetto) è molto più grande che in altri luoghi.

Pertanto, il dispositivo non dovrebbe misurare la proiezione dell'intensità del campo, ma la "velocità" del suo cambiamento, ad es. il rapporto tra la differenza di proiezione in due punti adiacenti sopra la superficie della parte e la distanza tra questi punti:

(10.5)

dove H z (x 1), H z (x 2)- valori di proiezione vettoriale H per asse z nei punti x 1, x 2(a sinistra e a destra del difetto), Gz (x) comunemente indicato come gradiente del campo magnetico.

Dipendenza Gz (x) mostrato nella Figura 44. Distanza Dx \u003d x 2 - x 1 tra i punti in cui vengono misurate le proiezioni vettoriali H per asse z, viene scelto tenendo conto delle dimensioni del campo randagio del difetto.

Come risulta dalla Figura 44, e questo è in buon accordo con la pratica, il valore del gradiente sul difetto è significativamente maggiore del suo valore sulle disomogeneità della parte metallica. Questo è ciò che consente di registrare in modo affidabile un difetto superando il valore di soglia del gradiente (Figura 44).

Scegliendo il valore di soglia richiesto è possibile ridurre gli errori di controllo ai valori minimi.

Figura 44 Linee di forza del campo magnetico del difetto e disomogeneità della parte metallica.

10.6 Metodo Ferrosonda

Il metodo fluxgate si basa sulla misurazione del gradiente di intensità del campo magnetico vagante creato da un difetto in un prodotto magnetizzato con un dispositivo fluxgate e sul confronto del risultato della misurazione con una soglia.

Al di fuori della parte controllata, c'è un certo campo magnetico che viene creato per magnetizzarla. L'uso di un rilevatore di difetti - gradiometro garantisce la selezione di un segnale causato da un difetto sullo sfondo di una componente piuttosto ampia dell'intensità del campo magnetico che cambia lentamente nello spazio.

Un rilevatore di difetti fluxgate utilizza un trasduttore che risponde alla componente del gradiente della componente normale dell'intensità del campo magnetico sulla superficie della parte. Il trasduttore rilevatore di difetti contiene due aste parallele realizzate in una speciale lega magnetica morbida. Durante l'ispezione, le aste sono perpendicolari alla superficie del pezzo, ad es. sono parallele alla componente normale dell'intensità del campo magnetico. Le aste hanno avvolgimenti identici attraverso i quali scorre una corrente alternata. Questi avvolgimenti sono collegati in serie. La corrente alternata crea componenti variabili dell'intensità del campo magnetico nelle aste. Queste componenti coincidono in grandezza e direzione. Inoltre, c'è una componente costante dell'intensità del campo magnetico della parte nella posizione di ciascuna asta. Valore Δx, che è contenuta nella formula (10.5), è uguale alla distanza tra gli assi delle aste ed è detta base del convertitore. La tensione di uscita del convertitore è determinata dalla differenza tra le tensioni alternate sugli avvolgimenti.

Posizioniamo il trasduttore rilevatore di difetti sulla sezione del pezzo senza difetto, dove i valori dell'intensità del campo magnetico nei punti x 1; x 2(vedi formula (10.5)) sono gli stessi. Ciò significa che il gradiente dell'intensità del campo magnetico zero. Quindi le stesse componenti costanti e variabili dell'intensità del campo magnetico agiranno su ciascuna asta del convertitore. Questi componenti rimagnetizzare ugualmente le aste, quindi le tensioni sugli avvolgimenti sono uguali tra loro. La differenza di tensione che definisce il segnale di uscita è zero. Pertanto, il trasduttore del rilevatore di difetti non risponde a un campo magnetico se non c'è gradiente.

Se il gradiente dell'intensità del campo magnetico non è uguale a zero, le barre saranno nello stesso campo magnetico alternato, ma le componenti costanti saranno diverse. Ogni stelo viene rimagnetizzato dalla corrente di avvolgimento alternata da uno stato ad induzione magnetica - In s a + In s Secondo la legge dell'induzione elettromagnetica, la tensione sull'avvolgimento può apparire solo quando cambia l'induzione magnetica. Pertanto, il periodo di oscillazione corrente alternata può essere suddiviso in intervalli quando l'asta è in saturazione e, quindi, la tensione sull'avvolgimento è zero, e in intervalli di tempo quando non c'è saturazione, il che significa che la tensione è diversa da zero. In quei periodi di tempo in cui entrambe le aste non sono magnetizzate a saturazione, sugli avvolgimenti compaiono le stesse tensioni. In questo momento, il segnale di uscita è zero. Lo stesso accadrà con la saturazione simultanea di entrambe le aste, quando non c'è tensione sugli avvolgimenti. La tensione di uscita appare quando un nucleo è in uno stato saturo e l'altro è in uno stato desaturato.

L'azione simultanea delle componenti costante e variabile dell'intensità del campo magnetico porta al fatto che ogni nucleo è in uno stato saturo per più di a lungo che nell'altro. Una saturazione più lunga corrisponde all'aggiunta delle componenti costanti e variabili dell'intensità del campo magnetico, a una più breve - sottrazione. La differenza tra intervalli di tempo che corrispondono ai valori di induzione magnetica + In s e - In s, dipende dall'intensità del campo magnetico costante. Considera lo stato con induzione magnetica + In s su due aste trasduttore. Diversi valori dell'intensità del campo magnetico nei punti x 1 e x 2 corrisponderà ad una diversa durata degli intervalli di saturazione magnetica delle aste. Maggiore è la differenza tra questi valori dell'intensità del campo magnetico, più gli intervalli di tempo differiscono. Durante quei periodi di tempo in cui un'asta è satura e l'altra è insatura, si verifica la tensione di uscita del convertitore. Questa tensione dipende dal gradiente di intensità del campo magnetico.

Campo magnetico, che cos'è? - un tipo speciale di materia;
Dove esiste? - in movimento cariche elettriche(anche intorno a un conduttore con corrente)
Come scoprire? - mediante ago magnetico (o limatura di ferro) o mediante la sua azione su un conduttore percorso da corrente.

L'esperienza di Oersted:

L'ago magnetico gira se l'elettricità inizia a fluire attraverso il conduttore. attuale, perché Un campo magnetico si forma attorno a un conduttore percorso da corrente.

Interazione di due conduttori con la corrente:

Ogni conduttore che trasporta corrente ha il proprio campo magnetico attorno a sé, che agisce con una certa forza sul conduttore adiacente.

A seconda della direzione delle correnti, i conduttori possono attrarsi o respingersi a vicenda.

ricorda il passato anno accademico:

LINEE MAGNETICHE (o comunque linee di induzione magnetica)

Come rappresentare un campo magnetico? - con l'ausilio di linee magnetiche;
Linee magnetiche, cos'è questo?

Queste sono linee immaginarie lungo le quali gli aghi magnetici sono posti in un campo magnetico. Le linee magnetiche possono essere tracciate attraverso qualsiasi punto del campo magnetico, hanno una direzione e sono sempre chiuse.

Ripensa allo scorso anno scolastico:

CAMPO MAGNETICO NON OMOGENEO

Caratteristiche di un campo magnetico disomogeneo: le linee magnetiche sono curve; la densità delle linee magnetiche è diversa; la forza con cui il campo magnetico agisce sull'ago magnetico è diversa in diversi punti di questo campo per intensità e direzione.

Dove esiste un campo magnetico disomogeneo?

Intorno a un conduttore rettilineo percorso da corrente;

Intorno alla barra magnetica;

Intorno al solenoide (bobine con corrente).

CAMPO MAGNETICO OMOGENEO

Caratteristiche di un campo magnetico omogeneo: le linee magnetiche sono rette parallele, la densità delle linee magnetiche è la stessa ovunque; la forza con cui il campo magnetico agisce sull'ago magnetico è la stessa in tutti i punti di questo campo nella direzione della grandezza.

Dove esiste un campo magnetico uniforme?
- all'interno della barra magnetica e all'interno del solenoide, se la sua lunghezza è molto maggiore del diametro.

INTERESSANTE

La capacità del ferro e delle sue leghe di essere fortemente magnetizzato scompare quando viene riscaldato ad una temperatura elevata. Il ferro puro perde questa capacità se riscaldato a 767 ° C.

Magneti potenti, utilizzato in molti prodotti moderni, può influire sulle prestazioni di pacemaker e dispositivi cardiaci impiantati nei pazienti cardiopatici. I normali magneti in ferro o ferrite, che si distinguono facilmente per la loro colorazione grigio opaco, hanno poca forza e sono di poca importanza.
Tuttavia, recentemente ci sono stati molto magneti potenti- di colore argento brillante e rappresentante una lega di neodimio, ferro e boro. Il campo magnetico che creano è molto forte, motivo per cui sono ampiamente utilizzati nei dischi dei computer, nelle cuffie e negli altoparlanti, nonché nei giocattoli, nei gioielli e persino nei vestiti.

Una volta sulle strade della città principale di Maiorca, apparve la nave militare francese "La Rolain". Le sue condizioni erano così miserevoli che la nave raggiunse a malapena l'ormeggio da sola.Quando scienziati francesi, tra cui il ventiduenne Arago, salirono a bordo della nave, si scoprì che la nave era stata distrutta da un fulmine. Mentre la commissione ispezionava la nave, scuotendo la testa alla vista degli alberi e delle sovrastrutture bruciati, Arago si affrettò verso le bussole e vide cosa si aspettava: gli aghi della bussola puntavano in direzioni diverse...

Un anno dopo, scavando tra i resti di una nave genovese precipitata nei pressi di Algeri, Arago scoprì che gli aghi della bussola si erano smagnetizzati. La nave si stava dirigendo a sud verso gli scogli, ingannata da una bussola magnetica fulminante.

V.Kartsev. Magnete per tre millenni.

La bussola magnetica è stata inventata in Cina.
Già 4.000 anni fa, i caravanisti portavano con sé vaso di terracotta e "si è preso cura di lui sulla strada più di tutti i tuoi carichi costosi". In esso, sulla superficie del liquido su un galleggiante di legno, adagiate una pietra che ama il ferro. Poteva voltarsi e, in ogni momento, indicava i viandanti in direzione del sud, che, in assenza del sole, li aiutava ad andare ai pozzi.
All'inizio della nostra era, i cinesi impararono a creare magneti artificiali magnetizzando un ago di ferro.
E solo mille anni dopo, gli europei iniziarono a usare un ago magnetizzato della bussola.

IL CAMPO MAGNETICO DELLA TERRA

La terra è un grande magnete permanente.
Il Polo Sud Magnetico, sebbene si trovi, per gli standard terrestri, vicino al Polo Nord Geografico, sono comunque separati da circa 2000 km.
Ci sono territori sulla superficie della Terra in cui il proprio campo magnetico è fortemente distorto dal campo magnetico dei minerali di ferro che si verificano a una profondità ridotta. Uno di questi territori è l'anomalia magnetica di Kursk situata nella regione di Kursk.

L'induzione magnetica del campo magnetico terrestre è solo di circa 0,0004 Tesla.
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Il campo magnetico terrestre è influenzato dall'aumento dell'attività solare. Circa una volta ogni 11,5 anni, aumenta così tanto che la comunicazione radio viene interrotta, il benessere di persone e animali peggiora e gli aghi della bussola iniziano a "danzare" in modo imprevedibile da un lato all'altro. In questo caso, dicono che sta arrivando una tempesta magnetica. Di solito dura da alcune ore a diversi giorni.

Il campo magnetico terrestre cambia di volta in volta il suo orientamento, facendo sia fluttuazioni secolari (della durata di 5–10 mila anni) sia riorientandosi completamente, cioè inversione dei poli magnetici (2-3 volte per milione di anni). Ciò è indicato dal campo magnetico di epoche lontane "congelate" nelle rocce sedimentarie e vulcaniche. Il comportamento del campo geomagnetico non può essere definito caotico, obbedisce a una sorta di "programma".

La direzione e l'intensità del campo geomagnetico sono determinate dai processi che avvengono nel nucleo terrestre. Il tempo caratteristico dell'inversione di polarità, determinato dal nucleo solido interno, va da 3 a 5 mila anni, e determinato dal nucleo liquido esterno, è di circa 500 anni. Questi tempi possono spiegare la dinamica osservata del campo geomagnetico. Modellazione al computer tenendo conto di vari processi intraterrestri, ha mostrato la possibilità di un'inversione di polarità del campo magnetico in circa 5 mila anni.

SI CONCENTRA CON I MAGNETI

Il "tempio degli incantesimi, o il gabinetto meccanico, ottico e fisico del signor Gamuletsky de Coll" del famoso illusionista russo Gamuletsky, che esisteva fino al 1842, divenne famoso, tra l'altro, per il fatto che i visitatori salivano le scale decorate con candelabri e tappezzati di tappeti si potevano ancora notare da lontano piattaforma superiore scale, una figura dorata di un angelo, realizzata a naturale crescita umana, che si librava in posizione orizzontale sopra la porta dell'ufficio senza essere sospesa o sorretta. Tutti potevano assicurarsi che la figura non avesse alcun supporto. Quando i visitatori sono entrati nella piattaforma, l'angelo ha alzato la mano, ha portato il corno alla bocca e lo ha suonato, muovendo le dita nel modo più naturale. Per dieci anni, ha detto Gamuletsky, ho lavorato per trovare il punto e il peso del magnete e del ferro per mantenere l'angelo in aria. Oltre al lavoro, ho usato molti soldi per questo miracolo.

Nel medioevo i cosiddetti "pesci obbedienti", di legno, erano un numero illusorio molto comune. Nuotarono nella piscina e obbedirono al minimo gesto della mano del mago, che li faceva muovere in tutte le direzioni. Il segreto del trucco era estremamente semplice: nella manica del mago veniva nascosta una calamita e nelle teste dei pesci venivano inseriti dei pezzi di ferro.
Più vicino a noi nel tempo ci furono le manipolazioni dell'inglese Jonas. Il suo numero di firma: Jonas ha invitato alcuni spettatori a mettere l'orologio sul tavolo, dopodiché, senza toccare l'orologio, ha cambiato arbitrariamente la posizione delle lancette.
La moderna forma di realizzazione di tale idea sono le frizioni elettromagnetiche, ben note agli elettricisti, con l'aiuto delle quali è possibile ruotare dispositivi separati dal motore da una sorta di ostacolo, ad esempio un muro.

A metà degli anni '80 del 19° secolo, circolava una voce sull'elefante scienziato, che poteva non solo aggiungere e sottrarre, ma anche moltiplicare, dividere ed estrarre radici. Ciò è stato fatto nel modo seguente. L'addestratore, ad esempio, ha chiesto all'elefante: "Quanto fa sette otto?" C'era una tavola con i numeri davanti all'elefante. Dopo la domanda, l'elefante ha preso il puntatore e ha mostrato con sicurezza il numero 56. Allo stesso modo, sono state eseguite la divisione e l'estrazione. radice quadrata. Il trucco era abbastanza semplice: c'era un piccolo elettromagnete nascosto sotto ogni numero sul tabellone. Quando all'elefante è stata posta una domanda, è stata applicata una corrente all'avvolgimento di un magnete situato che significava la risposta corretta. La punta di ferro nella proboscide dell'elefante era essa stessa attratta dal numero corretto. La risposta è arrivata automaticamente. Nonostante la semplicità di questo allenamento, il segreto del trucco a lungo non riuscivo a capirlo e il "dotto elefante" è stato un enorme successo.