Kas ir magnētiskā lauka līnijas. Magnētiskais lauks

Bez šaubām, spēka līnijas magnētiskais lauks tagad ir zināmi visiem. Vismaz pat skolā to izpausme tiek demonstrēta fizikas stundās. Atcerieties, kā skolotājs zem papīra loksnes novietoja pastāvīgo magnētu (vai pat divus, apvienojot to stabu orientāciju) un uzlēja tai virsū darba mācību telpā paņemtās metāla vīles? Pilnīgi skaidrs, ka metāls bija jātur uz loksnes, taču tika novērots kaut kas dīvains - skaidri iezīmējās līnijas, pa kurām rindojās zāģskaidas. Ievērojiet – ne vienmērīgi, bet gan strīpām. Tās ir magnētiskā lauka līnijas. Pareizāk sakot, to izpausme. Kas tad notika un kā to var izskaidrot?

Sāksim no tālienes. Kopā ar mums fiziskajā pasaulē redzamais līdzās pastāv īpašs veids matērija - magnētiskais lauks. Tas nodrošina mijiedarbību starp kustībām elementārdaļiņas vai lielāki ķermeņi, kuriem ir elektriskais lādiņš vai dabisks elektriskais lādiņš, un tie ir ne tikai savstarpēji saistīti, bet bieži paši ģenerē. Piemēram, stieples nešana elektrība rada ap sevi magnētisko lauku. Ir arī otrādi: mainīgu magnētisko lauku darbība slēgtā vadošā ķēdē rada lādiņu nesēju kustību tajā. Pēdējais īpašums tiek izmantots ģeneratoros, kas piegādā elektroenerģiju visiem patērētājiem. Spilgts elektromagnētisko lauku piemērs ir gaisma.

Magnētiskā lauka spēka līnijas ap vadītāju griežas vai, kas arī ir taisnība, ir raksturīgs ar virzītu magnētiskās indukcijas vektoru. Rotācijas virzienu nosaka karkasa noteikums. Norādītās līnijas ir vienošanās, jo lauks vienmērīgi izkliedējas visos virzienos. Lieta tāda, ka to var attēlot kā bezgalīgu skaitu līniju, no kurām dažām ir izteiktāks spriegums. Tāpēc dažas "līnijas" ir skaidri izsekotas un zāģskaidas. Interesanti, ka magnētiskā lauka spēka līnijas nekad netiek pārtrauktas, tāpēc nav iespējams viennozīmīgi pateikt, kur ir sākums un kur beigas.

Pastāvīgā magnēta (vai līdzīga elektromagnēta) gadījumā vienmēr ir divi stabi, kas ir saņēmuši konvencionālie nosaukumi Ziemeļi un Dienvidi. Šajā gadījumā minētās līnijas ir gredzeni un ovāli, kas savieno abus polus. Dažkārt tas tiek aprakstīts kā savstarpēji mijiedarbojošie monopoli, bet tad rodas pretruna, saskaņā ar kuru monopolus nevar atdalīt. Tas ir, jebkurš mēģinājums sadalīt magnētu radīs vairākas bipolāras daļas.

Lielu interesi rada spēka līniju īpašības. Mēs jau runājām par nepārtrauktību, taču praktiski interesē spēja radīt elektrisko strāvu vadītājā. Tā nozīme ir šāda: ja vadošo ķēdi šķērso līnijas (vai pats vadītājs pārvietojas magnētiskajā laukā), tad materiāla atomu ārējās orbītās esošajiem elektroniem tiek nodota papildu enerģija, ļaujot tiem. uzsākt neatkarīgu virzītu kustību. Var teikt, ka magnētiskais lauks it kā “izsit” lādētās daļiņas no kristāla režģis. Šī parādība ir nosaukta elektromagnētiskā indukcija un pašlaik ir galvenais veids, kā iegūt primāro elektriskā enerģija. To 1831. gadā eksperimentāli atklāja angļu fiziķis Maikls Faradejs.

Magnētisko lauku izpēte sākās jau 1269. gadā, kad P. Peregrīns atklāja sfēriska magnēta mijiedarbību ar tērauda adatām. Gandrīz 300 gadus vēlāk V. G. Kolčesters ierosināja, ka viņš pats ir milzīgs magnēts ar diviem poliem. Tālāk magnētiskās parādības pētījuši tādi slaveni zinātnieki kā Lorencs, Maksvels, Ampērs, Einšteins u.c.

> Magnētiskā lauka līnijas

Kā noteikt magnētiskā lauka līnijas: magnētiskā lauka līniju stipruma un virziena diagramma, izmantojot kompasu magnētisko polu noteikšanai, zīmējums.

Magnētiskā lauka līnijas noderīga, lai vizuāli parādītu magnētiskā lauka stiprumu un virzienu.

Mācību uzdevums

• Korelējiet magnētiskā lauka stiprumu ar magnētiskā lauka līniju blīvumu.

Galvenie punkti

• Magnētiskā lauka virziens parāda kompasa adatas, kas pieskaras magnētiskā lauka līnijām jebkurā noteiktā punktā.
• B lauka stiprums ir apgriezti proporcionāls attālumam starp līnijām. Tas ir arī precīzi proporcionāls rindu skaitam laukuma vienībā. Viena līnija nekad nešķērso otru.
• Magnētiskais lauks ir unikāls katrā telpas punktā.
• Līnijas netiek pārtrauktas un rada slēgtas cilpas.
• Līnijas stiepjas no ziemeļiem līdz dienvidu polam.

Noteikumi

• Magnētiskā lauka līnijas ir magnētiskā lauka lieluma un virziena grafisks attēlojums.
• B lauks ir magnētiskā lauka sinonīms.

Magnētiskā lauka līnijas

Bērnībā Albertam Einšteinam esot patika skatīties kompasā, domājot par to, kā adata juta spēku bez tieša fiziska kontakta. Dziļa domāšana un nopietna interese noveda pie tā, ka bērns uzauga un radīja savu revolucionāro relativitātes teoriju.

Tā kā magnētiskie spēki ietekmē attālumus, mēs aprēķinām magnētiskos laukus, lai attēlotu šos spēkus. Līniju grafika ir noderīga, lai vizualizētu magnētiskā lauka stiprumu un virzienu. Līniju pagarinājums norāda uz kompasa adatas ziemeļu orientāciju. Magnētisko sauc par B lauku.

(a) — ja tiek izmantots neliels kompass, lai salīdzinātu magnētisko lauku ap stieņa magnētu, tas tiks parādīts pareizais virziens no ziemeļpola uz dienvidiem. (b) - bultiņu pievienošana rada nepārtrauktas līnijas magnētiskais lauks. Stiprums ir proporcionāls līniju tuvumam. (c) - ja varat izpētīt magnēta iekšpusi, līnijas tiks parādītas slēgtu cilpu veidā

Nav nekā sarežģīta, lai saskaņotu objekta magnētisko lauku. Vispirms aprēķiniet magnētiskā lauka stiprumu un virzienu vairākās vietās. Atzīmējiet šos punktus ar vektoriem, kas norāda vietējā magnētiskā lauka virzienā ar lielumu, kas ir proporcionāls tā stiprumam. Jūs varat apvienot bultiņas un veidot magnētiskā lauka līnijas. Virziens jebkurā punktā būs paralēls tuvāko lauka līniju virzienam, un vietējais blīvums var būt proporcionāls stiprumam.

Magnētiskā lauka līnijas ir kā kontūrlīnijas topogrāfiskajās kartēs, jo tās parāda kaut ko nepārtrauktu. Daudzus magnētisma likumus var formulēt vienkārši, piemēram, lauka līniju skaitu caur virsmu.

Magnētiskā lauka līniju virziens, ko attēlo dzelzs vīļu izlīdzināšana uz papīra, kas novietots virs stieņa magnēta

Līniju attēlojumu ietekmē dažādas parādības. Piemēram, dzelzs vīles uz magnētiskā lauka līnijas veido līnijas, kas atbilst magnētiskajām. Tie ir arī vizuāli parādīti polārblāzmas.

Neliels kompass, kas nosūtīts laukā, atrodas paralēli lauka līnijai, un ziemeļpols norāda uz B.

Miniatūrus kompasus var izmantot, lai parādītu laukus. (a) - Apļveida strāvas ķēdes magnētiskais lauks atgādina magnētisko lauku. (b) - garš un taisns vads veido lauku ar magnētiskā lauka līnijām, veidojot apļveida cilpas. (c) — kad stieple atrodas papīra plaknē, lauks parādās perpendikulāri papīram. Ņemiet vērā, kuri simboli tiek izmantoti lodziņam, kas norāda uz iekšu un ārā

Detalizēts magnētisko lauku pētījums palīdzēja iegūt vairākus svarīgus noteikumus:

• Magnētiskā lauka virziens skar lauka līniju jebkurā telpas punktā.
• Lauka stiprums ir proporcionāls līnijas tuvumam. Tas ir arī precīzi proporcionāls rindu skaitam laukuma vienībā.
• Magnētiskā lauka līnijas nekad nesaduras, kas nozīmē, ka jebkurā telpas punktā magnētiskais lauks būs unikāls.
• Līnijas paliek nepārtrauktas un seko no ziemeļiem uz dienvidu polu.

Pēdējais noteikums ir balstīts uz faktu, ka stabus nevar atdalīt. Un tas atšķiras no līnijām elektriskais lauks, kurā beigas un sākumu iezīmē pozitīvi un negatīvi lādiņi.

MAGNĒTISKAIS LAUKS. FERROPROBA KONTROLES PAMATI

Mēs dzīvojam zemes magnētiskajā laukā. Magnētiskā lauka izpausme ir tāda, ka magnētiskā kompasa adata pastāvīgi rāda virzienu uz ziemeļiem. tādu pašu rezultātu var iegūt, novietojot magnētiskā kompasa adatu starp pastāvīgā magnēta poliem (34. attēls).

34. attēls – magnētiskās adatas orientācija magnēta poliu tuvumā

Parasti vienu no magnēta poliem (uz dienvidiem) apzīmē ar burtu S, cits - (ziemeļu) - burts N. 34. attēlā parādītas divas magnētiskās adatas pozīcijas. Katrā pozīcijā tiek piesaistīti bultiņas un magnēta pretējie poli. Tāpēc kompasa adatas virziens mainījās, tiklīdz mēs to izkustinājām no pozīcijas 1 pozīcijā 2 . Magnēta pievilkšanās un bultiņas pagrieziena iemesls ir magnētiskais lauks. Bultiņas pagriešana, kad tā virzās uz augšu un pa labi, parāda, ka magnētiskā lauka virziens ir iekšā dažādi punkti telpa nepaliek nemainīga.

35. attēlā parādīts eksperimenta rezultāts ar magnētisko pulveri, kas uzkaisīts uz bieza papīra loksnes, kas atrodas virs magnēta poliem. Var redzēt, ka pulvera daļiņas veido līnijas.

Pulvera daļiņas, nonākot magnētiskajā laukā, tiek magnetizētas. Katrai daļiņai ir ziemeļu un dienvidu pols. Tuvumā esošās pulvera daļiņas ne tikai rotē magnēta laukā, bet arī pielīp viena pie otras, sarindojoties līnijās. Šīs līnijas sauc par magnētiskā lauka līnijām.

35. attēls Magnētiskā pulvera daļiņu izvietojums uz papīra lapas, kas atrodas virs magnēta poliem

Novietojot magnētisko adatu pie šādas līnijas, jūs varat redzēt, ka bultiņa atrodas tangenciāli. skaitļos 1 , 2 , 3 35. attēlā parādīta magnētiskās adatas orientācija attiecīgajos punktos. Netālu no poliem magnētiskā pulvera blīvums ir lielāks nekā citos loksnes punktos. Tas nozīmē, ka magnētiskā lauka lielumam tur ir maksimālā vērtība. Tādējādi magnētisko lauku katrā punktā nosaka magnētisko lauku raksturojošā daudzuma vērtība un tā virziens. Šādus lielumus sauc par vektoriem.

Novietosim tērauda daļu starp magnēta poliem (36. attēls). Lauka līniju virzienu daļā norāda ar bultiņām. Daļā parādīsies arī magnētiskā lauka līnijas, tikai to būs daudz vairāk nekā gaisā.

36. attēls Vienkāršas formas daļas magnetizēšana

Fakts ir tāds, ka tērauda daļā ir dzelzs, kas sastāv no mikromagnētiem, kurus sauc par domēniem. Magnetizējošā lauka pielietošana detaļām noved pie tā, ka tās sāk orientēties šī lauka virzienā un to daudzkārt pastiprina. Var redzēt, ka spēka līnijas daļā ir paralēlas viena otrai, savukārt magnētiskais lauks ir nemainīgs. Magnētisko lauku, ko raksturo taisnas paralēlas spēka līnijas, kas novilktas ar tādu pašu blīvumu, sauc par viendabīgu.

10.2 Magnētiskie daudzumi

Svarīgākais magnētisko lauku raksturojošais fiziskais lielums ir magnētiskās indukcijas vektors, ko parasti apzīmē IN. Katram fiziskajam daudzumam ir ierasts norādīt tā izmēru. Tātad strāvas stipruma vienība ir ampērs (A), magnētiskās indukcijas mērvienība ir Tesla (Tl). Magnētiskā indukcija magnetizētajās daļās parasti ir diapazonā no 0,1 līdz 2,0 T.

Magnētiskā adata, kas novietota vienmērīgā magnētiskajā laukā, griezīsies. Spēku moments, kas to pagriež ap savu asi, ir proporcionāls magnētiskajai indukcijai. Magnētiskā indukcija raksturo arī materiāla magnetizācijas pakāpi. Spēka līnijas, kas parādītas 34., 35. attēlā, raksturo magnētiskās indukcijas izmaiņas gaisā un materiālā (detaļas).

Magnētiskā indukcija nosaka magnētisko lauku katrā telpas punktā. Lai raksturotu magnētisko lauku uz kādas virsmas (piemēram, plaknē šķērsgriezums informācija), tiek izmantots cits fiziskais daudzums, ko sauc par magnētisko plūsmu un apzīmē Φ.

Vienmērīgi magnetizētu daļu (36. attēls) raksturosim ar magnētiskās indukcijas vērtību IN, daļas šķērsgriezuma laukums ir vienāds ar S, tad magnētisko plūsmu nosaka pēc formulas:

Vienība magnētiskā plūsma- Vēbers (Wb).

Apsveriet piemēru. Magnētiskā indukcija daļā ir 0,2 T, šķērsgriezuma laukums ir 0,01 m 2. Tad magnētiskā plūsma ir 0,002 Wb.

Novietosim garu cilindrisku dzelzs stieni vienmērīgā magnētiskajā laukā. Ļaujiet, lai stieņa simetrijas ass sakristu ar spēka līniju virzienu. Tad stienis gandrīz visur tiks magnetizēts vienmērīgi. Magnētiskā indukcija stieņā būs daudz lielāka nekā gaisā. Magnētiskās indukcijas attiecība materiālā B m magnētiskajai indukcijai gaisā iekšā To sauc par magnētisko caurlaidību:

μ=B m / B collas. (10.2)

Magnētiskā caurlaidība ir bezizmēra lielums. Dažādu kategoriju tēraudam magnētiskā caurlaidība svārstās no 200 līdz 5000.

Magnētiskā indukcija ir atkarīga no materiāla īpašībām, kas sarežģī magnētisko procesu tehniskos aprēķinus. Tāpēc tika ieviests palīglielums, kas nav atkarīgs no magnētiskās īpašības materiāls. To sauc par magnētiskā lauka vektoru un apzīmē H. Magnētiskā lauka intensitātes mērvienība ir ampērs/metrs (A/m). Detaļu nesagraujošās magnētiskās pārbaudes laikā magnētiskā lauka stiprums svārstās no 100 līdz 100 000 A/m.

Starp magnētisko indukciju iekšā un magnētiskā lauka stiprumu H gaisā ir vienkāršas attiecības:

В в = μ 0 H, (10.3)

kur μ 0 = 4π 10 –7 Henrijs/metrs - magnētiskā konstante.

Magnētiskā lauka stiprums un magnētiskā indukcija materiālā ir saistīti ar attiecību:

B=μμ 0 H (10,4)

Magnētiskā lauka stiprums H - vektors. Fluxgate testēšanā ir jānosaka šī vektora komponenti uz detaļas virsmas. Šīs sastāvdaļas var noteikt, izmantojot 37. attēlu. Šeit detaļas virsma tiek ņemta par plakni xy, ass z perpendikulāri šai plaknei.

1.4. attēls no vektora augšdaļas H nokrita perpendikulāri plaknei x,y. Vektors tiek novilkts no koordinātu sākuma līdz perpendikula un plaknes krustpunktam H  ko sauc par vektora magnētiskā lauka intensitātes tangenciālo komponentu H . Perpendikulu nomešana no vektora virsotnes H uz ass x Un y, definējiet projekcijas H x Un h g vektors H. Projekcija H uz asi z sauc par parasto magnētiskā lauka intensitātes komponentu H n . Magnētiskajā testēšanā visbiežāk mēra magnētiskā lauka intensitātes tangenciālās un normālās sastāvdaļas.

37. attēls Magnētiskā lauka vektors un tā projekcija uz detaļas virsmas

10.3. Magnetizācijas līkne un histerēzes cilpa

Apskatīsim sākotnēji demagnetizēta feromagnētiskā materiāla magnētiskās indukcijas izmaiņas, pakāpeniski palielinoties ārējā magnētiskā lauka stiprumam. Diagramma, kas atspoguļo šo atkarību, ir parādīta 38. attēlā un tiek saukta par sākotnējās magnetizācijas līkni. Vāju magnētisko lauku reģionā šīs līknes slīpums ir salīdzinoši neliels, un tad tas sāk palielināties, sasniedzot maksimālo vērtību. Pie vēl lielākām magnētiskā lauka intensitātes vērtībām slīpums samazinās tā, ka, palielinoties laukam, magnētiskās indukcijas izmaiņas kļūst nenozīmīgas - rodas magnētiskais piesātinājums, ko raksturo vērtība B S. 39. attēlā parādīta magnētiskās caurlaidības atkarība no magnētiskā lauka stipruma. Šo atkarību raksturo divas vērtības: sākotnējā μ n un maksimālā μm magnētiskā caurlaidība. Spēcīgu magnētisko lauku zonā caurlaidība samazinās, palielinoties laukam. Tālāk palielinoties ārējam magnētiskajam laukam, parauga magnetizācija praktiski nemainās, un magnētiskā indukcija pieaug tikai ārējā lauka dēļ. .

38. attēls Sākotnējās magnetizācijas līkne

39. attēls Caurlaidības atkarība no magnētiskā lauka intensitātes

Magnētiskā piesātinājuma indukcija B S galvenokārt ir atkarīgs no ķīmiskais sastāvs materiāls un konstrukciju un elektriskajiem tēraudiem ir 1,6-2,1 T. Magnētiskā caurlaidība ir atkarīga ne tikai no ķīmiskā sastāva, bet arī no termiskās un mehāniskās apstrādes.

.

40. attēls Ierobežotās (1) un daļējās (2) histerēzes cilpas

Pēc piespiedu spēka lieluma magnētiskos materiālus iedala mīkstos magnētiskos (H c< 5 000 А/м) и магнитотвердые (H c >5000 A/m).

Mīkstajiem magnētiskajiem materiāliem ir nepieciešami salīdzinoši nelieli lauki, lai panāktu piesātinājumu. Cietos magnētiskos materiālus ir grūti magnetizēt un atkārtoti magnetizēt.

Lielākā daļa konstrukciju tēraudu ir mīksti magnētiski materiāli. Priekš elektriskais tērauds un īpašiem sakausējumiem, piespiedu spēks ir 1-100 A / m, konstrukciju tēraudiem - ne vairāk kā 5000 A / m. Pievienotajās ierīcēs ar pastāvīgie magnēti tiek izmantoti cieti magnētiski materiāli.

Magnetizācijas maiņas laikā materiāls atkal tiek piesātināts, bet indukcijas vērtībai ir cita zīme (– B S), kas atbilst magnētiskā lauka negatīvajam stiprumam. Pēc tam palielinoties magnētiskā lauka stiprumam uz pozitīvām vērtībām, indukcija mainīsies pa citu līkni, ko sauc par cilpas augošo atzaru. Abas zari: lejupejoša un augoša, veido slēgtu līkni, ko sauc par ierobežojošo magnētiskās histerēzes cilpu. Ierobežojuma cilpai ir simetriska forma un tā atbilst magnētiskās indukcijas maksimālajai vērtībai, kas vienāda ar B S. Simetriskām magnētiskā lauka intensitātes izmaiņām mazākās robežās indukcija mainīsies pa jaunu cilpu. Šī cilpa pilnībā atrodas ierobežojošās cilpas iekšpusē un tiek saukta par simetrisku daļēju cilpu (40. attēls).

Ierobežojošās magnētiskās histerēzes cilpas parametriem ir svarīga loma fluxgate kontrolē. Pie augstām atlikušās indukcijas un piespiedu spēka vērtībām ir iespējams veikt kontroli, iepriekš magnetizējot detaļas materiālu līdz piesātinājumam, kam seko lauka avota izslēgšana. Detaļas magnetizācija būs pietiekama, lai atklātu defektus.

Tajā pašā laikā histerēzes parādība izraisa nepieciešamību kontrolēt magnētisko stāvokli. Ja nav demagnetizācijas, detaļas materiāls var būt stāvoklī, kas atbilst indukcijai - B r . Tad, ieslēdzot pozitīvās polaritātes magnētisko lauku, piemēram, vienāds ar Hc, jūs pat varat demagnetizēt daļu, lai gan mums tā ir jāmagnetizē.

Svarīgums ir arī magnētiskā caurlaidība. Vairāk μ , jo mazāka ir vajadzīgā magnētiskā lauka intensitātes vērtība detaļas magnetizēšanai. Tāpēc tehniskās specifikācijas magnetizēšanas ierīcei jāatbilst testējamā objekta magnētiskajiem parametriem.

10.4. Magnētiskais defektu lauks

Bojātas daļas magnētiskajam laukam ir savas īpašības. Paņemiet magnetizētu tērauda gredzenu (daļu) ar šauru spraugu. Šo spraugu var uzskatīt par daļas defektu. Ja pārklājat gredzenu ar papīra loksni, kas piepildīta ar magnētisko pulveri, jūs varat redzēt attēlu, kas līdzīgs tam, kas parādīts 35. attēlā. Papīra loksne atrodas ārpus gredzena, un tikmēr pulvera daļiņas sarindojas pa noteiktām līnijām. Tādējādi magnētiskā lauka spēka līnijas daļēji iziet ārpus detaļas, plūstot ap defektu. Šo magnētiskā lauka daļu sauc par defektu izkliedēto lauku.

41. attēlā redzama gara plaisa daļā, kas atrodas perpendikulāri magnētiskā lauka līnijām, un lauka līniju raksts defekta tuvumā.

41. attēls Plūst ap virsmas plaisu ar spēka līnijām

Var redzēt, ka magnētiskā lauka līnijas plūst ap plaisu detaļas iekšpusē un ārpus tās. Klīstoša magnētiskā lauka veidošanos zemvirsmas defekta dēļ var izskaidrot, izmantojot 42. attēlu, kurā parādīts magnetizētas daļas griezums. Magnētiskās indukcijas lauka līnijas attiecas uz vienu no trim šķērsgriezuma sekcijām: virs defekta, defekta zonā un zem defekta. Magnētiskās indukcijas un šķērsgriezuma laukuma reizinājums nosaka magnētisko plūsmu. Kopējās magnētiskās plūsmas sastāvdaļas šajās zonās ir apzīmētas kā Φ 1 ,.., Daļa no magnētiskās plūsmas F 2, plūdīs virs un zem sadaļas S2. Tāpēc magnētiskās plūsmas šķērsgriezumos S1 Un S3 būs lielāka nekā daļai bez defektiem. To pašu var teikt par magnētisko indukciju. Vēl viena svarīga magnētiskās indukcijas spēka līniju iezīme ir to izliekums virs un zem defekta. Rezultātā daļa spēka līniju iziet no daļas, radot defekta magnētisko izkliedēto lauku.

3 .

42. attēls Zemvirsmas defekta izkliedēts lauks

Klīstošo magnētisko lauku var kvantitatīvi noteikt pēc magnētiskās plūsmas, kas atstāj daļu, ko sauc par izkliedētu plūsmu. Noplūdes magnētiskā plūsma ir lielāka, jo lielāka ir magnētiskā plūsma Φ2 sadaļā S2. Šķērsgriezuma laukums S2 proporcionāls leņķa  kosinusam , parādīts 42. attēlā. Pie  = 90° šis laukums ir vienāds ar nulli, pie  =0° tam ir vislielākā nozīme.

Tātad, lai konstatētu defektus, nepieciešams, lai magnētiskās indukcijas spēka līnijas detaļas vadības zonā būtu perpendikulāras iespējamā defekta plaknei.

Magnētiskās plūsmas sadalījums pa bojātās daļas posmu ir līdzīgs ūdens plūsmas sadalījumam kanālā ar barjeru. Jo lielāks būs viļņu augstums pilnībā iegremdētas barjeras zonā, jo tuvāk barjeras virsotne atrodas ūdens virsmai. Tāpat detaļas apakšvirsmas defekts ir vieglāk pamanāms, jo mazāks ir tā rašanās dziļums.

10.5 Defektu noteikšana

Lai noteiktu defektus, ir nepieciešama ierīce, kas ļauj noteikt defektu izkliedētā lauka raksturlielumus. Šo magnētisko lauku var noteikt no komponentiem H x, H y, H z.

Taču klaiņojošus laukus var izraisīt ne tikai defekts, bet arī citi faktori: metāla struktūras neviendabīgums, krasas šķērsgriezuma izmaiņas (sīkāk sarežģīta forma), apstrāde, triecieni, virsmas raupjums u.c. Tāpēc pat vienas projekcijas atkarības analīze (piemēram, hz) no telpiskās koordinātas ( x vai y) var būt grūts uzdevums.

Apsveriet klaiņojošo magnētisko lauku defekta tuvumā (43. attēls). Šeit ir parādīta idealizēta bezgalīgi gara plaisa ar gludām malām. Tas ir izstiepts gar asi y, kas ir vērsta attēlā pret mums. Cipari 1, 2, 3, 4 parāda, kā mainās magnētiskā lauka intensitātes vektora lielums un virziens, tuvojoties plaisai no kreisās puses.

43. attēls Klīstošais magnētiskais lauks defekta tuvumā

Magnētiskais lauks tiek mērīts noteiktā attālumā no detaļas virsmas. Trajektorija, pa kuru tiek veikti mērījumi, ir parādīta ar punktētu līniju. Līdzīgi var konstruēt pa labi no plaisas esošo vektoru lielumus un virzienus (vai izmantot attēla simetriju). Pa labi no izkliedētā lauka attēla, vektora telpiskās pozīcijas piemērs H un divas tās sastāvdaļas H x Un hz . Projekcijas atkarības diagrammas H x Un hz novirzītos laukus no koordinātas x parādīts zemāk.

Šķiet, ka, meklējot ekstrēmu H x vai nulli H z , var atrast defektu. Bet, kā minēts iepriekš, klaiņojošie lauki veidojas ne tikai no defektiem, bet arī no metāla strukturālajām neviendabībām, no mehāniskās ietekmes pēdām utt.

Apskatīsim vienkāršotu priekšstatu par izkliedētu lauku veidošanos uz vienkāršas daļas (44. attēls), kas ir līdzīgs 41. attēlā redzamajam, un projekciju atkarību grafikus. H z , H x no koordinātas x(defekts ir izstiepts gar asi y).

Atkarības grafiki H x Un hz no x ir ļoti grūti noteikt defektu, jo ekstrēmu vērtības H x Un hz pār defektu un neviendabīgumu ir salīdzināmi.

Izeja tika atrasta, kad tika atklāts, ka defekta zonā maksimālais ātrums vienas koordinātas magnētiskā lauka intensitātes izmaiņas (stāvums) ir lielākas par citām maksimumiem.

44. attēlā redzams, ka diagrammas maksimālais slīpums H z (x) starp punktiem x 1 Un x2(t.i., defektu zonā) ir daudz lielāka nekā citās vietās.

Tādējādi ierīcei jāmēra nevis lauka intensitātes projekcija, bet gan tās izmaiņu “ātrums”, t.i. projekcijas starpības attiecība divos blakus punktos virs detaļas virsmas un attāluma starp šiem punktiem:

(10.5)

kur H z (x 1), H z (x 2)- vektoru projekcijas vērtības H uz asi z punktos x 1, x 2(pa kreisi un pa labi no defekta), Gz(x) parasti dēvē par magnētiskā lauka gradientu.

Atkarība Gz(x) parādīts 44. attēlā. Attālums Dx \u003d x 2 - x 1 starp punktiem, kuros mēra vektora projekcijas H uz asi z, tiek izvēlēts, ņemot vērā defekta izkliedētā lauka izmērus.

Kā izriet no 44. attēla, un tas labi atbilst praksei, gradienta vērtība pār defektu ir ievērojami lielāka nekā tā vērtība attiecībā uz detaļas metāla neviendabīgumu. Tas ļauj droši reģistrēt defektu, pārsniedzot sliekšņa vērtību par gradientu (44. attēls).

Izvēloties nepieciešamo sliekšņa vērtību, ir iespējams samazināt kontroles kļūdas līdz minimālajām vērtībām.

44. attēls Defekta magnētiskā lauka spēka līnijas un metāla daļas neviendabības.

10.6. Ferozondes metode

Fluxgate metodes pamatā ir magnetizēta izstrādājuma defekta radītā izkliedētā magnētiskā lauka intensitātes gradienta mērīšana ar fluxgate ierīci un mērījuma rezultāta salīdzināšana ar slieksni.

Ārpus kontrolētās daļas ir noteikts magnētiskais lauks, kas tiek izveidots, lai to magnetizētu. Defektu detektora - gradiometra izmantošana nodrošina defekta izraisīta signāla izvēli uz diezgan lielas magnētiskā lauka intensitātes komponentes fona, kas lēnām mainās telpā.

Fluxgate defektu detektors izmanto devēju, kas reaģē uz magnētiskā lauka intensitātes normālā komponenta gradienta komponentu uz daļas virsmas. Trūkumu detektora devējs satur divus paralēlus stieņus, kas izgatavoti no īpaša mīksta magnētiska sakausējuma. Pārbaudes laikā stieņi atrodas perpendikulāri detaļas virsmai, t.i. ir paralēli parastajai magnētiskā lauka intensitātes komponentei. Stieņiem ir identiski tinumi, caur kuriem plūst maiņstrāva. Šie tinumi ir savienoti virknē. Maiņstrāva stieņos rada mainīgas magnētiskā lauka intensitātes sastāvdaļas. Šīs sastāvdaļas sakrīt pēc lieluma un virziena. Turklāt katra stieņa vietā ir nemainīga detaļas magnētiskā lauka intensitātes sastāvdaļa. Vērtība Δx, kas iekļauts formulā (10.5), ir vienāds ar attālumu starp stieņu asīm un tiek saukts par pārveidotāja pamatni. Pārveidotāja izejas spriegumu nosaka starpība starp mainīgajiem spriegumiem uz tinumiem.

Novietosim defektu detektora devēju uz daļas bez defekta posma, kur magnētiskā lauka intensitātes vērtības punktos x 1; x 2(sk. formulu (10.5)) ir vienādas. Tas nozīmē, ka magnētiskā lauka intensitātes gradients nulle. Tad uz katru pārveidotāja stieni iedarbosies tās pašas nemainīgās un mainīgās magnētiskā lauka intensitātes sastāvdaļas. Šīs sastāvdaļas vienādi pārmagnetizēs stieņus, tāpēc spriegumi uz tinumiem ir vienādi. Sprieguma starpība, kas nosaka izejas signālu, ir nulle. Tādējādi defektu detektora devējs nereaģē uz magnētisko lauku, ja nav gradienta.

Ja magnētiskā lauka intensitātes gradients nav vienāds ar nulli, tad stieņi atradīsies vienā mainīgajā magnētiskajā laukā, bet konstantās sastāvdaļas būs atšķirīgas. Katrs stienis tiek remagnetizēts ar maiņstrāvu tinumu no stāvokļa ar magnētisko indukciju - In S uz + In S Saskaņā ar elektromagnētiskās indukcijas likumu spriegums uz tinuma var parādīties tikai tad, kad mainās magnētiskā indukcija. Tāpēc svārstību periods maiņstrāva var iedalīt intervālos, kad stienis ir piesātināts un līdz ar to spriegums uz tinuma ir nulle, un laika intervālos, kad nav piesātinājuma, kas nozīmē, ka spriegums atšķiras no nulles. Tajos laika periodos, kad abi stieņi nav magnetizēti līdz piesātinājumam, uz tinumiem parādās vienādi spriegumi. Šajā laikā izejas signāls ir nulle. Tas pats notiks ar abu stieņu vienlaicīgu piesātinājumu, kad uz tinumiem nav sprieguma. Izejas spriegums parādās, kad viens kodols ir piesātinātā stāvoklī, bet otrs ir nepiesātinātā stāvoklī.

Vienlaicīga magnētiskā lauka intensitātes pastāvīgo un mainīgo komponentu darbība noved pie tā, ka katrs kodols atrodas vienā piesātinātā stāvoklī ilgāk par ilgu laiku nekā otrā. Garāks piesātinājums atbilst magnētiskā lauka intensitātes pastāvīgo un mainīgo komponentu pievienošanai, īsākam - atņemšanai. Atšķirība starp laika intervāliem, kas atbilst magnētiskās indukcijas vērtībām + In S Un - In S, ir atkarīgs no pastāvīgā magnētiskā lauka stipruma. Apsveriet stāvokli ar magnētisko indukciju + In S uz diviem devēja stieņiem. Dažādas magnētiskā lauka intensitātes vērtības punktos x 1 Un x 2 atbildīs citam stieņu magnētiskā piesātinājuma intervālu ilgumam. Jo lielāka ir atšķirība starp šīm magnētiskā lauka intensitātes vērtībām, jo ​​vairāk atšķiras laika intervāli. Tajos laika periodos, kad viens stienis ir piesātināts, bet otrs ir nepiesātināts, notiek pārveidotāja izejas spriegums. Šis spriegums ir atkarīgs no magnētiskā lauka intensitātes gradienta.

Magnētiskais lauks, kas tas ir? - īpaša veida matērija;
Kur tas pastāv? - apkārt pārvietojas elektriskie lādiņi(ieskaitot ap vadītāju ar strāvu)
Kā atklāt? - izmantojot magnētisko adatu (vai dzelzs vīles) vai iedarbojoties uz strāvu nesošo vadītāju.

Oersted pieredze:

Magnētiskā adata pagriežas, ja caur vadītāju sāk plūst elektrība. pašreizējo, jo Ap strāvu nesošo vadītāju veidojas magnētiskais lauks.

Divu vadītāju mijiedarbība ar strāvu:

Katram strāvu nesošajam vadītājam apkārt ir savs magnētiskais lauks, kas ar zināmu spēku iedarbojas uz blakus esošo vadītāju.

Atkarībā no strāvas virziena vadītāji var piesaistīt vai atgrūst viens otru.

atceries pagātni akadēmiskais gads:

MAGNĒTISKĀS LĪNIJAS (vai citādi magnētiskās indukcijas līnijas)

Kā attēlot magnētisko lauku? - ar magnētisko līniju palīdzību;
Magnētiskās līnijas, kas tas ir?

Tās ir iedomātas līnijas, pa kurām magnētiskās adatas tiek ievietotas magnētiskajā laukā. Magnētiskās līnijas var vilkt caur jebkuru magnētiskā lauka punktu, tām ir virziens un tās vienmēr ir aizvērtas.

Atskatieties uz pagājušo mācību gadu:

NEHOMOGĒNS MAGNĒTISKAIS LAUKS

Nehomogēna magnētiskā lauka raksturojums: magnētiskās līnijas ir izliektas; magnētisko līniju blīvums ir atšķirīgs; spēks, ar kādu magnētiskais lauks iedarbojas uz magnētisko adatu, dažādos šī lauka punktos ir atšķirīgs pēc lieluma un virziena.

Kur pastāv nehomogēns magnētiskais lauks?

Ap taisnu strāvu nesošo vadītāju;

Ap stieņa magnētu;

Ap solenoīdu (spoles ar strāvu).

HOMOGĒNS MAGNĒTISKAIS LAUKS

Viendabīga magnētiskā lauka raksturojums: magnētiskās līnijas ir paralēlas taisnes, magnētisko līniju blīvums visur ir vienāds; spēks, ar kādu magnētiskais lauks iedarbojas uz magnētisko adatu, ir vienāds visos šī lauka punktos lieluma virzienā.

Kur pastāv vienmērīgs magnētiskais lauks?
- stieņa magnēta iekšpusē un solenoīda iekšpusē, ja tā garums ir daudz lielāks par diametru.

INTERESANTI

Dzelzs un tā sakausējumu spēja būt ļoti magnetizētam pazūd, kad to uzkarsē līdz augstai temperatūrai. Tīra dzelzs zaudē šo spēju, karsējot līdz 767 ° C.

Spēcīgi magnēti, ko izmanto daudzos modernos produktos, var ietekmēt elektrokardiostimulatoru un implantēto sirds ierīču darbību kardiālajiem pacientiem. Parastajiem dzelzs vai ferīta magnētiem, kurus var viegli atšķirt pēc blāvi pelēkā krāsojuma, ir mazs spēks un tie rada nelielas bažas.
Tomēr pēdējā laikā ir bijuši ļoti spēcīgi magnēti- izcili sudraba krāsā un ir neodīma, dzelzs un bora sakausējums. To radītais magnētiskais lauks ir ļoti spēcīgs, tāpēc tos plaši izmanto datoru diskos, austiņās un skaļruņos, kā arī rotaļlietās, rotaslietās un pat apģērbā.

Reiz uz Maljorkas galvenās pilsētas ceļiem parādījās franču militārais kuģis "La Rolain". Viņa stāvoklis bija tik nožēlojams, ka kuģis tikko pats sasniedza piestātni.Kad uz kuģa uzkāpa franču zinātnieki, tostarp divdesmit divus gadus vecais Arago, izrādījās, ka kuģi iznīcināja zibens. Kamēr komisija apskatīja kuģi, kratīja galvas, ieraugot nodegušos mastus un virsbūves, Arago piesteidzās pie kompasiem un ieraudzīja to, ko gaidīja: kompasa adatas norādīja dažādos virzienos ...

Gadu vēlāk, rakoties pa Dženovas kuģa paliekām, kas avarēja netālu no Alžīras, Arago atklāja, ka kompasa adatas ir demagnetizētas. Kuģis devās uz dienvidiem pret akmeņiem, zibens spēriena magnētiskā kompasa pievilts.

V. Karcevs. Magnēts trīs tūkstošus gadu.

Magnētiskais kompass tika izgudrots Ķīnā.
Jau pirms 4000 gadiem karavāni paņēma sev līdzi māla pods un "rūpējās par viņu ceļā vairāk nekā par visām jūsu dārgajām kravām." Tajā uz šķidruma virsmas uz koka pludiņa lieciet akmeni, kas mīl dzelzi. Viņš varēja pagriezties un visu laiku norādīja uz ceļiniekiem dienvidu virzienā, kas, Saules prombūtnē, palīdzēja viņiem tikt pie akas.
Mūsu ēras sākumā ķīnieši iemācījās izgatavot mākslīgos magnētus, magnetizējot dzelzs adatu.
Un tikai tūkstoš gadus vēlāk eiropieši sāka izmantot magnetizētu kompasa adatu.

ZEMES MAGNĒTISKAIS LAUKS

Zeme ir liels pastāvīgais magnēts.
Dienvidu magnētiskais pols, lai gan pēc zemes standartiem atrodas netālu no Ziemeļģeogrāfiskā pola, tos tomēr atdala aptuveni 2000 km.
Uz Zemes virsmas ir teritorijas, kur tās pašas magnētiskais lauks ir stipri izkropļots ar dzelzs rūdas magnētisko lauku, kas rodas nelielā dziļumā. Viena no šīm teritorijām ir Kurskas magnētiskā anomālija, kas atrodas Kurskas apgabalā.

Zemes magnētiskā lauka magnētiskā indukcija ir tikai aptuveni 0,0004 Teslas.
___

Zemes magnētisko lauku ietekmē saules aktivitātes palielināšanās. Apmēram reizi 11,5 gados tas pieaug tik ļoti, ka tiek traucēti radio sakari, pasliktinās cilvēku un dzīvnieku pašsajūta, kompasa adatas sāk neprognozējami “dejot” no vienas puses uz otru. Šajā gadījumā viņi saka, ka tuvojas magnētiskā vētra. Parasti tas ilgst no vairākām stundām līdz vairākām dienām.

Zemes magnētiskais lauks ik pa laikam maina savu orientāciju, izdarot gan sekulāras svārstības (ilgst 5–10 tūkstošus gadu), gan pilnībā pārorientējoties, t.i. apgriežot magnētiskos polus (2–3 reizes miljonā gadu). Par to liecina nogulumiežu un vulkānisko iežu "iesaldētais" tālu laikmetu magnētiskais lauks. Ģeomagnētiskā lauka uzvedību nevar saukt par haotisku, tas pakļaujas sava veida "grafikam".

Ģeomagnētiskā lauka virzienu un lielumu nosaka Zemes kodolā notiekošie procesi. Raksturīgais polaritātes maiņas laiks, ko nosaka iekšējais cietais kodols, ir no 3 līdz 5 tūkstošiem gadu, un ārējais šķidrais kodols ir aptuveni 500 gadi. Šie laiki var izskaidrot novēroto ģeomagnētiskā lauka dinamiku. Datormodelēšanaņemot vērā dažādus intraterrestriālos procesus, tas parādīja magnētiskā lauka apvērses iespēju aptuveni 5 tūkstošu gadu laikā.

FOKUSĒ AR MAGNĒTIEM

Slavenā krievu iluzionista Gamuļecka "šarmu templis jeb Gamuļecka de Kola kunga mehāniskais, optiskais un fiziskais kabinets", kas pastāvēja līdz 1842. gadam, kļuva slavens cita starpā ar to, ka apmeklētāji, kāpjot pa kāpnēm, rotāja svečturi un ar paklājiem noklātu paklāju vēl varēja pamanīt no tālienes augšējā platforma kāpnes, zeltīta cilvēka izaugsmē darināta eņģeļa figūra, kas horizontāli lidinājās virs biroja durvīm bez piekārtiem vai atbalstītiem. Katrs varēja pārliecināties, ka figūrai nav nekādu balstu. Kad apmeklētāji iegāja platformā, eņģelis pacēla roku, pielika ragu pie mutes un spēlēja to, kustinot pirkstus visdabiskāk. Gamuletskis sacīja, ka desmit gadus esmu strādājis, lai atrastu magnēta un dzelzs punktu un svaru, lai noturētu eņģeli gaisā. Papildus darbam es šim brīnumam iztērēju daudz naudas.

Viduslaikos tā sauktās "paklausīgās zivis", kas izgatavotas no koka, bija ļoti izplatīts ilūzijas skaitlis. Viņi peldējās baseinā un paklausīja mazākajam burvju mākslinieka rokas pamājumam, kas lika viņiem kustēties visos iespējamos virzienos. Trika noslēpums bija ārkārtīgi vienkāršs: burvja piedurknē tika paslēpts magnēts, bet zivju galvās tika ievietoti dzelzs gabali.
Laika ziņā tuvāk mums bija angļa Jonasa manipulācijas. Viņa paraksta numurs: Jonass aicināja dažus skatītājus nolikt pulksteni uz galda, pēc kā viņš, nepieskaroties pulkstenim, patvaļīgi mainīja rādījumu stāvokli.
Mūsdienīgs šādas idejas iemiesojums ir elektriķiem labi zināmie elektromagnētiskie sajūgi, ar kuru palīdzību iespējams pagriezt ierīces, kas no dzinēja ir atdalītas ar kādu šķērsli, piemēram, sienu.

19. gadsimta 80. gadu vidū klīda baumas par zinātnieku ziloni, kurš varēja ne tikai saskaitīt un atņemt, bet pat pavairot, dalīt un iegūt saknes. Tas tika darīts šādā veidā. Dresētājs, piemēram, jautāja zilonim: "Kas ir septiņi astoņi?" Ziloņa priekšā bija dēlis ar cipariem. Pēc jautājuma zilonis paņēma rādītāju un pārliecinoši parādīja skaitli 56. Tādā pašā veidā tika veikta sadalīšana un ekstrakcija. kvadrātsakne. Triks bija pietiekami vienkāršs: zem katra tāfeles numura bija paslēpts neliels elektromagnēts. Kad zilonim tika uzdots jautājums, magnēta tinumam tika pievadīta strāva, kas nozīmēja pareizo atbildi. Dzelzs rādītājs ziloņa bagāžniekā tika piesaistīts pareizajam numuram. Atbilde nāca automātiski. Neskatoties uz šīs apmācības vienkāršību, trika noslēpums ilgu laiku nevarēja izdomāt, un "mācītais zilonis" guva milzīgus panākumus.