Kas yra magnetinio lauko linijos. Magnetinis laukas

Be abejonės, jėgos linijos magnetinis laukas dabar yra visiems žinomi. Bent jau mokykloje jų pasireiškimas demonstruojamas fizikos pamokose. Pamenate, kaip mokytojas po popieriaus lapu padėjo nuolatinį magnetą (ar net du, derinančius jų polių orientaciją), o ant jo išpylė darbo mokymo kambaryje paimtas metalines drožles? Visiškai aišku, kad metalą reikėjo laikyti ant lakšto, tačiau buvo pastebėtas kažkas keisto – aiškiai nubrėžtos linijos, išilgai kurių rikiavosi pjuvenos. Atkreipkite dėmesį – ne tolygiai, o dryžiais. Tai yra magnetinio lauko linijos. O tiksliau – jų pasireiškimas. Kas tada atsitiko ir kaip tai paaiškinti?

Pradėkime nuo toli. Kartu su mumis fiziniame pasaulyje matomasis egzistuoja kartu ypatinga rūšis materija – magnetinis laukas. Tai užtikrina judėjimo sąveiką elementariosios dalelės arba didesni kūnai, turintys elektros krūvį arba natūralų elektros krūvį ir yra ne tik tarpusavyje susiję, bet dažnai patys generuojasi. Pavyzdžiui, vielos nešimas elektros aplink save sukuria magnetinį lauką. Taip pat yra atvirkščiai: kintamų magnetinių laukų veikimas uždaroje laidžioje grandinėje sukuria krūvininkų judėjimą joje. Pastaroji savybė naudojama generatoriuose, kurie tiekia elektros energiją visiems vartotojams. Ryškus elektromagnetinių laukų pavyzdys yra šviesa.

Magnetinio lauko jėgos linijos aplink laidininką sukasi arba, kas taip pat tiesa, pasižymi nukreiptu magnetinės indukcijos vektoriumi. Sukimosi kryptis nustatoma pagal stulpelio taisyklę. Nurodytos linijos yra sutartinės, nes laukas tolygiai plinta visomis kryptimis. Reikalas tas, kad jį galima pavaizduoti kaip begalinį skaičių eilučių, kai kurios iš jų turi ryškesnę įtampą. Štai kodėl kai kurios "linijos" yra aiškiai atsektos ir pjuvenos. Įdomu tai, kad magnetinio lauko jėgos linijos niekada nenutrūksta, todėl vienareikšmiškai pasakyti, kur pradžia, o kur pabaiga, neįmanoma.

Nuolatinio magneto (ar panašaus elektromagneto) atveju visada yra du poliai, kuriuos gavo sutartiniai pavadinimaiŠiaurė ir Pietūs. Šiuo atveju minimos linijos yra žiedai ir ovalai, jungiantys abu polius. Kartais tai apibūdinama sąveikaujančių monopolių terminais, tačiau tada iškyla prieštaravimas, pagal kurį monopolių negalima atskirti. Tai reiškia, kad bet koks bandymas padalyti magnetą sukels keletą bipolinių dalių.

Labai domina jėgos linijų savybės. Jau kalbėjome apie tęstinumą, tačiau galimybė laidininke sukurti elektros srovę yra praktiška. To prasmė yra tokia: jei laidžiąją grandinę kerta linijos (arba pats laidininkas juda magnetiniame lauke), tada išorinėse medžiagos atomų orbitose esantiems elektronams suteikiama papildoma energija, leidžianti jiems. pradėti savarankišką kryptingą judėjimą. Galima sakyti, kad magnetinis laukas tarsi „išmuša“ įkrautas daleles iš kristalinė gardelė. Šis reiškinys buvo pavadintas elektromagnetinė indukcija ir šiuo metu yra pagrindinis būdas gauti pirminį elektros energija. Jį eksperimentiškai atrado anglų fizikas Michaelas Faradėjus 1831 m.

Magnetiniai laukai pradėti tyrinėti dar 1269 m., kai P. Peregrine'as atrado sferinio magneto sąveiką su plieninėmis adatomis. Beveik po 300 metų W. G. Colchesteris užsiminė, kad jis pats yra didžiulis magnetas su dviem poliais. Toliau magnetiniai reiškiniai studijavo tokie garsūs mokslininkai kaip Lorentz, Maxwell, Ampère, Einstein ir kt.

> Magnetinio lauko linijos

Kaip nustatyti magnetinio lauko linijos: magnetinio lauko linijų stiprumo ir krypties diagrama, naudojant kompasą magnetiniams poliams nustatyti, brėžinys.

Magnetinio lauko linijos naudinga vizualiai parodyti magnetinio lauko stiprumą ir kryptį.

Mokymosi užduotis

• Koreliuokite magnetinio lauko stiprumą su magnetinio lauko linijų tankiu.

Pagrindiniai klausimai

• Magnetinio lauko kryptis rodo, kad kompaso rodyklės liečia magnetinio lauko linijas bet kuriame nurodytame taške.
• B lauko stiprumas yra atvirkščiai proporcingas atstumui tarp linijų. Jis taip pat tiksliai proporcingas eilučių skaičiui ploto vienete. Viena linija niekada nekerta kitos.
• Magnetinis laukas yra unikalus kiekviename erdvės taške.
• Linijos nenutrūksta ir sukuria uždaras kilpas.
• Linijos driekiasi nuo šiaurės iki pietų ašigalio.

Sąlygos

• Magnetinio lauko linijos yra grafinis magnetinio lauko dydžio ir krypties vaizdas.
• B laukas yra magnetinio lauko sinonimas.

Magnetinio lauko linijos

Teigiama, kad vaikystėje Albertas Einšteinas mėgo žiūrėti į kompasą ir galvoti apie tai, kaip adata jaučia jėgą be tiesioginio fizinio kontakto. Gilus mąstymas ir rimtas susidomėjimas lėmė tai, kad vaikas užaugo ir sukūrė savo revoliucinę reliatyvumo teoriją.

Kadangi magnetinės jėgos veikia atstumus, apskaičiuojame magnetinius laukus, kad atspindėtų šias jėgas. Linijinė grafika yra naudinga vizualizuojant magnetinio lauko stiprumą ir kryptį. Linijų pailgėjimas rodo kompaso rodyklės orientaciją į šiaurę. Magnetinis laukas vadinamas B lauku.

(a) – jei magnetiniam laukui aplink strypo magnetą palyginti naudojamas mažas kompasas, jis parodys teisinga kryptis nuo šiaurės ašigalio į pietus. (b) - Pridėjus rodykles sukuriama ištisinės linijos magnetinis laukas. Stiprumas proporcingas linijų artumui. (c) - Jei galite ištirti magneto vidų, linijos bus rodomos uždarų kilpų pavidalu

Nėra nieko sudėtingo suderinti objekto magnetinį lauką. Pirmiausia apskaičiuokite magnetinio lauko stiprumą ir kryptį keliose vietose. Pažymėkite šiuos taškus vektoriais, nukreiptais į vietinio magnetinio lauko kryptį, kurios dydis proporcingas jo stiprumui. Galite derinti rodykles ir sudaryti magnetinio lauko linijas. Kryptis bet kuriame taške bus lygiagreti artimiausių lauko linijų krypčiai, o vietinis tankis gali būti proporcingas stiprumui.

Magnetinio lauko linijos yra tarsi kontūrinės linijos topografiniuose žemėlapiuose, nes jos rodo kažką ištisinio. Daugelis magnetizmo dėsnių gali būti suformuluoti paprastais žodžiais, pavyzdžiui, lauko linijų skaičius per paviršių.

Magnetinio lauko linijų kryptis, pavaizduota geležies drožlių išlygiavimu ant popieriaus, esančio virš strypo magneto

Įvairūs reiškiniai turi įtakos linijų rodymui. Pavyzdžiui, geležies drožlės ant magnetinio lauko linijos sukuria linijas, atitinkančias magnetines. Jie taip pat vizualiai rodomi aurorose.

Mažas kompasas, išsiųstas į lauką, yra lygiagrečiai lauko linijai, o šiaurinis ašigalis nukreiptas į B.

Miniatiūriniai kompasai gali būti naudojami laukams rodyti. (a) - Apvalios srovės grandinės magnetinis laukas panašus į magnetinį. (b) - Ilgas ir tiesus laidas sudaro lauką su magnetinio lauko linijomis, sukuriančiomis apskritas kilpas. (c) – kai viela yra popieriaus plokštumoje, laukas atrodo statmenas popieriui. Atkreipkite dėmesį, kurie simboliai naudojami į vidų ir į išorę nukreiptam langeliui

Išsamus magnetinių laukų tyrimas padėjo nustatyti keletą svarbių taisyklių:

• Magnetinio lauko kryptis paliečia lauko liniją bet kuriame erdvės taške.
• Lauko stiprumas yra proporcingas linijos artumui. Jis taip pat tiksliai proporcingas eilučių skaičiui ploto vienete.
• Magnetinio lauko linijos niekada nesusiduria, o tai reiškia, kad bet kuriame erdvės taške magnetinis laukas bus unikalus.
• Linijos išlieka ištisinės ir eina iš šiaurės į pietų ašigalį.

Paskutinė taisyklė pagrįsta tuo, kad polių negalima atskirti. Ir tai skiriasi nuo eilučių elektrinis laukas, kuriame pabaiga ir pradžia pažymėti teigiamais ir neigiamais krūviais.

MAGNETINIS LAUKAS. FERROPROBO VALDYMO PAGRINDAI

Mes gyvename žemės magnetiniame lauke. Magnetinio lauko pasireiškimas yra tas, kad magnetinio kompaso adata nuolat rodo kryptį į šiaurę. tą patį rezultatą galima gauti įdėjus magnetinio kompaso adatą tarp nuolatinio magneto polių (34 pav.).

34 pav. – Magnetinės adatos padėtis šalia magneto polių

Paprastai vienas iš magneto polių (pietinis) žymimas raide S, kita - (šiaurinė) - raidė N. 34 paveiksle parodytos dvi magnetinės adatos padėtys. Kiekvienoje padėtyje traukiami priešingi rodyklės ir magneto poliai. Todėl kompaso rodyklės kryptis pasikeitė vos pajudinus ją iš padėties 1 į padėtį 2 . Magneto traukos ir rodyklės posūkio priežastis yra magnetinis laukas. Pasukus rodyklę, kai ji juda aukštyn ir į dešinę, rodoma magnetinio lauko kryptis skirtingus taškus erdvė nelieka nepakitusi.

35 paveiksle parodytas eksperimento su magnetiniais milteliais, pabarstytais ant storo popieriaus lapo, esančio virš magneto polių, rezultatas. Galima pastebėti, kad miltelių dalelės sudaro linijas.

Miltelių dalelės, patekusios į magnetinį lauką, įmagnetinamos. Kiekviena dalelė turi šiaurinį ir pietinį ašigalį. Netoliese esančios miltelių dalelės ne tik sukasi magneto lauke, bet ir prilimpa viena prie kitos, išsirikiuodamos į linijas. Šios linijos vadinamos magnetinio lauko linijomis.

35 pav. Magnetinių miltelių dalelių išdėstymas ant popieriaus lapo, esančio virš magneto polių

Įdėję magnetinę adatą šalia tokios linijos, galite pamatyti, kad rodyklė yra liestinėje. skaičiais 1 , 2 , 3 35 paveiksle parodyta magnetinės adatos orientacija atitinkamuose taškuose. Netoli polių magnetinių miltelių tankis yra didesnis nei kituose lapo taškuose. Tai reiškia, kad ten esančio magnetinio lauko dydis turi didžiausią reikšmę. Taigi magnetinis laukas kiekviename taške nustatomas pagal magnetinį lauką apibūdinančio dydžio reikšmę ir jo kryptį. Tokie dydžiai vadinami vektoriais.

Plieninę dalį pastatykime tarp magneto polių (36 pav.). Lauko linijų kryptis dalyje rodoma rodyklėmis. Dalyje atsiras ir magnetinio lauko linijų, tik jų bus daug daugiau nei ore.

36 pav. Paprastos formos detalės įmagnetinimas

Faktas yra tas, kad plieninėje dalyje yra geležies, susidedančios iš mikromagnetų, kurie vadinami domenais. Įmagnetinančio lauko pritaikymas detalėms lemia tai, kad jos pradeda orientuotis šio lauko kryptimi ir ją daug kartų sustiprina. Matyti, kad jėgos linijos dalyje lygiagrečios viena kitai, o magnetinis laukas pastovus. Magnetinis laukas, kuriam būdingos lygiagrečios vienodo tankio jėgos linijos, vadinamas vienalyčiu.

10.2 Magnetiniai kiekiai

Svarbiausias fizikinis dydis, apibūdinantis magnetinį lauką, yra magnetinės indukcijos vektorius, kuris paprastai yra žymimas AT. Kiekvienam fiziniam kiekiui įprasta nurodyti jo matmenis. Taigi srovės stiprumo vienetas yra amperas (A), magnetinės indukcijos vienetas yra Tesla (Tl). Magnetinė indukcija įmagnetintose dalyse paprastai yra nuo 0,1 iki 2,0 T.

Magnetinė adata, įdėta į vienodą magnetinį lauką, suksis. Jėgų, sukančių jį aplink savo ašį, momentas yra proporcingas magnetinei indukcijai. Magnetinė indukcija taip pat apibūdina medžiagos įmagnetinimo laipsnį. Jėgos linijos, parodytos 34, 35 paveiksluose, apibūdina magnetinės indukcijos pokytį ore ir medžiagoje (detaliau).

Magnetinė indukcija nustato magnetinį lauką kiekviename erdvės taške. Norint apibūdinti magnetinį lauką ant kurio nors paviršiaus (pavyzdžiui, plokštumoje). skerspjūvis detales), naudojamas kitas fizinis kiekis, kuris vadinamas magnetiniu srautu ir žymimas Φ.

Tolygiai įmagnetintą dalį (36 pav.) apibūdiname magnetinės indukcijos reikšme AT, dalies skerspjūvio plotas lygus S, tada magnetinis srautas nustatomas pagal formulę:

Vienetas magnetinis srautas- Weberis (Wb).

Apsvarstykite pavyzdį. Magnetinė indukcija dalyje 0,2 T, skerspjūvio plotas 0,01 m 2. Tada magnetinis srautas yra 0,002 Wb.

Pastatykime ilgą cilindrinį geležinį strypą į vienodą magnetinį lauką. Tegul strypo simetrijos ašis sutampa su jėgos linijų kryptimi. Tada strypas bus įmagnetintas beveik visur vienodai. Magnetinė indukcija strype bus daug didesnė nei ore. Magnetinės indukcijos medžiagoje santykis B m magnetinei indukcijai ore in vadinamas magnetiniu pralaidumu:

μ = B m / B in. (10.2)

Magnetinis pralaidumas yra bematis dydis. Įvairių rūšių plieno magnetinis pralaidumas svyruoja nuo 200 iki 5000.

Magnetinė indukcija priklauso nuo medžiagos savybių, o tai apsunkina techninius magnetinių procesų skaičiavimus. Todėl buvo įvestas pagalbinis kiekis, kuris nuo to nepriklauso magnetines savybes medžiaga. Jis vadinamas magnetinio lauko vektoriumi ir žymimas H. Magnetinio lauko stiprumo vienetas yra amperas/metras (A/m). Atliekant neardomąjį magnetinį detalių bandymą, magnetinio lauko stipris svyruoja nuo 100 iki 100 000 A/m.

Tarp magnetinės indukcijos in ir magnetinio lauko stiprumą H ore yra paprastas santykis:

В в = μ 0 H, (10.3)

kur μ 0 = 4π 10 –7 Henris/metras – magnetinė konstanta.

Magnetinio lauko stiprumas ir magnetinė indukcija medžiagoje yra susiję su ryšiu:

B = μμ 0 H (10,4)

Magnetinio lauko stiprumas H - vektorius. Atliekant fluxgate testavimą, reikia nustatyti šio vektoriaus komponentus detalės paviršiuje. Šiuos komponentus galima nustatyti naudojant 37 pav. Čia detalės paviršius imamas kaip plokštuma xy, ašis z statmenai šiai plokštumai.

1.4 pav. iš vektoriaus viršaus H nukrito statmenai plokštumai x,y. Nuo koordinačių pradžios iki statmens ir plokštumos susikirtimo taško nubrėžiamas vektorius H  kuris vadinamas tangentiniu vektoriaus magnetinio lauko stiprio komponentu H . Statmenų numetimas iš vektoriaus viršūnės H ant ašies x ir y, apibrėžkite projekcijas H x ir h m vektorius H. Projekcija H vienai ašiai z vadinamas normaliu magnetinio lauko stiprumo komponentu H n . Atliekant magnetinį bandymą, dažniausiai matuojami tangentiniai ir normalieji magnetinio lauko stiprumo komponentai.

37 pav. Magnetinio lauko vektorius ir jo projekcija detalės paviršiuje

10.3 Įmagnetinimo kreivė ir histerezės kilpa

Panagrinėkime iš pradžių išmagnetintos feromagnetinės medžiagos magnetinės indukcijos pokytį laipsniškai didėjant išorinio magnetinio lauko stiprumui. Šią priklausomybę atspindintis grafikas parodytas 38 paveiksle ir vadinamas pradine įmagnetinimo kreive. Silpnų magnetinių laukų srityje šios kreivės nuolydis yra palyginti mažas, o tada jis pradeda didėti, pasiekdamas maksimalią vertę. Esant dar didesnėms magnetinio lauko stiprumo vertėms, nuolydis sumažėja taip, kad didėjant laukui magnetinės indukcijos pokytis tampa nereikšmingas - atsiranda magnetinis prisotinimas, kuriam būdinga vertė B S. 39 paveiksle parodyta magnetinio pralaidumo priklausomybė nuo magnetinio lauko stiprumo. Šią priklausomybę apibūdina dvi reikšmės: pradinis μ n ir didžiausias μ m magnetinis pralaidumas. Stiprių magnetinių laukų srityje pralaidumas mažėja didėjant laukui. Toliau didėjant išoriniam magnetiniam laukui, pavyzdžio įmagnetinimas praktiškai nekinta, o magnetinė indukcija auga tik dėl išorinio lauko. .

38 pav. Pradinės įmagnetinimo kreivė

39 pav. Pralaidumo priklausomybė nuo magnetinio lauko stiprumo

Magnetinio prisotinimo indukcija B S daugiausia priklauso nuo cheminė sudėtis medžiaga, o konstrukciniam ir elektriniam plienui yra 1,6-2,1 T. Magnetinis pralaidumas priklauso ne tik nuo cheminės sudėties, bet ir nuo terminio bei mechaninio apdorojimo.

.

40 pav. Ribinės (1) ir dalinės (2) histerezės kilpos

Pagal koercinės jėgos dydį magnetinės medžiagos skirstomos į minkštąsias magnetines (H c< 5 000 А/м) и магнитотвердые (H c >5 000 A/m).

Minkštoms magnetinėms medžiagoms prisotinti reikalingi palyginti nedideli laukai. Kietas magnetines medžiagas sunku įmagnetinti ir pakartotinai įmagnetinti.

Dauguma konstrukcinių plienų yra minkštos magnetinės medžiagos. Dėl elektrinis plienas ir specialių lydinių, prievartos jėga yra 1-100 A / m, konstrukciniams plienams - ne daugiau kaip 5 000 A / m. Prijungtuose įrenginiuose su nuolatiniai magnetai naudojamos kietos magnetinės medžiagos.

Keičiant įmagnetinimą, medžiaga vėl prisotinama, tačiau indukcijos reikšmė skiriasi (– B S) atitinkantis neigiamą magnetinio lauko stiprumą. Vėliau padidėjus magnetinio lauko stiprumui link teigiamų verčių, indukcija pasikeis išilgai kitos kreivės, vadinamos kylančia kilpos šaka. Abi šakos: besileidžiančios ir kylančios, sudaro uždarą kreivę, vadinamą ribine magnetine histerezės kilpa. Ribinė kilpa yra simetriškos formos ir atitinka maksimalią magnetinės indukcijos vertę B S. Simetriškai pasikeitus magnetinio lauko stiprumui mažesnėse ribose, indukcija pasikeis išilgai naujos kilpos. Ši kilpa yra visiškai ribinės kilpos viduje ir vadinama simetriška daline kilpa (40 pav.).

Ribuojančios magnetinės histerezės kilpos parametrai vaidina svarbų vaidmenį reguliuojant srauto sklendę. Esant didelėms liekamosios indukcijos ir prievartos jėgos vertėms, galima valdyti iš anksto įmagnetinant detalės medžiagą iki soties, o po to išjungiant lauko šaltinį. Defektams aptikti pakaks detalės įmagnetinimo.

Tuo pačiu metu histerezės reiškinys lemia poreikį kontroliuoti magnetinę būseną. Jei nėra išmagnetinimo, detalės medžiaga gali būti tokioje būsenoje, kuri atitinka indukciją - B r . Tada, pavyzdžiui, įjungus teigiamo poliškumo magnetinį lauką, lygų Hc, jūs netgi galite išmagnetinti dalį, nors mes turime ją įmagnetinti.

Svarba taip pat turi magnetinį pralaidumą. Daugiau μ , tuo mažesnė reikiama magnetinio lauko stiprio reikšmė detalei įmagnetinti. Taigi Techninės specifikacijosĮmagnetinimo įtaisas turi atitikti bandomojo objekto magnetinius parametrus.

10.4 Magnetinis klaidinantis defektų laukas

Sugedusios dalies magnetinis laukas turi savo ypatybes. Paimkite įmagnetintą plieninį žiedą (dalį) su siauru tarpu. Šis tarpas gali būti laikomas dalies defektu. Jei uždensite žiedą popieriaus lapu, užpildytu magnetiniais milteliais, pamatysite vaizdą, panašų į tą, kuris parodytas 35 paveiksle. Popieriaus lapas yra žiedo išorėje, o miltelių dalelės išsirikiuoja išilgai tam tikrų linijų. Taigi magnetinio lauko jėgos linijos iš dalies praeina už detalės ribų, teka aplink defektą. Ši magnetinio lauko dalis vadinama defektiniu klajojančiu lauku.

41 paveiksle pavaizduotas ilgas dalies įtrūkimas, esantis statmenai magnetinio lauko linijoms, ir lauko linijų raštas šalia defekto.

41 paveikslas Aplink paviršiaus įtrūkimą jėgos linijomis

Matyti, kad magnetinio lauko linijos teka aplink plyšį detalės viduje ir išorėje. Klaidžiojo magnetinio lauko susidarymą dėl požeminio defekto galima paaiškinti naudojant 42 paveikslą, kuriame parodyta įmagnetintos dalies pjūvis. Magnetinės indukcijos lauko linijos nurodo vieną iš trijų skerspjūvio pjūvių: virš defekto, defekto zonoje ir po defektu. Magnetinės indukcijos ir skerspjūvio ploto sandauga lemia magnetinį srautą. Bendrojo magnetinio srauto komponentai šiose srityse žymimi kaip Φ 1 ,.., Magnetinio srauto dalis F 2, tekės virš ir po atkarpa S2. Todėl magnetiniai srautai skerspjūviuose S1 ir S3 bus didesnis nei be defektų. Tą patį galima pasakyti ir apie magnetinę indukciją. Kitas svarbus magnetinės indukcijos jėgos linijų bruožas yra jų kreivumas virš ir žemiau defekto. Dėl to kai kurios jėgos linijos išeina iš dalies, sukurdamos magnetinį klaidinantį defekto lauką.

3 .

42 pav. Paviršiaus defekto klaidinamasis laukas

Klaidžiojantį magnetinį lauką galima kiekybiškai įvertinti pagal magnetinį srautą, išeinantį iš dalies, kuris vadinamas kintamuoju srautu. Nuotėkio magnetinis srautas yra didesnis, tuo didesnis magnetinis srautas Φ2 skyriuje S2. Skerspjūvio plotas S2 proporcingas kampo  kosinusui , parodyta 42 paveiksle. Esant  = 90° šis plotas lygus nuliui, esant  =0° tai svarbiausia.

Taigi, norint aptikti defektus, reikia, kad magnetinės indukcijos jėgos linijos detalės valdymo zonoje būtų statmenos tariamo defekto plokštumai.

Magnetinio srauto pasiskirstymas per defektinės dalies atkarpą yra panašus į vandens srauto pasiskirstymą kanale su užtvara. Bangos aukštis visiškai panirusios užtvaros zonoje bus tuo didesnis, kuo užtvaros ketera yra arčiau vandens paviršiaus. Panašiai lengviau aptikti požeminį detalės defektą, kuo mažesnis jo atsiradimo gylis.

10.5 Defektų aptikimas

Defektams aptikti reikalingas prietaisas, leidžiantis nustatyti defektinio lauko charakteristikas. Šį magnetinį lauką galima nustatyti pagal komponentus H x, H y, H z.

Tačiau klaidžiojančius laukus gali lemti ne tik defektas, bet ir kiti veiksniai: metalo struktūrinis nehomogeniškumas, staigus skerspjūvio pokytis (detaliau sudėtinga forma), apdirbimas, smūgiai, paviršiaus šiurkštumas ir kt. Todėl net vienos projekcijos priklausomybės analizė (pvz. hz) iš erdvinės koordinatės ( x arba y) gali būti sudėtinga užduotis.

Apsvarstykite klaidinantį magnetinį lauką šalia defekto (43 pav.). Čia parodytas idealizuotas be galo ilgas įtrūkimas lygiais kraštais. Jis yra pailgas išilgai ašies y, kuri figūroje nukreipta į mus. Skaičiai 1, 2, 3, 4 rodo, kaip kinta magnetinio lauko stiprumo vektoriaus dydis ir kryptis artėjant prie plyšio iš kairės.

43 pav. Klaidžiojantis magnetinis laukas šalia defekto

Magnetinis laukas matuojamas tam tikru atstumu nuo detalės paviršiaus. Trajektorija, pagal kurią atliekami matavimai, rodoma punktyrine linija. Panašiai (arba naudoti paveikslo simetriją) galima sukonstruoti vektorių, esančių įtrūkimo dešinėje, dydžius ir kryptis. Klaidžiojo lauko paveikslėlio dešinėje – vektoriaus erdvinės padėties pavyzdys H ir du jo komponentai H x ir hz . Projekcijų priklausomybės grafikai H x ir hz nuklydę laukai nuo koordinatės x nurodyta apačioje.

Atrodytų, kad ieškant ekstremumo H x arba nulio H z , galima rasti defektą. Tačiau, kaip minėta aukščiau, klaidžiojantys laukai susidaro ne tik dėl defektų, bet ir dėl metalo struktūrinių nehomogeniškumo, mechaninių poveikių pėdsakų ir kt.

Panagrinėkime supaprastintą nepaprastų laukų formavimo paveikslą paprastoje dalyje (44 pav.), panašų į 41 pav., ir projekcijų priklausomybių grafikus. H z , H x nuo koordinatės x(defektas yra pailgas išilgai ašies y).

Priklausomybių grafikai H x ir hz iš x labai sunku aptikti defektą, nes ekstremalios vertės H x ir hz per defektą ir nehomogeniškumą yra palyginami.

Išeitis buvo rasta, kai buvo nustatyta, kad defekto srityje Maksimalus greitis vienos koordinatės magnetinio lauko stiprumo pokytis (statumas) yra didesnis nei kitų maksimumų.

44 paveiksle parodyta, kad didžiausias grafiko nuolydis H z (x) tarp taškų x 1 ir x2(t.y. defektų zonoje) yra daug didesnis nei kitose vietose.

Taigi prietaisas turėtų matuoti ne lauko stiprumo projekciją, o jo kitimo „greitį“, t.y. projekcijos skirtumo dviejuose gretimuose taškuose virš detalės paviršiaus ir atstumo tarp šių taškų santykis:

(10.5)

kur H z (x 1), H z (x 2)- vektorinės projekcijos reikšmės H vienai ašiai z taškuose x 1, x 2(į kairę ir į dešinę nuo defekto), Gz(x) paprastai vadinamas magnetinio lauko gradientu.

Priklausomybė Gz(x) parodyta 44 paveiksle. Atstumas Dx \u003d x 2 - x 1 tarp taškų, kuriuose matuojamos vektorinės projekcijos H vienai ašiai z, parenkamas atsižvelgiant į defekto paklydimo lauko matmenis.

Kaip matyti iš 44 paveikslo, ir tai gerai sutampa su praktika, gradiento vertė defekto atžvilgiu yra žymiai didesnė už jo vertę, susijusią su detalės metalo nehomogeniškumu. Tai leidžia patikimai užregistruoti defektą gradientu viršijant slenkstinę vertę (44 pav.).

Pasirinkus reikiamą slenkstinę reikšmę, valdymo paklaidas galima sumažinti iki minimalių reikšmių.

44 pav. Defekto magnetinio lauko jėgos linijos ir metalinės dalies nehomogeniškumas.

10.6 Ferozondo metodas

Fluxgate metodas pagrįstas magnetinio lauko klaidinančiojo stiprumo gradiento, susidariusio dėl įmagnetinto gaminio defekto, matavimu fluxgate įtaisu ir matavimo rezultato palyginimu su slenksčiu.

Už valdomos dalies yra tam tikras magnetinis laukas, kuris sukuriamas jai įmagnetinti. Defektų detektoriaus - gradiometro naudojimas užtikrina signalo, atsiradusio dėl defekto, pasirinkimą gana didelės magnetinio lauko stiprumo komponento, lėtai kintančio erdvėje, fone.

Fluxgate defektų detektorius naudoja keitiklį, kuris reaguoja į įprasto magnetinio lauko stiprumo komponento gradiento komponentą dalies paviršiuje. Defektų detektoriaus keitiklyje yra du lygiagrečiai pagaminti iš specialaus minkšto magnetinio lydinio. Apžiūros metu strypai yra statmeni detalės paviršiui, t.y. yra lygiagrečios normaliajai magnetinio lauko stiprumo sudedamajai daliai. Strypai turi identiškas apvijas, kuriomis teka kintamoji srovė. Šios apvijos yra sujungtos nuosekliai. Kintamoji srovė sukuria kintamus magnetinio lauko stiprumo komponentus strypuose. Šie komponentai sutampa pagal dydį ir kryptį. Be to, kiekvieno strypo vietoje yra pastovus detalės magnetinio lauko stiprumo komponentas. Vertė Δx, kuris įtrauktas į formulę (10.5), yra lygus atstumui tarp strypų ašių ir vadinamas keitiklio pagrindu. Konverterio išėjimo įtampa nustatoma pagal apvijų kintamų įtampų skirtumą.

Defektų detektoriaus keitiklį pastatykime ant dalies be defektų, kur magnetinio lauko stiprumo reikšmės taškuose x 1; x 2(žr. (10.5) formulę) yra vienodi. Tai reiškia, kad magnetinio lauko stiprumo gradientas nulis. Tada tie patys pastovūs ir kintami magnetinio lauko stiprumo komponentai veiks kiekvieną keitiklio strypą. Šie komponentai vienodai permagnetins strypus, todėl įtampa ant apvijų yra lygi viena kitai. Įtampos skirtumas, apibrėžiantis išėjimo signalą, yra lygus nuliui. Taigi, defektų detektoriaus keitiklis nereaguoja į magnetinį lauką, jei nėra gradiento.

Jei magnetinio lauko stiprumo gradientas nelygus nuliui, tai strypai bus tame pačiame kintamajame magnetiniame lauke, tačiau pastovūs komponentai bus skirtingi. Kiekvienas strypas iš naujo įmagnetinamas kintama apvijos srove iš būsenos su magnetine indukcija - S prie + S Pagal elektromagnetinės indukcijos dėsnį, įtampa ant apvijos gali atsirasti tik pasikeitus magnetinei indukcijai. Todėl svyravimo laikotarpis kintamoji srovė gali būti skirstomi į intervalus, kai strypas yra prisotintas ir todėl įtampa ant apvijos lygi nuliui, ir į laiko intervalus, kai nėra soties, o tai reiškia, kad įtampa skiriasi nuo nulio. Tais laikotarpiais, kai abu strypai nėra įmagnetinti iki prisotinimo, apvijose atsiranda tos pačios įtampos. Šiuo metu išėjimo signalas yra lygus nuliui. Tas pats atsitiks ir tuo pačiu metu prisotinus abu strypus, kai apvijose nėra įtampos. Išėjimo įtampa atsiranda, kai viena šerdis yra prisotintos, o kita - desotacinė.

Vienu metu veikiant pastoviems ir kintamiems magnetinio lauko stiprumo komponentams, kiekviena šerdis yra vienoje prisotintoje būsenoje ilgiau nei ilgas laikas nei kitoje. Ilgesnis prisotinimas atitinka pastovių ir kintamų magnetinio lauko stiprumo komponentų pridėjimą, trumpesnį - atėmimą. Skirtumas tarp laiko intervalų, atitinkančių magnetinės indukcijos reikšmes + S ir - S, priklauso nuo pastovaus magnetinio lauko stiprumo. Apsvarstykite būseną su magnetine indukcija + S ant dviejų keitiklio strypų. Skirtingos magnetinio lauko stiprumo reikšmės taškuose x 1 ir x 2 atitiks skirtingą strypų magnetinio prisotinimo intervalų trukmę. Kuo didesnis skirtumas tarp šių magnetinio lauko stiprumo verčių, tuo labiau skiriasi laiko intervalai. Tais laikotarpiais, kai vienas strypas yra prisotintas, o kitas nesotus, atsiranda keitiklio išėjimo įtampa. Ši įtampa priklauso nuo magnetinio lauko stiprumo gradiento.

Magnetinis laukas, kas tai? - specialios rūšies medžiaga;
Kur jis egzistuoja? - aplink juda elektros krūviai(įskaitant aplink laidininką su srove)
Kaip atrasti? - naudojant magnetinę adatą (arba geležies drožles) arba veikiant srovę nešantį laidininką.

Oersted patirtis:

Magnetinė adata pasisuka, jei laidininku pradeda tekėti elektra. srovė, nes Aplink srovės laidininką susidaro magnetinis laukas.

Dviejų laidininkų sąveika su srove:

Kiekvienas srovės laidininkas aplink jį turi savo magnetinį lauką, kuris tam tikra jėga veikia gretimą laidininką.

Priklausomai nuo srovių krypties, laidininkai gali vienas kitą pritraukti arba atstumti.

prisiminti praeitį mokslo metai:

MAGNETINĖS LINIJAS (arba kitaip magnetinės indukcijos linijos)

Kaip pavaizduoti magnetinį lauką? - magnetinių linijų pagalba;
Magnetinės linijos, kas čia?

Tai yra įsivaizduojamos linijos, išilgai kurių magnetinės adatos dedamos į magnetinį lauką. Magnetines linijas galima nubrėžti per bet kurį magnetinio lauko tašką, jos turi kryptį ir visada yra uždaros.

Prisiminkite praėjusius mokslo metus:

NEHOMOGENINIS MAGNETINIS LAUKAS

Nehomogeninio magnetinio lauko charakteristikos: magnetinės linijos yra išlenktos; magnetinių linijų tankis yra skirtingas; jėga, kuria magnetinis laukas veikia magnetinę adatą, skirtinguose šio lauko taškuose yra skirtingo dydžio ir krypties.

Kur egzistuoja nehomogeninis magnetinis laukas?

Aplink tiesų srovės laidininką;

Aplink juostos magnetas;

Aplink solenoidą (ritės su srove).

HOMOGENINIS MAGNETINIS LAUKAS

Homogeninio magnetinio lauko charakteristikos: magnetinės linijos yra lygiagrečios tiesės, magnetinių linijų tankis visur vienodas; jėga, kuria magnetinis laukas veikia magnetinę adatą, yra vienoda visuose šio lauko taškuose dydžio kryptimi.

Kur yra vienodas magnetinis laukas?
- strypo magneto viduje ir solenoido viduje, jei jo ilgis yra daug didesnis už skersmenį.

ĮDOMUS

Geležies ir jos lydinių gebėjimas stipriai įmagnetinti išnyksta kaitinant iki aukštos temperatūros. Gryna geležis netenka šios savybės, kai kaitinama iki 767 °C.

Galingi magnetai, naudojamas daugelyje šiuolaikinių gaminių, gali turėti įtakos širdies stimuliatorių ir implantuotų širdies prietaisų veikimui širdies ligomis sergantiems pacientams. Įprasti geležies arba ferito magnetai, kuriuos lengva atskirti iš pilkos spalvos, yra mažai tvirti ir nekelia rūpesčių.
Tačiau pastaruoju metu atsirado labai stiprūs magnetai- Briliantinio sidabro spalvos ir neodimio, geležies ir boro lydinys. Jų sukuriamas magnetinis laukas yra labai stiprus, todėl plačiai naudojami kompiuterių diskuose, ausinėse ir garsiakalbiuose, taip pat žaisluose, papuošaluose ir net drabužiuose.

Kartą pagrindinio Maljorkos miesto keliuose pasirodė prancūzų karinis laivas „La Rolain“. Jo būklė buvo tokia apgailėtina, kad laivas pats vos pasiekė krantinę.Kai į laivą įlipo prancūzų mokslininkai, tarp jų ir dvidešimt dvejų metų Arago, paaiškėjo, kad laivą sunaikino žaibas. Kol komisija apžiūrinėjo laivą, purtydama galvas matydamas apdegusius stiebus ir antstatus, Arago nuskubėjo prie kompasų ir pamatė tai, ko tikėjosi: kompaso rodyklės nukreiptos į skirtingas puses...

Po metų, kasdamas Genujos laivo, kuris sudužo netoli Alžyro, liekanas, Arago atrado, kad kompaso rodyklės buvo išmagnetintos. Laivas ėjo į pietus link uolų, apgautas žaibo trenkto magnetinio kompaso.

V. Karcevas. Magnetas tris tūkstantmečius.

Magnetinis kompasas buvo išrastas Kinijoje.
Jau prieš 4000 metų karavanai pasiėmė su savimi Molinė puodynė ir „rūpinosi juo kelyje labiau nei visais tavo brangiais kroviniais“. Jame ant skysčio paviršiaus ant medinės plūdės paguldykite geležį mėgstantį akmenį. Jis galėjo pasisukti ir visą laiką rodydavo keliautojams pietų kryptimi, o tai, nesant Saulės, padėjo nukeliauti prie šulinių.
Mūsų eros pradžioje kinai išmoko gaminti dirbtinius magnetus įmagnetinant geležinę adatą.
Ir tik po tūkstančio metų europiečiai pradėjo naudoti įmagnetintą kompaso adatą.

ŽEMĖS MAGNETINIS LAUKAS

Žemė yra didelis nuolatinis magnetas.
Pietų magnetinis ašigalis, nors žemiškais standartais yra netoli Šiaurės geografinio ašigalio, vis dėlto juos skiria apie 2000 km.
Žemės paviršiuje yra teritorijų, kuriose jos pačios magnetinis laukas yra stipriai iškraipytas dėl nedideliame gylyje susidarančio geležies rūdos magnetinio lauko. Viena iš šių teritorijų yra Kursko magnetinė anomalija, esanti Kursko srityje.

Žemės magnetinio lauko magnetinė indukcija yra tik apie 0,0004 teslos.
___

Žemės magnetinį lauką veikia padidėjęs saulės aktyvumas. Maždaug kartą per 11,5 metų jis padidėja tiek, kad sutrinka radijo ryšys, pablogėja žmonių ir gyvūnų savijauta, o kompaso rodyklės pradeda nenuspėjamai „šokti“ iš vienos pusės į kitą. Šiuo atveju jie sako, kad artėja magnetinė audra. Paprastai tai trunka nuo kelių valandų iki kelių dienų.

Žemės magnetinis laukas karts nuo karto keičia savo orientaciją, darydamas tiek pasaulietinius svyravimus (trunka 5–10 tūkst. metų), tiek visiškai persiorientuodamas, t.y. apverčiantys magnetinius polius (2–3 kartus per milijoną metų). Tai rodo tolimų epochų magnetinis laukas, „užšalęs“ nuosėdinėse ir vulkaninėse uolienose. Geomagnetinio lauko elgesio negalima pavadinti chaotišku, jis paklūsta savotiškam „grafikui“.

Geomagnetinio lauko kryptį ir dydį lemia Žemės šerdyje vykstantys procesai. Būdingas vidinės kietosios šerdies poliškumo pasikeitimo laikas yra nuo 3 iki 5 tūkstančių metų, o išorinės skystos šerdies – apie 500 metų. Šie laikai gali paaiškinti pastebėtą geomagnetinio lauko dinamiką. Kompiuterinis modeliavimas atsižvelgiant į įvairius intražeminius procesus, jis parodė magnetinio lauko apsisukimo galimybę maždaug per 5 tūkst.

FOKUSUOJA SU MAGNETAIS

Iki 1842 metų gyvavusi garsaus rusų iliuzionisto Gamuleckio „žavybių šventykla, arba mechaninė, optinė ir fizinė P. Gamuletskio de Kolo kabinetas“, išgarsėjo, be kita ko, tuo, kad laiptais lipantys lankytojai pasipuošė žvakidės ir išklotos kilimais vis dar galėjo pastebėti iš tolo viršutinė platforma laiptai, natūralaus žmogaus augimo paauksuota angelo figūra, kuri gulėjo horizontalioje padėtyje virš biuro durų be pakabinimo ir atramos. Kiekvienas galėjo įsitikinti, kad figūra neturi atramų. Lankytojams įžengus į platformą, angelas pakėlė ranką, prikėlė ragą prie burnos ir grojo juo, judindamas pirštus natūraliausiu būdu. Gamuletskis sakė, kad dešimt metų aš stengiausi rasti magneto ir geležies tašką ir svorį, kad angelas liktų ore. Be darbo, šiam stebuklui panaudojau daug pinigų.

Viduramžiais vadinamosios „paklusnios žuvys“, pagamintos iš medžio, buvo labai dažnas iliuzinis skaičius. Jie plaukė baseine ir pakluso menkiausiam mago rankos mostui, dėl kurio jie judėjo visomis įmanomomis kryptimis. Triuko paslaptis buvo itin paprasta: mago rankovėje buvo paslėptas magnetas, o į žuvies galvas įsmeigtos geležies gabalėliai.
Arčiau mūsų laiku buvo anglo Jono manipuliacijos. Jo parašo numeris: Jonas pakvietė kai kuriuos žiūrovus padėti laikrodį ant stalo, po to, nepaliesdamas laikrodžio, savavališkai pakeitė rodyklių padėtį.
Šiuolaikinis tokios idėjos įsikūnijimas – elektrikams gerai žinomos elektromagnetinės sankabos, kurių pagalba galima pasukti prietaisus, atskirtus nuo variklio kokia nors kliūtimi, pavyzdžiui, sienele.

Devintojo dešimtmečio viduryje pasklido gandas apie mokslininką dramblį, kuris gali ne tik sudėti ir atimti, bet net dauginti, dalyti ir išgauti šaknis. Tai buvo padaryta tokiu būdu. Pavyzdžiui, dresuotojas paklausė dramblio: „Kas yra septyni aštuoni? Priešais dramblį buvo lenta su skaičiais. Po klausimo dramblys paėmė rodyklę ir užtikrintai parodė skaičių 56. Lygiai taip pat buvo vykdomas padalijimas ir ištraukimas. kvadratinė šaknis. Triukas buvo pakankamai paprastas: po kiekvienu lentos numeriu buvo paslėptas mažas elektromagnetas. Kai drambliui buvo užduotas klausimas, į magneto apviją buvo nukreipta srovė, reiškianti teisingą atsakymą. Geležinė rodyklė dramblio kamiene patraukė teisingą skaičių. Atsakymas atėjo automatiškai. Nepaisant šio mokymo paprastumo, gudrybės paslaptis ilgas laikas negalėjo to išsiaiškinti, o „išmoktas dramblys“ sulaukė didžiulės sėkmės.