Kaj so črte magnetnega polja. Magnetno polje

Brez dvoma, črte sile magnetno polje so zdaj znani vsem. Vsaj tudi v šoli se njihova manifestacija kaže pri pouku fizike. Se spomnite, kako je učitelj pod list papirja postavil trajni magnet (ali celo dva, ki združuje orientacijo njunih polov) in nanj nalil kovinske opilke, posnete v učilnici za delo? Povsem jasno je, da je bilo treba kovino držati na pločevini, vendar je bilo opaženo nekaj čudnega - jasno so bile zarisane črte, po katerih se je vrstila žagovina. Opozorilo - ne enakomerno, ampak v črtah. To so črte magnetnega polja. Oziroma njihova manifestacija. Kaj se je potem zgodilo in kako je to mogoče razložiti?

Začnimo od daleč. Skupaj z nami v fizičnem svetu soobstaja vidno posebne vrste snov - magnetno polje. Zagotavlja interakcijo med premikanjem elementarni delci ali večja telesa, ki imajo električni naboj ali naravni električni naboj in niso samo med seboj povezana, ampak pogosto generirajo sama. Na primer, nosilec žice elektrika ustvarja magnetno polje okoli sebe. Velja tudi obratno: delovanje izmeničnih magnetnih polj na zaprto prevodno vezje povzroči gibanje nosilcev naboja v njem. Slednja lastnost se uporablja v generatorjih, ki oskrbujejo z električno energijo vse porabnike. Osupljiv primer elektromagnetnih polj je svetloba.

Silne linije magnetnega polja okoli prevodnika se vrtijo ali, kar je tudi res, je značilen usmerjen vektor magnetne indukcije. Smer vrtenja je določena s pravilom gimleta. Označene črte so dogovor, saj se polje enakomerno razprostira v vse smeri. Stvar je v tem, da ga lahko predstavimo kot neskončno število vrstic, od katerih imajo nekatere bolj izrazito napetost. Zato so nekatere "črte" jasno zarisane v in žagovine. Zanimivo je, da se silnice magnetnega polja nikoli ne prekinejo, zato je nemogoče nedvoumno reči, kje je začetek in kje konec.

V primeru trajnega magneta (ali podobnega elektromagneta) sta vedno sprejeta dva pola konvencionalna imena Sever in jug. Črte, omenjene v tem primeru, so obroči in ovali, ki povezujejo oba pola. Včasih je to opisano v smislu medsebojno delujočih monopolov, potem pa se pojavi protislovje, po katerem monopolov ni mogoče ločiti. To pomeni, da bo vsak poskus razdelitve magneta povzročil več bipolarnih delov.

Zelo zanimive so lastnosti silnih linij. O kontinuiteti smo že govorili, vendar je zmožnost ustvarjanja električnega toka v prevodniku praktičnega interesa. Pomen tega je naslednji: če prevodno vezje prečkajo črte (ali se sam prevodnik giblje v magnetnem polju), se elektronom v zunanjih orbitah atomov materiala prenese dodatna energija, kar jim omogoča začeti samostojno usmerjeno gibanje. Lahko rečemo, da se zdi, da magnetno polje "izbija" nabite delce kristalna mreža. Ta pojav je bil poimenovan elektromagnetna indukcija in je trenutno glavni način za pridobitev primarnega električna energija. Leta 1831 ga je eksperimentalno odkril angleški fizik Michael Faraday.

Proučevanje magnetnih polj se je začelo že leta 1269, ko je P. Peregrine odkril interakcijo sferičnega magneta z jeklenimi iglami. Skoraj 300 let pozneje je W. G. Colchester predlagal, da je sam ogromen magnet z dvema poloma. Nadalje magnetni pojavi preučevali tako znani znanstveniki, kot so Lorentz, Maxwell, Ampère, Einstein itd.

> Črte magnetnega polja

Kako določiti črte magnetnega polja: diagram jakosti in smeri črt magnetnega polja, s pomočjo kompasa za določitev magnetnih polov, risba.

Črte magnetnega polja uporabno za vizualni prikaz moči in smeri magnetnega polja.

Učna naloga

• Povežite jakost magnetnega polja z gostoto linij magnetnega polja.

Ključne točke

• Smer magnetnega polja prikazuje, da se igle kompasa dotikajo črt magnetnega polja na kateri koli določeni točki.
• Moč B-polja je obratno sorazmerna z razdaljo med črtami. Prav tako je natančno sorazmerno s številom vrstic na enoto površine. Ena črta nikoli ne prečka druge.
• Magnetno polje je edinstveno na vsaki točki v vesolju.
• Linije niso prekinjene in ustvarjajo zaprte zanke.
• Črte se raztezajo od severnega do južnega pola.

Pogoji

• Črte magnetnega polja so grafični prikaz velikosti in smeri magnetnega polja.
• B-polje je sinonim za magnetno polje.

Črte magnetnega polja

Albert Einstein naj bi kot otrok rad gledal v kompas in razmišljal o tem, kako je igla čutila silo brez neposrednega fizičnega stika. Globoko razmišljanje in resno zanimanje sta privedla do dejstva, da je otrok odraščal in ustvaril svojo revolucionarno teorijo relativnosti.

Ker magnetne sile vplivajo na razdalje, izračunamo magnetna polja, ki predstavljajo te sile. Črtne grafike so uporabne za vizualizacijo moči in smeri magnetnega polja. Raztezek črt označuje severno usmerjenost igle kompasa. Magnetno se imenuje B-polje.

(a) - Če za primerjavo magnetnega polja okoli paličnega magneta uporabite majhen kompas, se prikaže pravo smer od severnega pola proti južnemu. (b) - Dodajanje puščic ustvarja neprekinjene črte magnetno polje. Moč je sorazmerna z bližino linij. (c) - Če lahko pregledate notranjost magneta, bodo črte prikazane v obliki zaprtih zank

Nič ni težko uskladiti z magnetnim poljem predmeta. Najprej izračunajte moč in smer magnetnega polja na več lokacijah. Označite te točke z vektorji, usmerjenimi v smeri lokalnega magnetnega polja z velikostjo, sorazmerno z njegovo močjo. Lahko kombinirate puščice in oblikujete črte magnetnega polja. Smer na kateri koli točki bo vzporedna s smerjo najbližjih silnic, lokalna gostota pa je lahko sorazmerna z jakostjo.

Črte magnetnega polja so kot konturne črte na topografskih zemljevidih, ker kažejo nekaj neprekinjenega. Številne zakone magnetizma je mogoče oblikovati s preprostimi izrazi, kot je število poljskih linij skozi površino.

Smer magnetnih silnic, ki jo predstavlja poravnava železnih opilkov na papirju, nameščenem na paličasti magnet

Na prikaz črt vplivajo različni pojavi. Na primer, železni opilki na črti magnetnega polja ustvarjajo črte, ki ustrezajo magnetnim. Prav tako so vizualno prikazani v aurorah.

Majhen kompas, poslan v polje, je poravnan vzporedno s poljsko črto, pri čemer je severni pol usmerjen na B.

Za prikaz polj lahko uporabite miniaturne kompase. (a) - Magnetno polje krožnega tokovnega vezja je podobno magnetnemu. (b) - Dolga in ravna žica tvori polje z linijami magnetnega polja, ki ustvarjajo krožne zanke. (c) - Ko je žica v ravnini papirja, je polje videti pravokotno na papir. Upoštevajte, kateri simboli se uporabljajo za polje, ki kaže navznoter in navzven

Natančna študija magnetnih polj je pomagala izpeljati številna pomembna pravila:

• Smer magnetnega polja se dotika poljske črte na kateri koli točki v prostoru.
• Moč polja je sorazmerna z bližino črte. Prav tako je natančno sorazmerno s številom vrstic na enoto površine.
• Linije magnetnega polja nikoli ne trčijo, kar pomeni, da bo magnetno polje na kateri koli točki v prostoru edinstveno.
• Proge ostajajo neprekinjene in sledijo od severnega do južnega pola.

Zadnje pravilo temelji na dejstvu, da polov ni mogoče ločiti. In je drugačen od vrstic električno polje, v katerem sta konec in začetek označena s pozitivnimi in negativnimi naboji.

MAGNETNO POLJE. OSNOVE KONTROLE FEROSOND

Živimo v zemeljskem magnetnem polju. Manifestacija magnetnega polja je, da igla magnetnega kompasa nenehno kaže smer proti severu. enak rezultat lahko dosežemo, če iglo magnetnega kompasa postavimo med pola trajnega magneta (slika 34).

Slika 34 - Usmeritev magnetne igle blizu polov magneta

Običajno je eden od polov magneta (južni) označen s črko S, drugo - (severno) - pismo N. Slika 34 prikazuje dva položaja magnetne igle. V vsakem položaju se pritegneta nasprotna pola puščice in magneta. Zato se je smer igle kompasa spremenila takoj, ko smo jo premaknili s položaja 1 v položaj 2 . Razlog za privlačnost magneta in obrat puščice je magnetno polje. Zavrtanje puščice, ko se premika navzgor in v desno, pokaže, da je smer magnetnega polja notri različne točke prostor ne ostane nespremenjen.

Slika 35 prikazuje rezultat poskusa z magnetnim prahom, posutim na list debelega papirja, ki se nahaja nad poloma magneta. Vidi se, da delci prahu tvorijo črte.

Delci prahu, ki pridejo v magnetno polje, so magnetizirani. Vsak delec ima severni in južni pol. Delci prahu v bližini se ne vrtijo le v polju magneta, ampak se tudi držijo drug drugega in se vrstijo v vrstice. Te črte se imenujejo črte magnetnega polja.

Slika 35 Razporeditev delcev magnetnega prahu na listu papirja, ki se nahaja nad poloma magneta

Če postavite magnetno iglo blizu takšne črte, lahko vidite, da se puščica nahaja tangencialno. v številkah 1 , 2 , 3 Slika 35 prikazuje orientacijo magnetne igle na ustreznih točkah. V bližini polov je gostota magnetnega prahu večja kot na drugih točkah na listu. To pomeni, da ima tamkajšnje magnetno polje največjo vrednost. Tako je magnetno polje na vsaki točki določeno z vrednostjo količine, ki označuje magnetno polje in njegovo smer. Takšne količine imenujemo vektorji.

Jekleni del postavimo med pola magneta (slika 36). Smer poljskih linij v delu je prikazana s puščicami. V delu se bodo pojavile tudi črte magnetnega polja, le da jih bo veliko več kot v zraku.

Slika 36 Magnetiziranje dela s preprosto obliko

Dejstvo je, da jekleni del vsebuje železo, sestavljeno iz mikromagnetov, ki se imenujejo domene. Uporaba magnetnega polja na detajle vodi v dejstvo, da se začnejo orientirati v smeri tega polja in ga večkrat ojačajo. Vidimo, da sta sili v delu vzporedni med seboj, medtem ko je magnetno polje konstantno. Magnetno polje, za katerega so značilne ravne vzporedne črte sile, narisane z enako gostoto, se imenuje homogeno.

10.2 Magnetne količine

Najpomembnejša fizikalna količina, ki označuje magnetno polje, je vektor magnetne indukcije, ki ga običajno označujemo IN. Za vsako fizično količino je običajno navesti njeno dimenzijo. Torej, enota jakosti toka je Amper (A), enota magnetne indukcije je Tesla (Tl). Magnetna indukcija v magnetiziranih delih je običajno v območju od 0,1 do 2,0 T.

Magnetna igla, postavljena v enotno magnetno polje, se bo vrtela. Moment sil, ki ga obračajo okoli svoje osi, je sorazmeren z magnetno indukcijo. Magnetna indukcija označuje tudi stopnjo magnetiziranosti materiala. Črte sile, prikazane na slikah 34, 35, označujejo spremembo magnetne indukcije v zraku in materialu (podrobnosti).

Magnetna indukcija določa magnetno polje na vsaki točki v prostoru. Za karakterizacijo magnetnega polja na neki površini (na primer v ravnini prečni prerez podrobnosti), se uporablja še en fizična količina, ki se imenuje magnetni tok in je označen Φ.

Naj bo enakomerno magnetiziran del (slika 36) označen z vrednostjo magnetne indukcije IN, je površina preseka dela enaka S, potem je magnetni tok določen s formulo:

enota magnetni tok- Weber (Wb).

Razmislite o primeru. Magnetna indukcija v delu je 0,2 T, površina preseka je 0,01 m 2. Potem je magnetni tok 0,002 Wb.

Dolgo valjasto železno palico postavimo v enotno magnetno polje. Naj os simetrije palice sovpada s smerjo silnih linij. Potem bo palica skoraj povsod enakomerno magnetizirana. Magnetna indukcija v palici bo veliko večja kot v zraku. Razmerje magnetne indukcije v materialu B m na magnetno indukcijo v zraku v notranjosti imenujemo magnetna prepustnost:

μ=B m / B in. (10.2)

Magnetna prepustnost je brezdimenzionalna količina. Za različne vrste jekla se magnetna prepustnost giblje od 200 do 5000.

Magnetna indukcija je odvisna od lastnosti materiala, kar otežuje tehnične izračune magnetnih procesov. Zato je bila uvedena pomožna količina, ki ni odvisna od magnetne lastnosti material. Imenuje se vektor magnetnega polja in je označen H. Enota za jakost magnetnega polja je amper/meter (A/m). Pri nedestruktivnem magnetnem testiranju delov se jakost magnetnega polja spreminja od 100 do 100.000 A/m.

Med magnetno indukcijo v notranjosti in jakost magnetnega polja H v zraku je preprosto razmerje:

В в =μ 0 H, (10,3)

kje μ 0 = 4π 10 –7 Henry/meter - magnetna konstanta.

Moč magnetnega polja in magnetna indukcija v materialu sta povezani z razmerjem:

B=μμ 0 H (10,4)

Moč magnetnega polja H - vektor. Pri testiranju fluxgate je potrebno določiti komponente tega vektorja na površini dela. Te komponente je mogoče določiti s sliko 37. Tukaj je površina dela vzeta kot ravnina xy, os z pravokotno na to ravnino.

Slika 1.4 z vrha vektorja H padel pravokotno na ravnino x, y. Od izhodišča koordinat do presečišča pravokotnice in ravnine se nariše vektor H  ki se imenuje tangencialna komponenta jakosti magnetnega polja vektorja H . Spuščanje navpičnic iz vrha vektorja H na osi x in y, definiraj projekcije H x in h y vektor H. Projekcija H na os z imenujemo normalna komponenta jakosti magnetnega polja H n . Pri magnetnem testiranju se najpogosteje merita tangencialna in normalna komponenta jakosti magnetnega polja.

Slika 37 Vektor magnetnega polja in njegova projekcija na površino dela

10.3 Magnetna krivulja in histerezna zanka

Poglejmo spremembo magnetne indukcije prvotno razmagnetiziranega feromagnetnega materiala s postopnim povečevanjem jakosti zunanjega magnetnega polja. Graf, ki odraža to odvisnost, je prikazan na sliki 38 in se imenuje začetna krivulja magnetizacije. V območju šibkih magnetnih polj je naklon te krivulje relativno majhen, nato pa se začne povečevati in doseže največjo vrednost. Pri še višjih vrednostih jakosti magnetnega polja se naklon zmanjša, tako da postane sprememba magnetne indukcije z naraščanjem polja nepomembna - pride do magnetne nasičenosti, za katero je značilna vrednost B S. Slika 39 prikazuje odvisnost magnetne permeabilnosti od jakosti magnetnega polja. Za to odvisnost sta značilni dve vrednosti: začetna μ n in največja μ m magnetna prepustnost. V območju močnih magnetnih polj se prepustnost zmanjšuje z naraščanjem polja. Z nadaljnjim povečanjem zunanjega magnetnega polja se magnetizacija vzorca praktično ne spremeni, magnetna indukcija pa raste le zaradi zunanjega polja .

Slika 38 Začetna krivulja magnetiziranja

Slika 39 Odvisnost prepustnosti od jakosti magnetnega polja

Indukcija magnetne nasičenosti B S odvisno predvsem od kemična sestava materiala in za konstrukcijska in električna jekla je 1,6-2,1 T. Magnetna prepustnost ni odvisna le od kemične sestave, temveč tudi od toplotne in mehanske obdelave.

.

Slika 40 Mejna (1) in delna (2) histerezna zanka

Glede na velikost prisilne sile se magnetni materiali delijo na mehke magnetne (H c< 5 000 А/м) и магнитотвердые (H c >5 000 A/m).

Za mehke magnetne materiale so za dosego nasičenosti potrebna razmeroma majhna polja. Trde magnetne materiale je težko magnetizirati in ponovno magnetizirati.

Večina konstrukcijskih jekel je mehkih magnetnih materialov. Za električno jeklo in posebne zlitine je prisilna sila 1-100 A / m, za konstrukcijska jekla - ne več kot 5.000 A / m. V priloženih napravah z trajni magneti Uporabljajo se trdi magnetni materiali.

Med obratom magnetizacije je material ponovno nasičen, vendar ima vrednost indukcije drugačen predznak (– B S), ki ustreza negativni jakosti magnetnega polja. Z naknadnim povečanjem jakosti magnetnega polja proti pozitivnim vrednostim se bo indukcija spremenila vzdolž druge krivulje, imenovane naraščajoča veja zanke. Obe veji: padajoča in naraščajoča, tvorita zaprto krivuljo, imenovano omejevalna magnetna histerezna zanka. Mejna zanka ima simetrično obliko in ustreza največji vrednosti magnetne indukcije, enaki B S. S simetrično spremembo jakosti magnetnega polja v manjših mejah se bo indukcija spremenila po novi zanki. Ta zanka je v celoti nameščena znotraj mejne zanke in se imenuje simetrična delna zanka (slika 40).

Parametri omejevalne magnetne histerezne zanke igrajo pomembno vlogo pri nadzoru fluxgate. Pri visokih vrednostih preostale indukcije in koercivne sile je mogoče izvesti nadzor s predmagnetizacijo materiala dela do nasičenosti, čemur sledi izklop vira polja. Magnetizacija dela bo zadostovala za odkrivanje napak.

Hkrati pa pojav histereze vodi v potrebo po nadzoru magnetnega stanja. V odsotnosti demagnetizacije je material dela lahko v stanju, ki ustreza indukciji - B r . Nato z vklopom magnetnega polja pozitivne polarnosti, na primer enakega Hc, del lahko celo razmagnetizirate, čeprav naj bi ga magnetizirali mi.

Pomen ima tudi magnetno prepustnost. Bolj μ , nižja je zahtevana vrednost jakosti magnetnega polja za magnetiziranje dela. Zato Tehnične specifikacije magnetna naprava mora biti skladna z magnetnimi parametri preskusnega predmeta.

10.4 Magnetno razpršeno polje napak

Magnetno polje okvarjenega dela ima svoje značilnosti. Vzemite magnetiziran jekleni obroč (del) z ozko režo. To vrzel je mogoče obravnavati kot napako dela. Če obroč pokrijete s listom papirja, napolnjenim z magnetnim prahom, lahko vidite sliko, podobno sliki, prikazani na sliki 35. List papirja se nahaja zunaj obroča, medtem pa se delci prahu vrstijo vzdolž določenih črt. Tako silnice magnetnega polja delno prehajajo izven dela in tečejo okoli napake. Ta del magnetnega polja imenujemo defektno razpadajoče polje.

Slika 41 prikazuje dolgo razpoko v delu, ki se nahaja pravokotno na črte magnetnega polja, in vzorec silnic v bližini okvare.

Slika 41 Pretok površinske razpoke s silami

Vidi se, da se linije magnetnega polja tečejo okoli razpoke znotraj dela in zunaj njega. Nastanek razpadlega magnetnega polja zaradi podzemne napake lahko razložimo s sliko 42, ki prikazuje prerez magnetiziranega dela. Črte magnetne indukcije se nanašajo na enega od treh odsekov preseka: nad napako, v območju napake in pod napako. Produkt magnetne indukcije in površine preseka določa magnetni tok. Komponente celotnega magnetnega toka v teh območjih so označene kot Φ 1 ,.., Del magnetnega toka F 2, bo tekla nad in pod odsekom S2. Zato so magnetni tokovi v prerezih S1 in S3 bo večji kot pri delu brez napak. Enako lahko rečemo o magnetni indukciji. Druga pomembna značilnost sil magnetne indukcije je njihova ukrivljenost nad in pod napako. Posledica tega je, da nekatere črte sile izstopijo iz dela in ustvarijo magnetno potepuško polje okvare.

3 .

Slika 42 Razpršeno polje podzemne napake

Potepuško magnetno polje je mogoče kvantificirati z magnetnim tokom, ki zapušča del, kar imenujemo potepuški tok. Magnetni tok puščanja je večji, večji je magnetni tok Φ2 v razdelku S2. Površina prečnega prereza S2 sorazmerno s kosinusom kota  , prikazano na sliki 42. Pri  = 90° je to območje enako nič, pri  =0° to je najbolj pomembno.

Tako je za odkrivanje napak potrebno, da so magnetne indukcijske sile v kontrolnem območju dela pravokotne na ravnino domnevne napake.

Porazdelitev magnetnega toka po delu okvarjenega dela je podobna porazdelitvi vodnega toka v kanalu z pregrado. Višina valov v območju popolnoma potopljene pregrade bo večja, čim bližje je greben pregrade vodni površini. Podobno je podpovršinsko napako dela lažje zaznati, manjša je globina njenega pojavljanja.

10.5 Odkrivanje napak

Za odkrivanje okvar je potrebna naprava, ki omogoča določitev značilnosti razpršenega polja napak. To magnetno polje je mogoče določiti iz komponent H x, H y, H z.

Vendar pa lahko razpadla polja povzročijo ne le napaka, ampak tudi drugi dejavniki: strukturna nehomogenost kovine, ostra sprememba preseka (podrobno kompleksna oblika), obdelava, udarci, hrapavost površine itd. Zato je analiza odvisnosti celo ene projekcije (npr. hz) iz prostorske koordinate ( x oz y) je lahko težka naloga.

Razmislite o razpadajočem magnetnem polju v bližini okvare (slika 43). Tukaj je prikazana idealizirana neskončno dolga razpoka z gladkimi robovi. Vzdolž osi je podolgovata y, ki je na sliki usmerjena proti nam. Številke 1, 2, 3, 4 prikazujejo, kako se spreminjata velikost in smer vektorja jakosti magnetnega polja, ko se razpoki približamo z leve strani.

Slika 43 Razpadlo magnetno polje v bližini okvare

Magnetno polje se meri na neki razdalji od površine dela. Pot, vzdolž katere se merijo, je prikazana s pikčasto črto. Velikosti in smeri vektorjev desno od razpoke lahko konstruiramo na podoben način (ali uporabimo simetrijo slike). Desno od slike potečenega polja je primer prostorske lege vektorja H in dve njegovi komponenti H x in hz . Grafi odvisnosti od projekcij H x in hz stranskih polj iz koordinate x prikazano spodaj.

Zdi se, da je pri iskanju ekstrema H x ali nič H z mogoče najti napako. Toda, kot je bilo omenjeno zgoraj, razpadla polja nastanejo ne le zaradi napak, ampak tudi zaradi strukturnih nehomogenosti kovine, sledi mehanskih vplivov itd.

Oglejmo si poenostavljeno sliko nastajanja potepajočih polj na enostavnem delu (slika 44), ki je podobna tisti, ki je prikazana na sliki 41, in grafe projekcijskih odvisnosti H z, H x iz koordinate x(defekt je podolgovati vzdolž osi y).

Grafi odvisnosti H x in hz od x napako je zelo težko odkriti, saj so vrednosti ekstremov H x in hz nad napako in nad nehomogenostmi sta primerljiva.

Izhod je bil najden, ko je bilo ugotovljeno, da je na območju okvare največja hitrost sprememba (strmina) jakosti magnetnega polja neke koordinate je večja od drugih maksimumov.

Slika 44 kaže, da je največji naklon grafa H z (x) med točkami x 1 in x2(tj. v območju okvare) je veliko večja kot na drugih mestih.

Tako mora naprava meriti ne projekcijo jakosti polja, temveč "hitrost" njene spremembe, tj. razmerje projekcijske razlike na dveh sosednjih točkah nad površino dela in razdaljo med tema točkama:

(10.5)

kje H z (x 1), H z (x 2)- vrednosti vektorskih projekcij H na os z na točkah x 1, x 2(levo in desno od okvare), Gz(x) običajno imenujemo gradient magnetnega polja.

Zasvojenost Gz(x) prikazano na sliki 44. Razdalja Dx \u003d x 2 - x 1 med točkami, na katerih se merijo vektorske projekcije H na os z, se izbere ob upoštevanju dimenzij razpršenega polja napak.

Kot izhaja iz slike 44, kar se dobro ujema s prakso, je vrednost gradienta nad defektom bistveno večja od njegove vrednosti nad nehomogenostmi kovine dela. To je tisto, kar omogoča zanesljivo registracijo napake s prekoračitvijo mejne vrednosti z gradientom (slika 44).

Z izbiro zahtevane mejne vrednosti je mogoče zmanjšati regulacijske napake na minimalne vrednosti.

Slika 44 Silne črte magnetnega polja defekta in nehomogenosti kovinskega dela.

10.6 Metoda ferosonde

Metoda fluxgate temelji na merjenju gradienta jakosti razpadlega magnetnega polja, ki nastane zaradi napake v magnetiziranem izdelku z napravo fluxgate, in primerjavi rezultata meritve s pragom.

Zunaj nadzorovanega dela je določeno magnetno polje, ki se ustvari, da ga magnetizira. Uporaba detektorja napak - gradiometra zagotavlja izbiro signala, ki ga povzroči napaka, v ozadju precej velike komponente jakosti magnetnega polja, ki se počasi spreminja v prostoru.

Detektor napak s fluxgate uporablja pretvornik, ki se odziva na gradientno komponento normalne komponente jakosti magnetnega polja na površini dela. Pretvornik za detektor napak vsebuje dve vzporedni palici iz posebne mehke magnetne zlitine. Med pregledom so palice pravokotne na površino dela, t.j. so vzporedne z normalno komponento jakosti magnetnega polja. Palice imajo enaka navitja, skozi katera teče izmenični tok. Ta navitja so povezana zaporedno. Izmenični tok ustvarja spremenljive komponente jakosti magnetnega polja v palicah. Te komponente sovpadajo po velikosti in smeri. Poleg tega je na mestu vsake palice konstantna komponenta jakosti magnetnega polja dela. vrednost Δx, ki je vključena v formulo (10.5), je enaka razdalji med osema palic in se imenuje osnova pretvornika. Izhodna napetost pretvornika je določena z razliko med izmeničnimi napetostmi na navitjih.

Pretvornik detektorja napak postavimo na odsek dela brez napake, kjer so vrednosti jakosti magnetnega polja na točkah x 1; x 2(glej formulo (10.5)) so enaki. To pomeni, da je gradient jakosti magnetnega polja nič. Potem bodo enake konstantne in spremenljive komponente magnetnega polja delovale na vsako palico pretvornika. Te komponente bodo enako remagnetizirale palice, zato so napetosti na navitjih med seboj enake. Razlika napetosti, ki definira izhodni signal, je nič. Tako se pretvornik detektorja napak ne odziva na magnetno polje, če ni gradienta.

Če gradient jakosti magnetnega polja ni enak nič, bodo palice v istem izmeničnem magnetnem polju, vendar bodo konstantne komponente različne. Vsaka palica se remagnetizira z izmeničnim tokom navitja iz stanja z magnetno indukcijo - V S na + V S Po zakonu elektromagnetne indukcije se napetost na navitju lahko pojavi le, ko se magnetna indukcija spremeni. Zato obdobje nihanja izmenični tok lahko razdelimo na intervale, ko je palica v nasičenju in je zato napetost na navitju nič, in na časovne intervale, ko ni nasičenja, kar pomeni, da je napetost drugačna od nič. V tistih časovnih obdobjih, ko obe palici nista magnetizirani do nasičenosti, se na navitjih pojavijo enake napetosti. V tem trenutku je izhodni signal nič. Enako se bo zgodilo pri hkratni nasičenosti obeh palic, ko na navitjih ni napetosti. Izhodna napetost se pojavi, ko je eno jedro v nasičenem stanju, drugo pa v nenasičenem stanju.

Sočasno delovanje konstantnih in spremenljivih komponent jakosti magnetnega polja vodi v dejstvo, da je vsako jedro v enem nasičenem stanju več kot dolgo časa kot v drugem. Daljša nasičenost ustreza seštevanju konstantnih in spremenljivih komponent jakosti magnetnega polja, krajši - odštevanju. Razlika med časovnimi intervali, ki ustrezajo vrednostim magnetne indukcije + V S In - V S, odvisno od jakosti konstantnega magnetnega polja. Razmislite o stanju z magnetno indukcijo + V S na dveh pretvorniških palicah. Različne vrednosti jakosti magnetnega polja na točkah x 1 in x 2 bo ustrezalo drugačnemu trajanju intervalov magnetne nasičenosti palic. Večja kot je razlika med temi vrednostmi jakosti magnetnega polja, bolj se časovni intervali razlikujejo. V tistih časovnih obdobjih, ko je ena palica nasičena, druga pa nenasičena, se pojavi izhodna napetost pretvornika. Ta napetost je odvisna od gradienta jakosti magnetnega polja.

Magnetno polje, kaj je to? - posebna vrsta snovi;
Kje obstaja? - premikanje okoli električni naboji(vključno okoli prevodnika s tokom)
Kako odkriti? - z uporabo magnetne igle (ali železnih opilkov) ali z njenim delovanjem na prevodnik s tokom.

Oerstedova izkušnja:

Magnetna igla se obrne, če električna energija začne teči skozi prevodnik. trenutno, ker Okoli prevodnika s tokom se oblikuje magnetno polje.

Interakcija dveh prevodnikov s tokom:

Vsak prevodnik s tokom ima okoli sebe svoje magnetno polje, ki deluje z neko silo na sosednji prevodnik.

Odvisno od smeri tokov se lahko prevodniki med seboj privlačijo ali odbijajo.

spomni se preteklosti študijsko leto:

MAGNETNE LINIJE (ali sicer črte magnetne indukcije)

Kako upodobiti magnetno polje? - s pomočjo magnetnih linij;
Magnetne črte, kaj je to?

To so namišljene črte, vzdolž katerih so magnetne igle nameščene v magnetnem polju. Magnetne črte lahko potegnemo skozi katero koli točko magnetnega polja, imajo smer in so vedno zaprte.

Pomislite na lansko šolsko leto:

NEHOMOGENE MAGNETNO POLJE

Značilnosti nehomogenega magnetnega polja: magnetne črte so ukrivljene; ​​gostota magnetnih črt je različna; sila, s katero magnetno polje deluje na magnetno iglo, je na različnih točkah tega polja različna po velikosti in smeri.

Kje obstaja nehomogeno magnetno polje?

Okoli ravnega vodnika s tokom;

Magnet okrog palice;

Okoli solenoida (tuljave s tokom).

HOMOGENO MAGNETNO POLJE

Značilnosti homogenega magnetnega polja: magnetne črte so vzporedne ravne črte, gostota magnetnih črt je povsod enaka; sila, s katero magnetno polje deluje na magnetno iglo, je enaka na vseh točkah tega polja v smeri velikosti.

Kje obstaja enotno magnetno polje?
- znotraj magneta palice in znotraj solenoida, če je njegova dolžina veliko večja od premera.

ZANIMIVO

Sposobnost železa in njegovih zlitin, da se močno magnetizirajo, izgine pri segrevanju na visoko temperaturo. Čisto železo izgubi to sposobnost, ko se segreje na 767 ° C.

Močni magneti, ki se uporablja v številnih sodobnih izdelkih, lahko vpliva na delovanje srčnih spodbujevalnikov in implantiranih srčnih naprav pri srčnih bolnikih. Običajni železni ali feritni magneti, ki jih zlahka ločimo po dolgočasni sivi barvi, imajo malo moči in ne skrbijo.
Vendar pa je bilo v zadnjem času zelo močni magneti- briljantne srebrne barve in predstavlja zlitino neodima, železa in bora. Magnetno polje, ki ga ustvarjajo, je zelo močno, zato se pogosto uporabljajo v računalniških diskih, slušalkah in zvočnikih, pa tudi v igračah, nakitu in celo oblačilih.

Nekoč na cestah glavnega mesta Mallorca se je pojavila francoska vojaška ladja "La Rolain". Njegovo stanje je bilo tako bedno, da je ladja sama komaj prišla do priveza.Ko so se na ladjo vkrcali francoski znanstveniki, med katerimi je bil tudi dvaindvajsetletni Arago, se je izkazalo, da je ladjo uničila strela. Medtem ko je komisija pregledovala ladjo in zmajevala z glavami ob pogledu na zgorele jambore in nadgradnje, je Arago pohitel k kompasu in videl, kar je pričakoval: igle kompasa so kazale v različne smeri ...

Leto pozneje, ko je kopal po ostankih genoveške ladje, ki je strmoglavila blizu Alžira, je Arago odkril, da so igle kompasa razmagnetizirane. Ladja se je peljala proti jugu proti skalam, ki jo je zavedel magnetni kompas, ki ga je udarila strela.

V. Kartsev. Magnet za tri tisočletja.

Magnetni kompas je bil izumljen na Kitajskem.
Že pred 4000 leti so prikolice vzele s seboj glinen vrč in "poskrbel zanj na cesti bolj kot za vse vaše drage tovore." V njej je na površini tekočine na lesenem plovcu ležal kamen, ki ljubi železo. Lahko se je obrnil in ves čas kazal na popotnike v smeri juga, kar jim je v odsotnosti sonca pomagalo iti do vodnjakov.
Na začetku naše dobe so se Kitajci naučili izdelati umetne magnete z magnetiziranjem železne igle.
In šele tisoč let pozneje so Evropejci začeli uporabljati magnetizirano iglo kompasa.

MAGNETNO POLJE ZEMLJE

Zemlja je velik trajni magnet.
Južni magnetni pol, čeprav se po zemeljskih merilih nahaja v bližini severnega geografskega pola, ju kljub temu loči približno 2000 km.
Na površini Zemlje obstajajo ozemlja, kjer je njegovo lastno magnetno polje močno izkrivljeno zaradi magnetnega polja železove rude, ki se pojavlja v plitvi globini. Eno od teh ozemelj je Kurska magnetna anomalija, ki se nahaja v regiji Kursk.

Magnetna indukcija zemeljskega magnetnega polja je le okoli 0,0004 tesle.
___

Na magnetno polje Zemlje vpliva povečana sončna aktivnost. Približno enkrat na 11,5 let se toliko poveča, da je radijska komunikacija motena, počutje ljudi in živali se poslabša, igle kompasa pa začnejo nepredvidljivo "plesati" od strani do strani. V tem primeru pravijo, da prihaja magnetna nevihta. Običajno traja od nekaj ur do nekaj dni.

Zemljino magnetno polje občasno spremeni svojo orientacijo, pri čemer povzroči tako sekularna nihanja (trajajo 5–10 tisoč let) kot tudi popolnoma preusmeritev, t.j. obračanje magnetnih polov (2–3 krat na milijon let). Na to kaže magnetno polje oddaljenih epoh, "zamrznjeno" v sedimentnih in vulkanskih kamninah. Obnašanja geomagnetnega polja ne moremo imenovati kaotičnega, sledi nekakšen "urnik".

Smer in velikost geomagnetnega polja določajo procesi, ki potekajo v Zemljinem jedru. Značilen čas obračanja polarnosti, ki ga določa notranje trdno jedro, je od 3 do 5 tisoč let, določen z zunanjim tekočim jedrom pa je približno 500 let. Ti časi lahko pojasnijo opazovano dinamiko geomagnetnega polja. Računalniško modeliranje ob upoštevanju različnih znotrajzemeljskih procesov je pokazal možnost preobrata magnetnega polja v približno 5 tisoč letih.

FOKUSI Z MAGNETIMA

"Temelj čarov ali mehanska, optična in fizična omara gospoda Gamuletskega de Colla" slavnega ruskega iluzionista Gamuletskega, ki je obstajal do leta 1842, je med drugim zaslovel tudi po tem, da se obiskovalci vzpenjajo po stopnicah, okrašeni z kandelabri in preprogami preprogami še od daleč opazili zgornja platforma stopnice, pozlačena figura angela, izdelana v naravni človeški rasti, ki je lebdela v vodoravnem položaju nad vrati pisarne, ne da bi bila obešena ali podprta. Vsak se je lahko prepričal, da figura ni imela nobenih podpor. Ko so obiskovalci vstopili na ploščad, je angel dvignil roko, prinesel rog k ustim in zaigral nanj, pri čemer je premikal prste na najbolj naraven način. Deset let, je dejal Gamuletsky, sem si prizadeval najti točko in težo magneta in železa, da bi angela obdržal v zraku. Poleg dela sem za ta čudež porabil veliko denarja.

V srednjem veku so bile tako imenovane »poslušne ribe«, narejene iz lesa, zelo pogosta iluzijska številka. Plavali so v bazenu in ubogali že najmanjši mah čarovnikove roke, zaradi česar so se premikali v najrazličnejše smeri. Skrivnost trika je bila izjemno preprosta: v rokavu čarovnika je bil skrit magnet, v glave rib pa so bili vstavljeni koščki železa.
Časovno so nam bile bližje manipulacije Angleža Jonasa. Njegova podpisna številka: Jonas je nekaj gledalcev povabil, naj uro postavijo na mizo, nakar je, ne da bi se dotaknil ure, samovoljno spremenil položaj kazalcev.
Sodobno utelešenje takšne ideje so elektromagnetne sklopke, dobro znane električarjem, s pomočjo katerih je mogoče vrteti naprave, ki jih od motorja loči nekakšna ovira, na primer stena.

Sredi 80-ih let 19. stoletja se je razširila govorica o znanstvenem slonu, ki ni znal le seštevati in odštevati, temveč celo množiti, deliti in izločati korenine. To je bilo storjeno na naslednji način. Trener je na primer vprašal slona: "Koliko je sedem osem?" Pred slonom je bila tabla s številkami. Po vprašanju je slon vzel kazalec in samozavestno pokazal številko 56. Na enak način sta bila izvedena delitev in ekstrakcija. kvadratni koren. Trik je bil dovolj preprost: pod vsako številko na tabli je bil skrit majhen elektromagnet. Ko je bilo slonu postavljeno vprašanje, je bil tok uporabljen na navitju magneta, ki se nahaja, kar pomeni pravilen odgovor. Železni kazalec v slonovem rilu je sam pritegnil pravo številko. Odgovor je prišel samodejno. Kljub preprostosti tega treninga je skrivnost trika dolgo časa ni mogel ugotoviti, in "učeni slon" je bil velik uspeh.