Vad är magnetfältslinjer. Ett magnetfält

Utan tvekan, kraftlinjer magnetiskt fältär nu kända för alla. Åtminstone, även i skolan, demonstreras deras manifestation i fysiklektionerna. Kommer du ihåg hur läraren placerade en permanentmagnet (eller till och med två, som kombinerade orienteringen av deras poler) under ett pappersark, och ovanpå det hällde han metallspån som togs i arbetsrummet? Det är helt klart att metallen måste hållas på plåten, men något konstigt observerades - linjer spårades tydligt längs vilka sågspån radade sig. Lägg märke till - inte jämnt, utan i ränder. Dessa är de magnetiska fältlinjerna. Eller snarare, deras manifestation. Vad hände då och hur kan det förklaras?

Låt oss börja på långt håll. Tillsammans med oss ​​i den fysiska världen samexisterar det synliga speciell sort materia - magnetfält. Det ger interaktion mellan att röra sig elementarpartiklar eller större kroppar som har en elektrisk laddning eller naturlig elektrisk och inte bara är sammankopplade med varandra, utan genererar ofta sig själva. Till exempel en tråd som bär elektricitet skapar ett magnetfält runt sig. Det omvända är också sant: verkan av alternerande magnetiska fält på en sluten ledande krets skapar en rörelse av laddningsbärare i den. Den senare egenskapen används i generatorer som levererar elektrisk energi till alla konsumenter. Ett slående exempel på elektromagnetiska fält är ljus.

Magnetfältets kraftlinjer runt ledaren roterar eller, vilket också är sant, kännetecknas av en riktad vektor av magnetisk induktion. Rotationsriktningen bestäms av gimletregeln. De angivna linjerna är en konvention, eftersom fältet sprids jämnt i alla riktningar. Saken är att den kan representeras som ett oändligt antal linjer, av vilka några har en mer uttalad spänning. Det är därför vissa "linjer" är tydligt spårade i och sågspån. Intressant nog bryts magnetfältets kraftlinjer aldrig, så det är omöjligt att entydigt säga var början är och var slutet är.

Vid permanentmagnet (eller liknande elektromagnet) är det alltid två poler som har tagit emot konventionella namn Norr och söder. Linjerna som nämns i detta fall är ringar och ovaler som förbinder båda polerna. Ibland beskrivs detta i termer av samverkande monopoler, men då uppstår en motsägelse, enligt vilken monopolerna inte kan separeras. Det vill säga att varje försök att dela magneten kommer att resultera i flera bipolära delar.

Av stort intresse är egenskaperna hos kraftlinjer. Vi har redan pratat om kontinuitet, men möjligheten att skapa en elektrisk ström i en ledare är av praktiskt intresse. Innebörden av detta är följande: om den ledande kretsen korsas av linjer (eller själva ledaren rör sig i ett magnetiskt fält), så tillförs ytterligare energi till elektronerna i de yttre banorna av materialets atomer, vilket tillåter dem att börja oberoende riktad rörelse. Man kan säga att magnetfältet verkar "slå ut" laddade partiklar från kristallgitter. Detta fenomen har fått ett namn elektromagnetisk induktion och är för närvarande det huvudsakliga sättet att få primär elektrisk energi. Den upptäcktes experimentellt 1831 av den engelske fysikern Michael Faraday.

Studiet av magnetfält började redan 1269, när P. Peregrine upptäckte samspelet mellan en sfärisk magnet och stålnålar. Nästan 300 år senare föreslog W. G. Colchester att han själv var en enorm magnet med två poler. Ytterligare magnetiska fenomen studerat av sådana kända forskare som Lorentz, Maxwell, Ampère, Einstein, etc.

> Magnetiska fältlinjer

Hur man avgör magnetiska fältlinjer: ett diagram över styrkan och riktningen för magnetfältlinjer, med hjälp av en kompass för att bestämma magnetpolerna, ritning.

Magnetiska fältlinjer användbar för att visuellt visa styrkan och riktningen av ett magnetfält.

Lärande uppgift

• Korrelera styrkan hos magnetfältet med densiteten hos magnetfältets linjer.

Nyckelord

• Riktningen på det magnetiska fältet visar kompassnålarna som rör vid magnetfältslinjerna vid valfri specificerad punkt.
• Styrkan hos B-fältet är omvänt proportionell mot avståndet mellan linjerna. Den är också exakt proportionell mot antalet linjer per ytenhet. En linje korsar aldrig en annan.
• Magnetfältet är unikt vid varje punkt i rymden.
• Linjerna avbryts inte och skapar slutna slingor.
• Linjerna sträcker sig från norr till sydpolen.

Villkor

• Magnetfältslinjer är en grafisk representation av ett magnetfälts storlek och riktning.
• B-fält är en synonym för magnetfält.

Magnetiska fältlinjer

Som barn sägs Albert Einstein ha älskat att titta på kompassen och tänka på hur nålen kände kraft utan direkt fysisk kontakt. Djupt tänkande och seriöst intresse ledde till att barnet växte upp och skapade sin revolutionära relativitetsteori.

Eftersom magnetiska krafter påverkar avstånd, beräknar vi magnetiska fält för att representera dessa krafter. Linjegrafik är användbar för att visualisera styrkan och riktningen av ett magnetfält. Förlängningen av linjerna indikerar nordorienteringen av kompassnålen. Det magnetiska kallas B-fältet.

(a) - Om en liten kompass används för att jämföra magnetfältet runt en stångmagnet, kommer det att visas rätt riktning från nordpolen till söder. (b) - Lägga till pilar skapar kontinuerliga linjer magnetiskt fält. Styrkan är proportionell mot linjernas närhet. (c) - Om du kan undersöka insidan av magneten, kommer linjerna att visas i form av slutna slingor

Det är inget svårt att matcha ett objekts magnetfält. Beräkna först styrkan och riktningen för magnetfältet på flera platser. Markera dessa punkter med vektorer som pekar i det lokala magnetfältets riktning med en storlek som är proportionell mot dess styrka. Du kan kombinera pilar och bilda magnetfältslinjer. Riktningen vid vilken punkt som helst kommer att vara parallell med riktningen för de närmaste fältlinjerna, och den lokala densiteten kan vara proportionell mot styrkan.

Magnetiska fältlinjer är som konturlinjer på topografiska kartor eftersom de visar något kontinuerligt. Många av magnetismens lagar kan formuleras i enkla termer, som antalet fältlinjer genom en yta.

Riktning av magnetfältslinjer, representerade av inriktningen av järnspån på papper placerat ovanför en stångmagnet

Olika fenomen påverkar visningen av linjer. Till exempel skapar järnspån på en magnetfältlinje linjer som motsvarar magnetiska. De visas också visuellt i norrsken.

En liten kompass som skickas in i fältet ligger parallellt med fältlinjen, med nordpolen pekar mot B.

Miniatyrkompasser kan användas för att visa fält. (a) - Magnetfältet i den cirkulära strömkretsen liknar ett magnetiskt. (b) - En lång och rak tråd bildar ett fält med magnetfältslinjer som skapar cirkulära slingor. (c) - När tråden är i papprets plan visas fältet vinkelrätt mot papperet. Notera vilka symboler som används för rutan som pekar in och ut

En detaljerad studie av magnetfält hjälpte till att härleda ett antal viktiga regler:

• Riktningen på det magnetiska fältet berör fältlinjen när som helst i rymden.
• Fältets styrka är proportionell mot linjens närhet. Den är också exakt proportionell mot antalet linjer per ytenhet.
• Magnetfältets linjer kolliderar aldrig, vilket innebär att magnetfältet när som helst i rymden kommer att vara unikt.
• Linjerna förblir sammanhängande och följer från norr till sydpolen.

Den sista regeln bygger på att stolparna inte går att separera. Och det skiljer sig från raderna elektriskt fält, där slutet och början markeras av positiva och negativa laddningar.

ETT MAGNETISKT FÄLT. GRUNDERNA FÖR FERROSONDKONTROLL

Vi lever i jordens magnetfält. Manifestationen av magnetfältet är att magnetkompassens nål hela tiden visar riktningen mot norr. Samma resultat kan erhållas genom att placera den magnetiska kompassnålen mellan polerna på en permanentmagnet (Figur 34).

Figur 34 - Orientering av magnetnålen nära magnetens poler

Vanligtvis är en av magnetens poler (söder) betecknad med bokstaven S, en annan - (norrlig) - bokstav N. Figur 34 visar två positioner för den magnetiska nålen. I varje position attraheras de motsatta polerna av pilen och magneten. Därför ändrades kompassnålens riktning så fort vi flyttade den från positionen 1 på plats 2 . Anledningen till attraktionen till magneten och pilens vändning är magnetfältet. Att vrida pilen när den rör sig uppåt och åt höger visar att magnetfältets riktning in olika punkter utrymmet förblir inte oförändrat.

Figur 35 visar resultatet av ett experiment med magnetiskt pulver stänkt på ett ark tjockt papper, som är placerat ovanför en magnets poler. Det kan ses att pulverpartiklarna bildar linjer.

Pulverpartiklar, som kommer in i ett magnetfält, magnetiseras. Varje partikel har en nord- och sydpol. Närliggande pulverpartiklar roterar inte bara i magnetens fält, utan fastnar också vid varandra och ställer sig i rad. Dessa linjer kallas magnetfältslinjer.

Figur 35 Arrangemang av magnetiska pulverpartiklar på ett pappersark ovanför polerna på en magnet

Genom att placera en magnetisk nål nära en sådan linje kan du se att pilen är placerad tangentiellt. i antal 1 , 2 , 3 Figur 35 visar orienteringen av den magnetiska nålen vid motsvarande punkter. Nära polerna är det magnetiska pulvrets densitet större än vid andra punkter på arket. Det betyder att magnituden på magnetfältet där har ett maximalt värde. Således bestäms magnetfältet vid varje punkt av värdet på den kvantitet som kännetecknar magnetfältet och dess riktning. Sådana storheter kallas vektorer.

Låt oss placera ståldelen mellan magnetens poler (Figur 36). Riktningen för fältlinjerna i delen visas med pilar. Magnetiska fältlinjer kommer också att dyka upp i delen, bara det kommer att finnas mycket fler av dem än i luften.

Figur 36 Magnetisera en del med en enkel form

Faktum är att ståldelen innehåller järn, bestående av mikromagneter, som kallas domäner. Appliceringen av ett magnetiseringsfält på detaljen leder till att de börjar orientera sig i detta fälts riktning och förstärker det många gånger om. Man kan se att kraftlinjerna i delen är parallella med varandra, medan magnetfältet är konstant. Ett magnetfält, som kännetecknas av raka parallella kraftlinjer som dras med samma densitet, kallas homogent.

10.2 Magnetiska mängder

Den viktigaste fysiska storheten som kännetecknar magnetfältet är den magnetiska induktionsvektorn, som vanligtvis betecknas PÅ. För varje fysisk storhet är det vanligt att ange dess dimension. Så enheten för strömstyrka är Ampere (A), enheten för magnetisk induktion är Tesla (Tl). Magnetisk induktion i magnetiserade delar ligger vanligtvis i intervallet från 0,1 till 2,0 T.

En magnetisk nål placerad i ett enhetligt magnetfält kommer att rotera. Momentet av krafter som vrider den runt sin axel är proportionell mot den magnetiska induktionen. Magnetisk induktion kännetecknar också graden av magnetisering av materialet. Kraftlinjerna som visas i figurerna 34, 35 karakteriserar förändringen i magnetisk induktion i luft och material (detaljer).

Magnetisk induktion bestämmer magnetfältet vid varje punkt i rymden. För att karakterisera magnetfältet på någon yta (till exempel i planet tvärsnitt detaljer), används en annan fysisk kvantitet, som kallas det magnetiska flödet och betecknas Φ.

Låt en likformigt magnetiserad del (Figur 36) karakteriseras av värdet av magnetisk induktion PÅ, är delens tvärsnittsarea lika med S, då bestäms det magnetiska flödet av formeln:

Enhet magnetiskt flöde- Weber (Wb).

Tänk på ett exempel. Den magnetiska induktionen i delen är 0,2 T, tvärsnittsarean är 0,01 m 2. Då är det magnetiska flödet 0,002 Wb.

Låt oss placera en lång cylindrisk järnstav i ett enhetligt magnetfält. Låt stavens symmetriaxel sammanfalla med kraftlinjernas riktning. Då kommer staven att magnetiseras nästan överallt jämnt. Den magnetiska induktionen i staven blir mycket större än i luft. Förhållandet mellan magnetisk induktion i materialet B m till magnetisk induktion i luft in i kallas magnetisk permeabilitet:

μ=B m/B in. (10.2)

Magnetisk permeabilitet är en dimensionslös storhet. För olika stålkvaliteter varierar den magnetiska permeabiliteten från 200 till 5 000.

Magnetisk induktion beror på materialets egenskaper, vilket komplicerar de tekniska beräkningarna av magnetiska processer. Därför infördes en extra kvantitet, som inte beror på magnetiska egenskaper material. Den kallas magnetfältsvektorn och betecknas H. Enheten för magnetfältstyrka är Ampere/meter (A/m). Under oförstörande magnetisk testning av delar varierar magnetfältets styrka från 100 till 100 000 A/m.

Mellan magnetisk induktion in i och magnetisk fältstyrka H i luften finns ett enkelt förhållande:

В в =μ 0 H, (10,3)

var μ 0 = 4π 10 –7 Henry/meter - magnetisk konstant.

Den magnetiska fältstyrkan och den magnetiska induktionen i materialet är relaterade till förhållandet:

B=μμ 0 H (10,4)

Magnetisk fältstyrka H - vektor. I fluxgate-testning krävs det att bestämma komponenterna i denna vektor på delens yta. Dessa komponenter kan bestämmas med hjälp av figur 37. Här tas delens yta som ett plan xy, axel z vinkelrätt mot detta plan.

Figur 1.4 från toppen av vektorn H sjunkit vinkelrätt mot planet x,y. En vektor dras från origo för koordinater till skärningspunkten mellan vinkelrät och planet H  som kallas den tangentiella komponenten av vektorns magnetiska fältstyrka H . Tappa vinkelräta från vektorns vertex H på axeln x och y, definiera projektioner H x och h y vektor H. Utsprång H per axel z kallas den normala komponenten av magnetfältets styrka H n . Vid magnetisk testning mäts oftast de tangentiella och normala komponenterna av magnetfältstyrkan.

Figur 37 Magnetfältets vektor och dess projektion på delens yta

10.3 Magnetiseringskurva och hysteresloop

Låt oss överväga förändringen i den magnetiska induktionen av ett initialt avmagnetiserat ferromagnetiskt material med en gradvis ökning av styrkan hos det externa magnetfältet. En graf som reflekterar detta beroende visas i figur 38 och kallas den initiala magnetiseringskurvan. I området med svaga magnetfält är lutningen på denna kurva relativt liten, och sedan börjar den öka och når ett maximalt värde. Vid ännu högre värden på magnetfältets styrka minskar lutningen så att förändringen i magnetisk induktion blir obetydlig med ökande fält - magnetisk mättnad uppstår, vilket kännetecknas av värdet B S. Figur 39 visar beroendet av magnetisk permeabilitet på styrkan hos magnetfältet. Detta beroende kännetecknas av två värden: initial μ n och maximal μm magnetisk permeabilitet. I området med starka magnetfält minskar permeabiliteten med ökande fält. Med en ytterligare ökning av det externa magnetfältet förändras magnetiseringen av provet praktiskt taget inte, och den magnetiska induktionen växer bara på grund av det yttre fältet .

Figur 38 Initial magnetiseringskurva

Figur 39 Permeabilitets beroende av magnetfältets styrka

Magnetisk mättnadsinduktion B S beror främst på kemisk sammansättning material och för konstruktions- och elstål är 1,6-2,1 T. Magnetisk permeabilitet beror inte bara på den kemiska sammansättningen, utan också på termisk och mekanisk bearbetning.

.

Figur 40 Gräns ​​(1) och partiell (2) hysteresloopar

Beroende på storleken på koercitivkraften delas magnetiska material in i mjukmagnetiska (H c< 5 000 А/м) и магнитотвердые (H c >5 000 A/m).

För mjuka magnetiska material krävs relativt små fält för att uppnå mättnad. Hårda magnetiska material är svåra att magnetisera och ommagnetisera.

De flesta konstruktionsstål är mjuka magnetiska material. För elektriskt stål och speciallegeringar är tvångskraften 1-100 A / m, för konstruktionsstål - inte mer än 5 000 A / m. I anslutna enheter med permanentmagneter hårda magnetiska material används.

Under magnetiseringsreversering mättas materialet igen, men induktionsvärdet har ett annat tecken (– B S) motsvarande magnetfältets negativa styrka. Med en efterföljande ökning av magnetfältsstyrkan mot positiva värden kommer induktionen att förändras längs en annan kurva, kallad slingans stigande gren. Båda grenarna: fallande och stigande, bildar en sluten kurva, kallad den begränsande magnetiska hysteresloopen. Gränsslingan har en symmetrisk form och motsvarar maxvärdet för den magnetiska induktionen lika med B S. Med en symmetrisk förändring av magnetfältets styrka inom mindre gränser kommer induktionen att förändras längs en ny slinga. Denna slinga är helt placerad inuti limitslingan och kallas en symmetrisk partiell loop (Figur 40).

Parametrarna för den begränsande magnetiska hysteresloopen spelar en viktig roll vid fluxgate-styrning. Vid höga värden på kvarvarande induktion och tvångskraft är det möjligt att utföra kontroll genom att förmagnetisera materialet i delen till mättnad, följt av att stänga av fältkällan. Magnetiseringen av delen kommer att vara tillräcklig för att upptäcka defekter.

Samtidigt leder fenomenet hysteres till behovet av att kontrollera det magnetiska tillståndet. I frånvaro av avmagnetisering kan materialet i delen vara i ett tillstånd som motsvarar induktion - B r . Sedan, genom att slå på magnetfältet med positiv polaritet, till exempel lika med Hc, du kan till och med avmagnetisera delen, även om vi ska magnetisera den.

Betydelse har även magnetisk permeabilitet. Ju mer μ , ju lägre erforderligt värde på magnetfältstyrkan för magnetisering av delen. Så tekniska specifikationer magnetiseringsanordningen måste överensstämma med testobjektets magnetiska parametrar.

10.4 Magnetiskt ströfält för defekter

Magnetfältet hos en defekt del har sina egna egenskaper. Ta en magnetiserad stålring (del) med ett smalt gap. Denna lucka kan betraktas som en deldefekt. Om du täcker ringen med ett pappersark fyllt med magnetiskt pulver kan du se en bild som liknar den som visas i figur 35. Pappersarket ligger utanför ringen och under tiden ställer pulverpartiklarna upp längs vissa linjer. Således passerar magnetfältets kraftlinjer delvis utanför delen och flyter runt defekten. Denna del av magnetfältet kallas det defekta ströfältet.

Figur 41 visar en lång spricka i delen, placerad vinkelrätt mot de magnetiska fältlinjerna, och ett mönster av fältlinjer nära defekten.

Figur 41 Flyt runt en ytspricka med kraftlinjer

Det kan ses att magnetfältslinjerna flyter runt sprickan inuti delen och utanför den. Bildandet av ett strömagnetiskt fält av en defekt under ytan kan förklaras med hjälp av figur 42, som visar en sektion av en magnetiserad del. Fältlinjer för magnetisk induktion hänvisar till en av tre sektioner av tvärsnittet: ovanför defekten, i defektens zon och under defekten. Produkten av magnetisk induktion och tvärsnittsarea bestämmer det magnetiska flödet. Komponenterna i det totala magnetiska flödet i dessa områden betecknas som Φ 1 ,.., En del av det magnetiska flödet F 2, kommer att flyta över och under avsnittet S2. Därför magnetiska flöden i tvärsnitten S1 och S3 kommer att vara större än för en defektfri del. Detsamma kan sägas om magnetisk induktion. En annan viktig egenskap hos de magnetiska induktionskraftlinjerna är deras krökning över och under defekten. Som ett resultat kommer några av kraftlinjerna ut ur delen, vilket skapar ett magnetiskt ströfält för defekten.

3 .

Figur 42 Straxfält för en underjordisk defekt

Det strömagnetiska fältet kan kvantifieras genom att det magnetiska flödet lämnar delen, vilket kallas ströflödet. Det magnetiska läckflödet är större, desto större är det magnetiska flödet Φ2 i avsnitt S2. Tvärsnittsarea S2 proportionell mot vinkelns cosinus  , visas i figur 42. Vid  = 90° är denna area lika med noll, vid  =0° det betyder mest.

För att upptäcka defekter är det således nödvändigt att de magnetiska induktionskraftlinjerna i delens kontrollzon är vinkelräta mot planet för den påstådda defekten.

Fördelningen av det magnetiska flödet över sektionen av den defekta delen liknar fördelningen av vattenflödet i en kanal med en barriär. Våghöjden i zonen för en helt nedsänkt barriär blir ju större ju närmare barriärens krön är vattenytan. På liknande sätt är defekten under ytan lättare att upptäcka, ju mindre djupet är av dess förekomst.

10.5 Defektdetektering

För att upptäcka defekter krävs en anordning som gör att man kan bestämma egenskaperna hos det defekta ströfältet. Detta magnetfält kan bestämmas från komponenterna H x, H y, H z.

Emellertid kan ströfält orsakas inte bara av en defekt, utan också av andra faktorer: metallens strukturella inhomogenitet, en skarp förändring i tvärsnittet (i detalj komplex form), bearbetning, stötar, ytjämnhet, etc. Därför analyseras beroendet av ens en projektion (t.ex. hz) från den rumsliga koordinaten ( x eller y) kan vara en svår uppgift.

Tänk på magnetfältet nära defekten (Figur 43). Här visas en idealiserad oändligt lång spricka med släta kanter. Den är långsträckt längs axeln y, som i figuren är riktad mot oss. Siffrorna 1, 2, 3, 4 visar hur magnituden och riktningen för magnetfältstyrkevektorn ändras när man närmar sig sprickan från vänster.

Figur 43 Magnetfält nära en defekt

Magnetfältet mäts på ett visst avstånd från delens yta. Banan längs vilken mätningarna görs visas med en prickad linje. Storleken och riktningarna för vektorerna till höger om sprickan kan konstrueras på liknande sätt (eller använd figurens symmetri). Till höger om bilden av ströfältet, ett exempel på vektorns rumsliga position H och två av dess komponenter H x och hz . Projektionsberoende tomter H x och hz herrelösa fält från koordinaten x visas nedan.

Det verkar som att om man letar efter ett extremum H x eller noll H z , kan man hitta en defekt. Men som nämnts ovan bildas ströfält inte bara från defekter utan också från strukturella inhomogeniteter hos metallen, från spår av mekanisk påverkan, etc.

Låt oss överväga en förenklad bild av bildandet av ströfält på en enkel del (Figur 44) liknande den som visas i Figur 41, och grafer över projektionsberoenden Hz, Hx från koordinaten x(defekten är förlängd längs axeln y).

Beroendegrafer H x och hz från x det är mycket svårt att upptäcka en defekt, eftersom värdena för extrema H x och hzöver en defekt och över inhomogeniteter är jämförbara.

Vägen ut hittades när det upptäcktes i området för defekten maxhastighet förändringen (brantheten) av magnetfältstyrkan för någon koordinat är större än andra maxima.

Figur 44 visar att grafens maximala lutning H z (x) mellan punkter x 1 och x2(dvs i defektområdet) är mycket större än på andra ställen.

Således bör enheten inte mäta projektionen av fältstyrkan, utan "hastigheten" för dess förändring, dvs. förhållandet mellan projektionsskillnaden vid två angränsande punkter ovanför delens yta och avståndet mellan dessa punkter:

(10.5)

var H z (x 1), H z (x 2)- vektorprojektionsvärden H per axel z på punkter x 1, x 2(till vänster och till höger om defekten), Gz(x) brukar kallas magnetfältets gradient.

Missbruk Gz(x) visas i figur 44. Avstånd Dx \u003d x 2 - x 1 mellan de punkter där vektorprojektionerna mäts H per axel z, väljs med hänsyn till måtten på det defekta ströfältet.

Som följer av figur 44, och detta överensstämmer väl med praxis, är värdet av gradienten över defekten betydligt större än dess värde över inhomogeniteterna hos metalldelen. Det är detta som gör det möjligt att på ett tillförlitligt sätt registrera en defekt genom att överskrida tröskelvärdet med gradienten (Figur 44).

Genom att välja önskat tröskelvärde är det möjligt att reducera styrfel till minimivärden.

Figur 44 Kraftlinjer för magnetfältet för defekten och inhomogeniteter hos metalldelen.

10.6 Ferroprobe-metod

Fluxgatemetoden baseras på mätning av den strömagnetiska fältstyrkegradienten som skapas av en defekt i en magnetiserad produkt med en fluxgateanordning och jämförelse av mätresultatet med ett tröskelvärde.

Utanför den kontrollerade delen finns ett visst magnetfält som skapas för att magnetisera det. Användningen av en feldetektor - gradiometer säkerställer valet av en signal som orsakas av en defekt mot bakgrund av en ganska stor komponent av magnetfältets styrka som långsamt förändras i rymden.

En fluxgate-feldetektor använder en givare som reagerar på gradientkomponenten av den normala komponenten av magnetfältstyrkan på delytan. Feldetektorgivaren innehåller två parallella stavar gjorda av en speciell mjuk magnetisk legering. Vid inspektion är stängerna vinkelräta mot delens yta, d.v.s. är parallella med den normala komponenten av magnetfältets styrka. Stavarna har identiska lindningar genom vilka en växelström flyter. Dessa lindningar är seriekopplade. Växelström skapar variabla komponenter av magnetfältstyrkan i stavarna. Dessa komponenter sammanfaller i storlek och riktning. Dessutom finns det en konstant komponent av den magnetiska fältstyrkan för delen vid platsen för varje stav. Värde Δx, som ingår i formeln (10.5), är lika med avståndet mellan stavarnas axlar och kallas omvandlarens bas. Omvandlarens utspänning bestäms av skillnaden mellan växelspänningarna på lindningarna.

Låt oss placera feldetektorgivaren på delen av delen utan defekt, där värdena för magnetfältets styrka vid punkterna x 1; x 2(se formel (10.5)) är desamma. Detta innebär att gradienten av magnetfältets styrka noll-. Då kommer samma konstanta och variabla komponenter av magnetfältsstyrkan att verka på varje stav i omvandlaren. Dessa komponenter kommer lika att ommagnetisera stavarna, så spänningarna på lindningarna är lika med varandra. Spänningsskillnaden som definierar utsignalen är noll. Således reagerar inte feldetektorgivaren på ett magnetfält om det inte finns någon gradient.

Om gradienten för magnetfältets styrka inte är lika med noll, kommer stavarna att vara i samma växelmagnetiska fält, men de konstanta komponenterna kommer att vara olika. Varje stav ommagnetiseras genom växellindningsström från ett tillstånd med magnetisk induktion - I S till + I S Enligt lagen om elektromagnetisk induktion kan spänningen på lindningen endast visas när den magnetiska induktionen ändras. Därför svängningsperioden växelström kan delas in i intervall när staven är i mättnad och därför är spänningen på lindningen noll, och i tidsintervall när det inte finns någon mättnad, vilket betyder att spänningen skiljer sig från noll. Under de tidsperioder då båda stavarna inte magnetiseras till mättnad, uppträder samma spänningar på lindningarna. Vid denna tidpunkt är utsignalen noll. Detsamma kommer att hända med samtidig mättnad av båda stavarna, när det inte finns någon spänning på lindningarna. Utspänningen visas när en kärna är i ett mättat tillstånd och den andra är i ett omättat tillstånd.

Den samtidiga verkan av de konstanta och variabla komponenterna i den magnetiska fältstyrkan leder till att varje kärna är i ett mättat tillstånd i mer än länge sedanän i den andra. En längre mättnad motsvarar tillägget av de konstanta och variabla komponenterna av magnetfältets styrka, till en kortare - subtraktion. Skillnaden mellan tidsintervall som motsvarar värdena för magnetisk induktion + I S och - I S, beror på styrkan hos det konstanta magnetfältet. Betrakta tillståndet med magnetisk induktion + I S på två givarstänger. Olika värden på magnetfältets styrka vid punkterna x 1 och x 2 kommer att motsvara en annan varaktighet av intervallen för magnetisk mättnad av stavarna. Ju större skillnaden är mellan dessa värden på magnetfältets styrka, desto mer skiljer sig tidsintervallen åt. Under de tidsperioder då en stav är mättad och den andra är omättad, uppstår utgångsspänningen från omvandlaren. Denna spänning beror på magnetfältets styrkagradient.

Magnetfält, vad är det? - en speciell typ av materia;
Var finns det? - runt i rörelse elektriska laddningar(inklusive runt en ledare med ström)
Hur upptäcker man? - med hjälp av en magnetisk nål (eller järnspån) eller genom dess inverkan på en strömförande ledare.

Oersteds erfarenhet:

Magnetnålen vrider sig om elektricitet börjar strömma genom ledaren. nuvarande, eftersom Ett magnetfält bildas runt en strömförande ledare.

Interaktion mellan två ledare med ström:

Varje strömförande ledare har ett eget magnetfält runt sig, som verkar med viss kraft på den intilliggande ledaren.

Beroende på strömmens riktning kan ledare attrahera eller stöta bort varandra.

minns det förflutna akademiskt år:

MAGNETISKA LINJER (eller andra magnetiska induktionslinjer)

Hur avbildar man ett magnetfält? - med hjälp av magnetiska linjer;
Magnetiska linjer, vad är detta?

Dessa är imaginära linjer längs vilka magnetiska nålar placeras i ett magnetfält. Magnetiska linjer kan dras genom vilken punkt som helst i magnetfältet, de har en riktning och är alltid stängda.

Tänk tillbaka på förra läsåret:

INHOMOGENT MAGNETISKT FÄLT

Egenskaper för ett inhomogent magnetfält: magnetlinjerna är krökta; magnetlinjernas täthet är olika; kraften med vilken magnetfältet verkar på magnetnålen är olika vid olika punkter i detta fält i storlek och riktning.

Var finns ett inhomogent magnetfält?

Runt en rak strömförande ledare;

Runt barmagneten;

Runt solenoiden (spolar med ström).

HOMOGENT MAGNETISKT FÄLT

Egenskaper för ett homogent magnetfält: magnetiska linjer är parallella räta linjer, tätheten av magnetiska linjer är densamma överallt; kraften med vilken magnetfältet verkar på magnetnålen är densamma vid alla punkter i detta fält i magnitudriktningen.

Var finns ett enhetligt magnetfält?
- inuti stavmagneten och inuti solenoiden, om dess längd är mycket större än diametern.

INTRESSANT

Förmågan hos järn och dess legeringar att vara starkt magnetiserad försvinner vid upphettning till hög temperatur. Rent järn förlorar denna förmåga när det värms upp till 767 ° C.

Kraftfulla magneter, som används i många moderna produkter, kan påverka prestandan hos pacemakers och implanterade hjärtenheter hos hjärtpatienter. Vanliga järn- eller ferritmagneter, som lätt kan särskiljas genom sin matta grå färg, har liten styrka och är av ringa betydelse.
Men nyligen har det varit mycket starka magneter- briljant silver i färgen och representerar en legering av neodym, järn och bor. Magnetfältet de skapar är mycket starkt, varför de används flitigt i datordiskar, hörlurar och högtalare, såväl som i leksaker, smycken och till och med kläder.

Väl på vägarna i huvudstaden Mallorca dök det franska militärfartyget "La Rolain" upp. Hans tillstånd var så eländigt att fartyget knappt nådde kajplatsen på egen hand.När franska forskare, inklusive tjugotvååriga Arago, gick ombord på fartyget visade det sig att fartyget förstördes av blixten. Medan kommissionen inspekterade fartyget och skakade på huvudet vid åsynen av de brända masterna och överbyggnaderna, skyndade Arago till kompasserna och såg vad han förväntade sig: kompassnålarna pekade i olika riktningar ...

Ett år senare, när han grävde igenom resterna av ett genuesiskt skepp som hade kraschat nära Alger, upptäckte Arago att kompassnålarna hade avmagnetiserats. Fartyget var på väg söderut mot klipporna, lurat av en blixtnedslagen magnetisk kompass.

V. Kartsev. Magnet i tre årtusenden.

Den magnetiska kompassen uppfanns i Kina.
Redan för 4 000 år sedan tog husvagnarna med sig lerkruka och "tog hand om honom på vägen mer än alla dina dyra laster." I den, på ytan av vätskan på en träflotta, lägg en sten som älskar järn. Han kunde vända sig och pekade hela tiden på resenärerna i riktning mot söder, vilket i frånvaro av solen hjälpte dem att gå till brunnarna.
I början av vår tideräkning lärde sig kineserna hur man gör konstgjorda magneter genom att magnetisera en järnnål.
Och bara tusen år senare började européer använda en magnetiserad kompassnål.

JORDENS MAGNETISKA FÄLT

Jorden är en stor permanentmagnet.
Den magnetiska sydpolen, även om den ligger, med jordiska mått, nära den nordliga geografiska polen, är de ändå åtskilda med cirka 2000 km.
Det finns territorier på jordens yta där dess eget magnetfält är starkt förvrängt av magnetfältet hos järnmalmer som uppstår på ett grunt djup. Ett av dessa territorier är Kursks magnetiska anomali som ligger i Kursk-regionen.

Den magnetiska induktionen av jordens magnetfält är bara cirka 0,0004 Tesla.
___

Jordens magnetfält påverkas av ökad solaktivitet. Ungefär en gång vart 11,5 år ökar det så mycket att radiokommunikationen störs, människors och djurs välbefinnande förvärras och kompassnålar börjar "dansa" oförutsägbart från sida till sida. I det här fallet säger de att en magnetisk storm kommer. Det varar vanligtvis från flera timmar till flera dagar.

Jordens magnetfält ändrar sin orientering då och då, vilket gör både sekulära fluktuationer (varar 5–10 tusen år) och helt omorienterar, d.v.s. vända magnetiska poler (2–3 gånger per miljon år). Detta indikeras av magnetfältet från avlägsna epoker "frusna" i sedimentära och vulkaniska bergarter. Det geomagnetiska fältets beteende kan inte kallas kaotiskt, det lyder ett slags "schema".

Riktningen och storleken på det geomagnetiska fältet bestäms av de processer som äger rum i jordens kärna. Den karakteristiska polaritetsomkastningstiden som bestäms av den inre fasta kärnan är från 3 till 5 tusen år, och bestäms av den yttre flytande kärnan är cirka 500 år. Dessa tider kan förklara den observerade dynamiken i det geomagnetiska fältet. Datormodellering med hänsyn till olika inomjordiska processer visade det möjligheten av en vändning av magnetfältet om cirka 5 tusen år.

FOKUSAR MED MAGNETER

"Templet of charms, eller det mekaniska, optiska och fysiska kabinettet av Mr. Gamuletsky de Coll" av den berömde ryske illusionisten Gamuletsky, som fanns fram till 1842, blev bland annat känt för det faktum att besökare som klättrade i trappan dekorerade med kandelabrar och matta med mattor kunde fortfarande märka på långt håll toppplattform trappor, en förgylld ängelfigur, gjord i naturlig mänsklig tillväxt, som svävade i horisontellt läge ovanför kontorsdörren utan att vara upphängd eller stöttad. Alla kunde se till att figuren inte hade några stöd. När besökarna gick in på plattformen höjde ängeln sin hand, förde hornet till munnen och spelade på det och rörde sina fingrar på det mest naturliga sättet. I tio år, sa Gamuletsky, har jag arbetat med att hitta spetsen och vikten på magneten och järnet för att hålla ängeln i luften. Förutom arbetet använde jag mycket pengar för detta mirakel.

På medeltiden var den så kallade "lydiga fisken", gjord av trä, ett mycket vanligt illusionsnummer. De simmade i poolen och lydde minsta lilla vink av magikerns hand, vilket fick dem att röra sig åt alla möjliga håll. Hemligheten med tricket var extremt enkel: en magnet gömdes i trollkarlens ärm, och järnbitar sattes in i fiskens huvuden.
Närmare oss i tiden fanns engelsmannen Jonas manipulationer. Hans signaturnummer: Jonas bjöd in några tittare att lägga klockan på bordet, varefter han, utan att röra klockan, godtyckligt ändrade visarnas position.
Den moderna utföringsformen av en sådan idé är elektromagnetiska kopplingar, välkända för elektriker, med vilka du kan rotera enheter som är separerade från motorn av något slags hinder, till exempel en vägg.

I mitten av 80-talet av 1800-talet svepte ett rykte om forskarelefanten, som inte bara kunde addera och subtrahera, utan även multiplicera, dividera och extrahera rötter. Detta gjordes på följande sätt. Tränaren frågade till exempel elefanten: "Vad är sju åtta?" Det fanns en tavla med siffror framför elefanten. Efter frågan tog elefanten pekaren och visade självsäkert siffran 56. På samma sätt genomfördes division och extraktion. roten ur. Tricket var tillräckligt enkelt: det fanns en liten elektromagnet gömd under varje nummer på tavlan. När elefanten fick en fråga, applicerades en ström på lindningen av en magnet placerad, vilket betyder det korrekta svaret. Järnpekaren i elefantens snabel var i sig attraherad av rätt nummer. Svaret kom automatiskt. Trots enkelheten i denna utbildning, hemligheten med tricket länge sedan kunde inte lista ut det, och den "lärda elefanten" blev en stor framgång.