เส้นสนามแม่เหล็กคืออะไร สนามแม่เหล็ก

โดยไม่มีข้อกังขา, เส้นแรง สนามแม่เหล็กเป็นที่รู้จักของทุกคนในขณะนี้ อย่างน้อย แม้แต่ที่โรงเรียน การแสดงออกของพวกเขาก็แสดงให้เห็นในบทเรียนฟิสิกส์ จำได้ไหมว่าครูวางแม่เหล็กถาวร (หรือแม้แต่สองอัน รวมการวางแนวของเสา) ไว้ใต้กระดาษแผ่นหนึ่ง และบนนั้นเขาเทตะไบโลหะที่ถ่ายในห้องฝึกแรงงาน เห็นได้ชัดว่าต้องจับโลหะไว้บนแผ่น แต่มีบางสิ่งแปลก ๆ ที่สังเกตได้ - มีการติดตามเส้นอย่างชัดเจนตามขี้เลื่อยที่เรียงกันเป็นแถว หมายเหตุ - ไม่เท่ากัน แต่เป็นแถบ นี่คือเส้นสนามแม่เหล็ก หรือมากกว่าการสำแดงของพวกเขา เกิดอะไรขึ้นและจะอธิบายได้อย่างไร?

เริ่มจากไกลกันก่อน ร่วมกับเราในโลกทางกายภาพ ที่มองเห็นได้อยู่ร่วมกัน ชนิดพิเศษสสาร - สนามแม่เหล็ก มันมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างการเคลื่อนไหว อนุภาคมูลฐานหรือวัตถุขนาดใหญ่ที่มีประจุไฟฟ้าหรือไฟฟ้าธรรมชาติและไม่เพียงแต่เชื่อมต่อถึงกันเท่านั้นแต่มักสร้างตัวเองขึ้นด้วย ตัวอย่างเช่น การแบกลวด ไฟฟ้าสร้างสนามแม่เหล็กรอบตัวมันเอง สิ่งที่ตรงกันข้ามก็เป็นจริงเช่นกัน: การกระทำของสนามแม่เหล็กไฟฟ้ากระแสสลับบนวงจรการนำไฟฟ้าแบบปิดจะสร้างการเคลื่อนที่ของตัวพาประจุในนั้น คุณสมบัติหลังใช้ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่จ่ายพลังงานไฟฟ้าให้กับผู้บริโภคทุกคน ตัวอย่างที่โดดเด่นของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าคือแสง

เส้นแรงของสนามแม่เหล็กรอบตัวนำจะหมุนหรือซึ่งก็จริงเช่นกัน มีลักษณะเป็นเวกเตอร์กำกับของการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ทิศทางการหมุนถูกกำหนดโดยกฎวงแหวน เส้นที่ระบุเป็นแบบแผน เนื่องจากสนามกระจายอย่างเท่าเทียมกันในทุกทิศทาง ประเด็นก็คือมันสามารถแสดงเป็นจำนวนอนันต์ของเส้น ซึ่งบางเส้นมีความตึงเครียดที่เด่นชัดกว่า นั่นคือเหตุผลที่ "เส้น" บางส่วนถูกติดตามและขี้เลื่อยอย่างชัดเจน สิ่งที่น่าสนใจคือ เส้นแรงของสนามแม่เหล็กไม่เคยถูกขัดจังหวะ ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะพูดอย่างแจ่มแจ้งว่าจุดเริ่มต้นอยู่ที่ไหนและจุดสิ้นสุดอยู่ที่ใด

ในกรณีของแม่เหล็กถาวร (หรือแม่เหล็กไฟฟ้าที่คล้ายกัน) มักจะมีสองขั้วที่ได้รับ ชื่อสามัญเหนือและใต้. เส้นที่กล่าวถึงในกรณีนี้คือวงแหวนและวงรีที่เชื่อมระหว่างเสาทั้งสอง บางครั้งสิ่งนี้อธิบายไว้ในแง่ของการมีปฏิสัมพันธ์กับโมโนโพล แต่จากนั้นก็เกิดความขัดแย้งขึ้นตามที่โมโนโพลไม่สามารถแยกออกได้ นั่นคือ ความพยายามใดๆ ในการแบ่งแม่เหล็กจะส่งผลให้เกิดส่วนสองขั้วหลายส่วน

สิ่งที่น่าสนใจอย่างยิ่งคือคุณสมบัติของเส้นแรง เราได้พูดคุยเกี่ยวกับความต่อเนื่องแล้ว แต่ความสามารถในการสร้างกระแสไฟฟ้าในตัวนำนั้นมีประโยชน์จริง ความหมายของสิ่งนี้มีดังนี้: หากวงจรการนำถูกข้ามด้วยเส้น (หรือตัวนำกำลังเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็ก) พลังงานเพิ่มเติมจะถูกส่งไปยังอิเล็กตรอนในวงโคจรด้านนอกของอะตอมของวัสดุ เพื่อเริ่มการเคลื่อนไหวที่กำกับโดยอิสระ อาจกล่าวได้ว่าสนามแม่เหล็กดูเหมือนจะ "กระแทก" อนุภาคที่มีประจุจาก ตาข่ายคริสตัล. ปรากฏการณ์นี้มีชื่อว่า การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าและปัจจุบันเป็นช่องทางหลักในการรับหลัก พลังงานไฟฟ้า. มันถูกค้นพบโดยการทดลองในปี 1831 โดยนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ Michael Faraday

การศึกษาสนามแม่เหล็กเริ่มขึ้นในปี 1269 เมื่อ P. Peregrine ค้นพบปฏิสัมพันธ์ของแม่เหล็กทรงกลมกับเข็มเหล็ก เกือบ 300 ปีต่อมา W. G. Colchester เสนอว่าตัวเขาเองเป็นแม่เหล็กขนาดใหญ่ที่มีสองขั้ว ไกลออกไป ปรากฏการณ์แม่เหล็กศึกษาโดยนักวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียงเช่น Lorentz, Maxwell, Ampère, Einstein เป็นต้น

> เส้นสนามแม่เหล็ก

วิธีการตรวจสอบ เส้นสนามแม่เหล็ก: แผนภาพความแรงและทิศทางของเส้นสนามแม่เหล็ก โดยใช้เข็มทิศกำหนดขั้วแม่เหล็ก วาด

เส้นสนามแม่เหล็กมีประโยชน์สำหรับการแสดงความแรงและทิศทางของสนามแม่เหล็กด้วยสายตา

ภารกิจการเรียนรู้

• สัมพันธ์ความแรงของสนามแม่เหล็กกับความหนาแน่นของเส้นสนามแม่เหล็ก

ประเด็นสำคัญ

• ทิศทางของสนามแม่เหล็กจะแสดงเข็มเข็มทิศที่สัมผัสเส้นสนามแม่เหล็ก ณ จุดใดๆ ที่ระบุ
• ความแรงของสนาม B จะแปรผกผันกับระยะห่างระหว่างเส้น เป็นสัดส่วนที่แน่นอนกับจำนวนเส้นต่อหน่วยพื้นที่ เส้นหนึ่งไม่เคยข้ามอีกเส้นหนึ่ง
• สนามแม่เหล็กมีเอกลักษณ์เฉพาะในทุกจุดในอวกาศ
• เส้นจะไม่ถูกขัดจังหวะและสร้างลูปปิด
• เส้นที่ทอดยาวจากขั้วโลกเหนือไปขั้วโลกใต้

เงื่อนไข

• เส้นสนามแม่เหล็กคือการแสดงภาพขนาดและทิศทางของสนามแม่เหล็ก
• B-field เป็นคำพ้องความหมายสำหรับสนามแม่เหล็ก

เส้นสนามแม่เหล็ก

เมื่อตอนเป็นเด็ก อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ถูกกล่าวขานว่าชอบดูเข็มทิศ โดยคิดว่าเข็มรู้สึกอย่างไรเมื่อไม่มีการสัมผัสทางร่างกายโดยตรง การคิดอย่างลึกซึ้งและความสนใจอย่างจริงจัง นำไปสู่ความจริงที่ว่าเด็กโตขึ้นและสร้างทฤษฎีสัมพัทธภาพปฏิวัติของเขา

เนื่องจากแรงแม่เหล็กส่งผลต่อระยะทาง เราจึงคำนวณสนามแม่เหล็กเพื่อเป็นตัวแทนของแรงเหล่านี้ กราฟิกแบบเส้นมีประโยชน์ในการแสดงภาพความแรงและทิศทางของสนามแม่เหล็ก การยืดตัวของเส้นแสดงถึงทิศทางทิศเหนือของเข็มเข็มทิศ สนามแม่เหล็กเรียกว่าสนามบี

(a) - หากใช้เข็มทิศขนาดเล็กเพื่อเปรียบเทียบสนามแม่เหล็กรอบแท่งแม่เหล็ก จะแสดง ทิศทางที่ถูกต้องจากขั้วโลกเหนือไปใต้ (b) - การเพิ่มลูกศรสร้าง เส้นต่อเนื่องสนามแม่เหล็ก. ความแข็งแรงเป็นสัดส่วนกับความใกล้ชิดของเส้น (c) - หากคุณตรวจสอบด้านในของแม่เหล็กได้ เส้นจะแสดงเป็นวงปิด

ไม่มีอะไรยากในการจับคู่สนามแม่เหล็กของวัตถุ ขั้นแรก คำนวณความแรงและทิศทางของสนามแม่เหล็กที่ตำแหน่งต่างๆ ทำเครื่องหมายจุดเหล่านี้ด้วยเวกเตอร์ที่ชี้ไปในทิศทางของสนามแม่เหล็กในพื้นที่ด้วยขนาดที่แปรผันตามความแรงของมัน คุณสามารถรวมลูกศรและสร้างเส้นสนามแม่เหล็กได้ ทิศทาง ณ จุดใดๆ จะขนานกับทิศทางของเส้นสนามที่ใกล้ที่สุด และความหนาแน่นในพื้นที่สามารถแปรผันตามความแรงได้

เส้นสนามแม่เหล็กเป็นเหมือนเส้นชั้นความสูงบนแผนที่ภูมิประเทศเพราะแสดงให้เห็นบางสิ่งที่ต่อเนื่องกัน กฎของสนามแม่เหล็กหลายข้อสามารถกำหนดเงื่อนไขง่ายๆ ได้ เช่น จำนวนเส้นสนามผ่านพื้นผิว

ทิศทางของเส้นสนามแม่เหล็ก แสดงโดยการวางตะไบเหล็กบนกระดาษที่วางเหนือแท่งแม่เหล็ก

ปรากฏการณ์ต่างๆ ส่งผลต่อการแสดงเส้น ตัวอย่างเช่น ตะไบเหล็กบนเส้นสนามแม่เหล็กจะสร้างเส้นที่สอดคล้องกับเส้นแม่เหล็ก พวกเขายังแสดงด้วยสายตาในแสงออโรร่า

เข็มทิศขนาดเล็กที่ส่งเข้าไปในสนามจะวางขนานกับเส้นสนามโดยที่ขั้วโลกเหนือชี้ไปที่ B

วงเวียนขนาดเล็กสามารถใช้เพื่อแสดงฟิลด์ (a) - สนามแม่เหล็กของวงจรกระแสแบบวงกลมคล้ายกับสนามแม่เหล็ก (b) - เส้นลวดที่ยาวและตรงก่อให้เกิดสนามที่มีเส้นสนามแม่เหล็กสร้างวงเป็นวงกลม (c) - เมื่อเส้นลวดอยู่ในระนาบของกระดาษ สนามจะปรากฏในแนวตั้งฉากกับกระดาษ สังเกตว่าสัญลักษณ์ใดที่ใช้สำหรับกล่องที่ชี้เข้าและออก

การศึกษารายละเอียดของสนามแม่เหล็กช่วยให้ได้กฎที่สำคัญหลายประการ:

• ทิศทางของสนามแม่เหล็กสัมผัสกับเส้นสนาม ณ จุดใด ๆ ในอวกาศ
• ความแรงของสนามเป็นสัดส่วนกับระยะใกล้ของเส้น เป็นสัดส่วนที่แน่นอนกับจำนวนเส้นต่อหน่วยพื้นที่
• เส้นของสนามแม่เหล็กไม่เคยชนกัน ซึ่งหมายความว่า ณ จุดใด ๆ ในอวกาศ สนามแม่เหล็กจะมีลักษณะเฉพาะ
• เส้นยังคงต่อเนื่องและติดตามจากขั้วโลกเหนือไปยังขั้วโลกใต้

กฎข้อสุดท้ายอยู่บนพื้นฐานของความจริงที่ว่าไม่สามารถแยกเสา และแตกต่างจากเส้น สนามไฟฟ้าซึ่งจุดสิ้นสุดและจุดเริ่มต้นจะถูกทำเครื่องหมายด้วยประจุบวกและลบ

สนามแม่เหล็ก พื้นฐานของการควบคุม FERROPROBE

เราอาศัยอยู่ในสนามแม่เหล็กโลก การปรากฏตัวของสนามแม่เหล็กคือเข็มของเข็มทิศแม่เหล็กแสดงทิศทางไปทางทิศเหนืออย่างต่อเนื่อง ผลลัพธ์เดียวกันนี้สามารถทำได้โดยการวางเข็มเข็มทิศแม่เหล็กระหว่างขั้วของแม่เหล็กถาวร (รูปที่ 34)

รูปที่ 34 - การวางแนวของเข็มแม่เหล็กใกล้กับขั้วของแม่เหล็ก

โดยปกติหนึ่งในขั้วแม่เหล็ก (ใต้) จะแสดงด้วยตัวอักษร ส, อีก - (ภาคเหนือ) - ตัวอักษร นู๋. รูปที่ 34 แสดงตำแหน่งของเข็มแม่เหล็กสองตำแหน่ง ในแต่ละตำแหน่ง จะดึงดูดขั้วตรงข้ามของลูกศรและแม่เหล็ก ดังนั้นทิศทางของเข็มเข็มทิศจึงเปลี่ยนไปทันทีที่เราเคลื่อนออกจากตำแหน่ง 1 เข้าสู่ตำแหน่ง 2 . สาเหตุของแรงดึงดูดของแม่เหล็กและการหมุนของลูกศรคือสนามแม่เหล็ก การหมุนลูกศรเมื่อเลื่อนขึ้นและไปทางขวาแสดงว่าทิศทางของสนามแม่เหล็กใน จุดต่างๆพื้นที่ไม่เปลี่ยนแปลง

รูปที่ 35 แสดงผลการทดลองด้วยผงแม่เหล็กที่โรยบนกระดาษหนาซึ่งอยู่เหนือขั้วแม่เหล็ก จะเห็นได้ว่าอนุภาคแป้งก่อตัวเป็นเส้น

อนุภาคผงเข้าไปในสนามแม่เหล็กถูกทำให้เป็นแม่เหล็ก แต่ละอนุภาคมีขั้วเหนือและขั้วใต้ อนุภาคผงที่อยู่ใกล้เคียงไม่เพียงหมุนในสนามแม่เหล็ก แต่ยังเกาะติดกันเป็นเส้น เส้นเหล่านี้เรียกว่าเส้นสนามแม่เหล็ก

รูปที่ 35 การจัดเรียงอนุภาคผงแม่เหล็กบนแผ่นกระดาษที่อยู่เหนือขั้วแม่เหล็ก

โดยการวางเข็มแม่เหล็กไว้ใกล้กับเส้นดังกล่าว คุณจะเห็นว่าลูกศรอยู่ในแนวสัมผัส เป็นตัวเลข 1 , 2 , 3 รูปที่ 35 แสดงการวางแนวของเข็มแม่เหล็กที่จุดที่เกี่ยวข้อง ใกล้กับเสา ความหนาแน่นของผงแม่เหล็กจะมากกว่าจุดอื่นๆ บนแผ่น ซึ่งหมายความว่าขนาดของสนามแม่เหล็กมีค่าสูงสุด ดังนั้น สนามแม่เหล็กในแต่ละจุดจึงถูกกำหนดโดยค่าของปริมาณที่กำหนดลักษณะของสนามแม่เหล็กและทิศทางของสนามแม่เหล็ก ปริมาณดังกล่าวเรียกว่าเวกเตอร์

ให้วางส่วนเหล็กระหว่างขั้วแม่เหล็ก (รูปที่ 36) ทิศทางของเส้นสนามในส่วนจะแสดงด้วยลูกศร เส้นสนามแม่เหล็กจะปรากฏในส่วนนั้นด้วย แต่จะพบมากกว่าในอากาศเท่านั้น

รูปที่ 36 การดึงดูดชิ้นส่วนที่มีรูปร่างเรียบง่าย

ความจริงก็คือชิ้นส่วนเหล็กประกอบด้วยเหล็กซึ่งประกอบด้วยไมโครแม่เหล็กซึ่งเรียกว่าโดเมน การประยุกต์ใช้สนามแม่เหล็กกับรายละเอียดนำไปสู่ความจริงที่ว่าพวกเขาเริ่มที่จะปรับทิศทางตัวเองไปในทิศทางของสนามนี้และขยายหลายครั้งกว่า จะเห็นได้ว่าเส้นแรงในส่วนนั้นขนานกัน ในขณะที่สนามแม่เหล็กมีค่าคงที่ สนามแม่เหล็กซึ่งมีลักษณะเป็นเส้นตรงของแรงลากที่มีความหนาแน่นเท่ากันเรียกว่าเอกพันธ์

10.2 ปริมาณแม่เหล็ก

ปริมาณทางกายภาพที่สำคัญที่สุดที่แสดงลักษณะเฉพาะของสนามแม่เหล็กคือเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ซึ่งมักจะแสดงแทน ใน. สำหรับปริมาณทางกายภาพแต่ละรายการ เป็นเรื่องปกติที่จะระบุมิติข้อมูล ดังนั้นหน่วยความแรงของกระแสคือแอมแปร์ (A) หน่วยของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กคือเทสลา (Tl) การเหนี่ยวนำแม่เหล็กในส่วนที่เป็นแม่เหล็กมักจะอยู่ในช่วงตั้งแต่ 0.1 ถึง 2.0 ต.

เข็มแม่เหล็กที่วางอยู่ในสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอจะหมุน โมเมนต์ของแรงที่หมุนรอบแกนนั้นเป็นสัดส่วนกับการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก การเหนี่ยวนำแม่เหล็กยังแสดงลักษณะระดับการดึงดูดของวัสดุ เส้นแรงที่แสดงในรูปที่ 34, 35 แสดงลักษณะการเปลี่ยนแปลงของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กในอากาศและวัสดุ (รายละเอียด)

การเหนี่ยวนำแม่เหล็กกำหนดสนามแม่เหล็กทุกจุดในอวกาศ เพื่อกำหนดลักษณะของสนามแม่เหล็กบนพื้นผิวบางส่วน (เช่น ในระนาบ ภาพตัดขวางรายละเอียด) อีกอันใช้ ปริมาณทางกายภาพซึ่งเรียกว่าฟลักซ์แม่เหล็กและแสดงแทน Φ.

ให้ส่วนที่เป็นแม่เหล็กสม่ำเสมอ (รูปที่ 36) มีค่าของการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ที่, พื้นที่หน้าตัดของส่วนเท่ากับ สจากนั้นฟลักซ์แม่เหล็กจะถูกกำหนดโดยสูตร:

หน่วย สนามแม่เหล็ก- เวเบอร์ (Wb).

ขอ​พิจารณา​ตัว​อย่าง. การเหนี่ยวนำแม่เหล็กในส่วนคือ 0.2 T พื้นที่หน้าตัด 0.01 ม. 2 จากนั้นฟลักซ์แม่เหล็กคือ 0.002 Wb

ให้เราวางแท่งเหล็กทรงกระบอกยาวในสนามแม่เหล็กที่สม่ำเสมอ ให้แกนสมมาตรของแกนตรงกับทิศทางของเส้นแรง จากนั้นแท่งจะถูกแม่เหล็กเกือบทุกที่อย่างสม่ำเสมอ การเหนี่ยวนำแม่เหล็กในแกนจะมากกว่าในอากาศมาก อัตราส่วนของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กในวัสดุ บีมสู่การเหนี่ยวนำแม่เหล็กในอากาศ ในเรียกว่าการซึมผ่านของแม่เหล็ก:

μ=B m / B นิ้ว (10.2)

การซึมผ่านของแม่เหล็กเป็นปริมาณที่ไม่มีมิติ สำหรับเหล็กเกรดต่างๆ การซึมผ่านของแม่เหล็กอยู่ในช่วง 200 ถึง 5,000

การเหนี่ยวนำแม่เหล็กขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของวัสดุ ซึ่งทำให้การคำนวณทางเทคนิคของกระบวนการแม่เหล็กมีความซับซ้อน ดังนั้นจึงมีการแนะนำปริมาณเสริมซึ่งไม่ขึ้นอยู่กับ คุณสมบัติของแม่เหล็กวัสดุ. เรียกว่าเวกเตอร์สนามแม่เหล็กและแสดงแทน ชม. หน่วยของความแรงของสนามแม่เหล็กคือ แอมแปร์/เมตร (A/m) ในระหว่างการทดสอบชิ้นส่วนแม่เหล็กแบบไม่ทำลาย ความแรงของสนามแม่เหล็กจะแตกต่างกันไปตั้งแต่ 100 ถึง 100,000 A/m

ระหว่างการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ในและความแรงของสนามแม่เหล็ก ชมในอากาศมีความสัมพันธ์ที่เรียบง่าย:

В в = μ 0 H, (10.3)

ที่ไหน μ 0 = 4π 10 –7 เฮนรี/เมตร - ค่าคงที่แม่เหล็ก

ความแรงของสนามแม่เหล็กและการเหนี่ยวนำแม่เหล็กในวัสดุสัมพันธ์กันโดยความสัมพันธ์:

B=μμ 0 H (10.4)

ความแรงของสนามแม่เหล็ก ชม - เวกเตอร์ ในการทดสอบฟลักซ์เกต จำเป็นต้องกำหนดส่วนประกอบของเวกเตอร์นี้บนพื้นผิวของชิ้นส่วน ส่วนประกอบเหล่านี้สามารถกำหนดได้โดยใช้รูปที่ 37 ที่นี่พื้นผิวของชิ้นส่วนถูกนำมาเป็นระนาบ xy, แกน zตั้งฉากกับระนาบนี้

รูปที่ 1.4 จากด้านบนของเวกเตอร์ ชม ตกลงไปในแนวตั้งฉากกับระนาบ x,y. เวกเตอร์ถูกดึงจากจุดกำเนิดของพิกัดไปยังจุดตัดของเส้นตั้งฉากกับระนาบ ชม  ซึ่งเรียกว่าองค์ประกอบสัมผัสของความแรงของสนามแม่เหล็กของเวกเตอร์ ชม . วางฉากตั้งฉากจากจุดยอดของเวกเตอร์ ฮื บนแกน xและ yกำหนดประมาณการ H xและ h yเวกเตอร์ ชม. การฉายภาพ ชม ต่อเพลา zเรียกว่าองค์ประกอบปกติของความแรงของสนามแม่เหล็ก หนุ . ในการทดสอบสนามแม่เหล็ก ส่วนใหญ่มักจะวัดองค์ประกอบในแนวสัมผัสและองค์ประกอบปกติของความแรงของสนามแม่เหล็ก

รูปที่ 37 เวกเตอร์ของสนามแม่เหล็กและการฉายภาพบนพื้นผิวของชิ้นส่วน

10.3 เส้นโค้งการสะกดจิตและลูปฮิสเทรีซิส

ให้เราพิจารณาการเปลี่ยนแปลงในการเหนี่ยวนำแม่เหล็กของวัสดุเฟอร์โรแมกเนติกที่ถูกล้างอำนาจแม่เหล็กในขั้นต้นด้วยการเพิ่มความเข้มของสนามแม่เหล็กภายนอกทีละน้อย กราฟที่สะท้อนถึงการพึ่งพานี้แสดงในรูปที่ 38 และเรียกว่าเส้นโค้งการทำให้เป็นแม่เหล็กเริ่มต้น ในบริเวณที่มีสนามแม่เหล็กอ่อน ความชันของเส้นโค้งนี้ค่อนข้างเล็ก และจากนั้นก็เริ่มเพิ่มขึ้น จนถึงค่าสูงสุด ที่ค่าความแรงของสนามแม่เหล็กที่สูงขึ้น ความชันจะลดลงเพื่อให้การเปลี่ยนแปลงของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไม่มีนัยสำคัญเมื่อสนามเพิ่มขึ้น - ความอิ่มตัวของสนามแม่เหล็กเกิดขึ้นซึ่งมีลักษณะเป็นค่า บี ส. รูปที่ 39 แสดงการซึมผ่านของสนามแม่เหล็กขึ้นอยู่กับความแรงของสนามแม่เหล็ก การพึ่งพาอาศัยกันนี้มีลักษณะของค่าสองค่า: ค่าเริ่มต้น μ ​​n และการซึมผ่านของแม่เหล็ก μ m สูงสุด ในบริเวณที่มีสนามแม่เหล็กแรงสูง การซึมผ่านจะลดลงตามสนามที่เพิ่มขึ้น ด้วยการเพิ่มขึ้นในสนามแม่เหล็กภายนอก การทำให้เป็นแม่เหล็กของตัวอย่างแทบไม่เปลี่ยนแปลง และการเหนี่ยวนำแม่เหล็กจะเพิ่มขึ้นเนื่องจากสนามภายนอกเท่านั้น .

รูปที่ 38 เส้นโค้งการสะกดจิตเริ่มต้น

รูปที่ 39 การพึ่งพาการซึมผ่านของความแรงของสนามแม่เหล็ก

การเหนี่ยวนำความอิ่มตัวของแม่เหล็ก บี สขึ้นอยู่กับ .เป็นหลัก องค์ประกอบทางเคมีวัสดุและสำหรับเหล็กโครงสร้างและไฟฟ้าคือ 1.6-2.1 ต. การซึมผ่านของแม่เหล็กไม่ได้ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมีเท่านั้น แต่ยังขึ้นกับกระบวนการทางความร้อนและทางกลด้วย

.

รูปที่ 40 จำกัด (1) และบางส่วน (2) ฮิสเทรีซิสลูป

ตามขนาดของแรงบีบบังคับ วัสดุแม่เหล็กจะถูกแบ่งออกเป็นแม่เหล็กอ่อน (H c< 5 000 А/м) и магнитотвердые (H c >5 000 A/m)

สำหรับวัสดุแม่เหล็กอ่อน ต้องใช้สนามที่มีขนาดค่อนข้างเล็กเพื่อให้ได้ความอิ่มตัว วัสดุแม่เหล็กแบบแข็งนั้นยากต่อการดึงดูดและดึงดูดซ้ำ

เหล็กโครงสร้างส่วนใหญ่เป็นวัสดุแม่เหล็กอ่อน สำหรับ เหล็กไฟฟ้าและโลหะผสมพิเศษ แรงบีบบังคับคือ 1-100 A / m สำหรับเหล็กโครงสร้าง - ไม่เกิน 5,000 A / m ในอุปกรณ์ที่แนบมาด้วย แม่เหล็กถาวรใช้วัสดุแม่เหล็กแข็ง

ในระหว่างการพลิกกลับของสนามแม่เหล็ก วัสดุจะอิ่มตัวอีกครั้ง แต่ค่าการเหนี่ยวนำจะมีเครื่องหมายต่างกัน (– บี ส) สอดคล้องกับความแรงเชิงลบของสนามแม่เหล็ก ด้วยการเพิ่มความแรงของสนามแม่เหล็กไปสู่ค่าบวกในเวลาต่อมา การเหนี่ยวนำจะเปลี่ยนไปตามเส้นโค้งอื่น เรียกว่าสาขาจากน้อยไปมากของลูป ทั้งสองกิ่ง: จากมากไปน้อยและจากน้อยไปมาก สร้างเส้นโค้งปิด เรียกว่าวงจำกัดฮิสเทรีซิสแม่เหล็ก ลิมิตลูปมีรูปร่างสมมาตรและสอดคล้องกับค่าสูงสุดของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กเท่ากับ บี ส. ด้วยการเปลี่ยนแปลงความแรงของสนามแม่เหล็กแบบสมมาตรภายในขอบเขตที่เล็กกว่า การเหนี่ยวนำจะเปลี่ยนไปตามวงรอบใหม่ ลูปนี้ตั้งอยู่อย่างสมบูรณ์ภายในลูปจำกัด และเรียกว่าลูปบางส่วนสมมาตร (รูปที่ 40)

พารามิเตอร์ของการจำกัดวงฮิสเทรีซิสแม่เหล็กมีบทบาทสำคัญในการควบคุมฟลักซ์เกต ที่ค่าการเหนี่ยวนำคงเหลือและแรงบีบบังคับสูง สามารถควบคุมได้โดยการทำให้วัสดุของชิ้นส่วนมีความอิ่มตัวก่อนแม่เหล็ก ตามด้วยการปิดแหล่งสัญญาณ การสะกดจิตของชิ้นส่วนจะเพียงพอที่จะตรวจจับข้อบกพร่อง

ในเวลาเดียวกัน ปรากฏการณ์ของฮิสเทรีซิสทำให้ต้องควบคุมสถานะแม่เหล็ก ในกรณีที่ไม่มีการล้างอำนาจแม่เหล็ก วัสดุของชิ้นส่วนอาจอยู่ในสถานะที่สอดคล้องกับการเหนี่ยวนำ - บี อาร์ .จากนั้นโดยเปิดสนามแม่เหล็กที่มีขั้วบวก เช่น เท่ากับ Hcคุณยังสามารถล้างอำนาจแม่เหล็กของชิ้นส่วนนั้นได้ แม้ว่าเราควรจะทำให้มันเป็นแม่เหล็กก็ตาม

ความสำคัญมีการซึมผ่านของแม่เหล็กด้วย ยิ่ง μ ยิ่งค่าความแรงของสนามแม่เหล็กที่ต้องการสำหรับการทำให้ชิ้นส่วนเป็นแม่เหล็กยิ่งต่ำลง ดังนั้น ข้อกำหนดทางเทคนิคอุปกรณ์แม่เหล็กต้องสอดคล้องกับพารามิเตอร์แม่เหล็กของวัตถุทดสอบ

10.4 จุดบกพร่องของสนามแม่เหล็กจรจัด

สนามแม่เหล็กของชิ้นส่วนที่มีข้อบกพร่องมีลักษณะเฉพาะของตัวเอง ใช้วงแหวนเหล็กแม่เหล็ก (บางส่วน) ที่มีช่องว่างแคบ ๆ ช่องว่างนี้ถือได้ว่าเป็นข้อบกพร่องของชิ้นส่วน ถ้าคุณปิดวงแหวนด้วยกระดาษแผ่นหนึ่งที่เต็มไปด้วยผงแม่เหล็ก คุณจะเห็นภาพที่คล้ายกับที่แสดงในรูปที่ 35 แผ่นกระดาษนี้ตั้งอยู่นอกวงแหวน และในขณะเดียวกันอนุภาคของผงแป้งจะเรียงกันตามเส้นบางเส้น ดังนั้นเส้นแรงของสนามแม่เหล็กบางส่วนจึงผ่านออกนอกชิ้นส่วนซึ่งไหลไปรอบๆ จุดบกพร่อง ส่วนนี้ของสนามแม่เหล็กเรียกว่าสนามจรจัดข้อบกพร่อง

รูปที่ 41 แสดงรอยร้าวยาวในส่วนที่ตั้งฉากกับเส้นสนามแม่เหล็ก และรูปแบบของเส้นสนามใกล้กับจุดบกพร่อง

รูปที่ 41 ไหลไปรอบๆ รอยแตกของพื้นผิวด้วยเส้นแรง

จะเห็นได้ว่าเส้นสนามแม่เหล็กไหลไปรอบๆ รอยแตกทั้งภายในและภายนอก การก่อตัวของสนามแม่เหล็กจรจัดโดยข้อบกพร่องใต้ผิวดินสามารถอธิบายได้โดยใช้รูปที่ 42 ซึ่งแสดงส่วนของส่วนที่เป็นแม่เหล็ก เส้นสนามของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กหมายถึงหนึ่งในสามส่วนของหน้าตัด: เหนือจุดบกพร่อง ในโซนข้อบกพร่อง และใต้จุดบกพร่อง ผลคูณของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กและพื้นที่หน้าตัดกำหนดฟลักซ์แม่เหล็ก ส่วนประกอบของฟลักซ์แม่เหล็กทั้งหมดในพื้นที่เหล่านี้ถูกกำหนดเป็น Φ 1 ,..,ส่วนหนึ่งของฟลักซ์แม่เหล็ก F 2,จะไหลด้านบนและด้านล่างส่วน S2. ดังนั้นฟลักซ์แม่เหล็กในส่วนตัดขวาง S1และ S3จะมากกว่าชิ้นส่วนที่ปราศจากข้อบกพร่อง สามารถพูดได้เช่นเดียวกันเกี่ยวกับการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ลักษณะสำคัญอีกประการหนึ่งของเส้นแรงเหนี่ยวนำแม่เหล็กคือความโค้งด้านบนและด้านล่างของจุดบกพร่อง ส่งผลให้เส้นแรงบางเส้นหลุดออกจากชิ้นส่วน ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กหลงทางของจุดบกพร่อง

3 .

รูปที่ 42 Stray field ของข้อบกพร่องใต้ผิวดิน

สนามแม่เหล็กจรจัดสามารถหาปริมาณได้โดยฟลักซ์แม่เหล็กที่หลุดออกจากส่วนนั้น ซึ่งเรียกว่าฟลักซ์ที่หลงทาง ฟลักซ์แม่เหล็กรั่วมากขึ้น ฟลักซ์แม่เหล็กยิ่งมากขึ้น Φ2ในส่วน S2. พื้นที่หน้าตัด S2ได้สัดส่วนกับโคไซน์ของมุม  , แสดงในรูปที่ 42 ที่  = 90° พื้นที่นี้จะเท่ากับศูนย์ ที่  =0° มันสำคัญที่สุด

ดังนั้น เพื่อตรวจหาข้อบกพร่อง จึงจำเป็นที่เส้นแรงเหนี่ยวนำแม่เหล็กในเขตควบคุมของชิ้นส่วนต้องตั้งฉากกับระนาบของข้อบกพร่องที่ถูกกล่าวหา

การกระจายของฟลักซ์แม่เหล็กเหนือส่วนของส่วนที่ชำรุดจะคล้ายกับการกระจายของกระแสน้ำในช่องที่มีอุปสรรค ความสูงของคลื่นในเขตของสิ่งกีดขวางที่จมอยู่ใต้น้ำจะยิ่งสูง ยิ่งยอดของสิ่งกีดขวางนั้นอยู่ใกล้ผิวน้ำ ในทำนองเดียวกัน ข้อบกพร่องของชิ้นส่วนใต้ผิวดินนั้นง่ายต่อการตรวจจับ ยิ่งความลึกของการเกิดขึ้นน้อยลงเท่านั้น

10.5 การตรวจจับข้อบกพร่อง

ในการตรวจหาข้อบกพร่อง จำเป็นต้องมีอุปกรณ์ที่ช่วยให้สามารถระบุลักษณะของช่องข้อบกพร่องที่หลงทางได้ สนามแม่เหล็กนี้สามารถหาได้จากส่วนประกอบต่างๆ H x, H y, H z.

อย่างไรก็ตาม สนามเร่ร่อนสามารถเกิดขึ้นได้ไม่เพียงแต่จากข้อบกพร่อง แต่ยังเกิดจากปัจจัยอื่นๆ: ความไม่เป็นเนื้อเดียวกันของโครงสร้างของโลหะ, การเปลี่ยนแปลงที่คมชัดในส่วนตัดขวาง (ในรายละเอียด) รูปร่างซับซ้อน), การตัดเฉือน, การกระแทก, ความขรุขระของผิว ฯลฯ ดังนั้น การวิเคราะห์การขึ้นต่อกันของการฉายภาพเดียว (เช่น hz) จากพิกัดเชิงพื้นที่ ( xหรือ y) อาจเป็นงานที่ยาก

พิจารณาสนามแม่เหล็กจรจัดใกล้กับจุดบกพร่อง (รูปที่ 43) แสดงให้เห็นในที่นี้คือรอยแตกที่ยาวเป็นอนันต์ในอุดมคติและมีขอบเรียบ ยาวตามแนวแกน yซึ่งชี้นำในรูปที่เรา ตัวเลข 1, 2, 3, 4 แสดงว่าขนาดและทิศทางของเวกเตอร์ความแรงของสนามแม่เหล็กเปลี่ยนแปลงอย่างไรเมื่อเข้าใกล้รอยแตกจากด้านซ้าย

รูปที่ 43 สนามแม่เหล็กจรจัดใกล้จุดบกพร่อง

สนามแม่เหล็กวัดที่ระยะห่างจากพื้นผิวของชิ้นส่วน เส้นทางโคจรตามการวัดจะแสดงด้วยเส้นประ ขนาดและทิศทางของเวกเตอร์ทางด้านขวาของรอยร้าวสามารถสร้างในลักษณะเดียวกันได้ (หรือใช้ความสมมาตรของรูป) ทางด้านขวาของรูปภาพของทุ่งเร่ร่อน ตัวอย่างตำแหน่งเชิงพื้นที่ของเวกเตอร์ ชม และสององค์ประกอบ H x และ hz . แผนพึ่งพาการฉายภาพ H xและ hzทุ่งเร่ร่อนจากพิกัด xแสดงด้านล่าง.

ดูเหมือนว่าการมองหา extremum H x หรือ zero H z จะพบข้อบกพร่อง แต่ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น ทุ่งเร่ร่อนไม่ได้เกิดขึ้นจากข้อบกพร่องเท่านั้น แต่ยังเกิดจากความไม่เป็นเนื้อเดียวกันของโครงสร้างของโลหะ จากร่องรอยของอิทธิพลทางกล ฯลฯ

ลองพิจารณาภาพแบบง่ายของการก่อตัวของทุ่งเร่ร่อนในส่วนที่เรียบง่าย (ภาพที่ 44) คล้ายกับที่แสดงในรูปที่ 41 และกราฟของการขึ้นต่อกันของการฉายภาพ H z , H xจากพิกัด x(ข้อบกพร่องถูกยืดออกตามแนวแกน y).

กราฟการพึ่งพา H xและ hzจาก xเป็นการยากที่จะตรวจพบข้อบกพร่องเนื่องจากค่าของ extrema H xและ hzเหนือข้อบกพร่องและความไม่เท่าเทียมกันนั้นเปรียบเทียบได้

พบทางออกเมื่อพบว่าบริเวณจุดบกพร่อง ความเร็วสูงสุดการเปลี่ยนแปลง (ความชัน) ของความแรงของสนามแม่เหล็กของพิกัดบางพิกัดนั้นมากกว่าค่าสูงสุดอื่นๆ

รูปที่ 44 แสดงว่าความชันสูงสุดของกราฟ H z (x)ระหว่างจุด x 1และ x2(เช่น ในพื้นที่ชำรุด) มีขนาดใหญ่กว่าที่อื่นมาก

ดังนั้น อุปกรณ์ไม่ควรวัดการฉายภาพของความแรงของสนาม แต่เป็น "อัตรา" ของการเปลี่ยนแปลงเช่น อัตราส่วนของความแตกต่างของการฉายภาพที่จุดที่อยู่ติดกันสองจุดเหนือพื้นผิวของชิ้นส่วนต่อระยะห่างระหว่างจุดเหล่านี้:

(10.5)

ที่ไหน H z (x 1), H z (x 2)- ค่าการฉายภาพเวกเตอร์ ชม ต่อเพลา zที่จุด x 1 , x 2(ไปทางซ้ายและขวาของข้อบกพร่อง) Gz(x)เรียกทั่วไปว่าเกรเดียนท์ของสนามแม่เหล็ก

ติดยาเสพติด Gz(x)แสดงในรูปที่ 44. Distance Dx \u003d x 2 - x 1ระหว่างจุดที่วัดการฉายภาพเวกเตอร์ ชม ต่อเพลา ซี,ถูกเลือกโดยคำนึงถึงขนาดของช่องที่มีข้อบกพร่อง

จากรูปที่ 44 ซึ่งสอดคล้องกับแนวปฏิบัติที่ดี ค่าของเกรเดียนต์เหนือข้อบกพร่องมีค่ามากกว่าค่าความไม่เป็นเนื้อเดียวกันของชิ้นส่วนโลหะอย่างมีนัยสำคัญ นี่คือสิ่งที่ทำให้สามารถลงทะเบียนข้อบกพร่องได้อย่างน่าเชื่อถือโดยมีค่าเกินเกณฑ์ตามเกรเดียนต์ (รูปที่ 44)

โดยการเลือกค่าขีดจำกัดที่ต้องการ สามารถลดข้อผิดพลาดในการควบคุมให้เหลือค่าต่ำสุดได้

รูปที่ 44 เส้นแรงของสนามแม่เหล็กของข้อบกพร่องและความไม่สม่ำเสมอของชิ้นส่วนโลหะ

10.6 วิธีเฟอร์โรโพรบ

วิธีฟลักซ์เกทขึ้นอยู่กับการวัดความแรงของสนามแม่เหล็กจรจัดที่สร้างขึ้นโดยข้อบกพร่องในผลิตภัณฑ์ที่เป็นแม่เหล็กด้วยอุปกรณ์ฟลักซ์เกตและการเปรียบเทียบผลการวัดกับเกณฑ์

นอกส่วนที่ควบคุมมีสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นเพื่อให้เป็นแม่เหล็ก การใช้เครื่องตรวจจับข้อบกพร่อง - เครื่องวัดระดับรังสีช่วยให้สามารถเลือกสัญญาณที่เกิดจากข้อบกพร่องกับพื้นหลังขององค์ประกอบที่ค่อนข้างใหญ่ของความแรงของสนามแม่เหล็กที่ค่อยๆ เปลี่ยนแปลงไปในอวกาศ

เครื่องตรวจจับข้อบกพร่อง fluxgate ใช้ทรานสดิวเซอร์ที่ตอบสนองต่อองค์ประกอบการไล่ระดับสีของส่วนประกอบปกติของความแรงของสนามแม่เหล็กบนพื้นผิวของชิ้นส่วน ทรานสดิวเซอร์ของเครื่องตรวจจับข้อบกพร่องประกอบด้วยแท่งคู่ขนานสองแท่งที่ทำจากโลหะผสมแม่เหล็กชนิดอ่อนพิเศษ ระหว่างการตรวจสอบ แท่งจะตั้งฉากกับพื้นผิวของชิ้นส่วน กล่าวคือ ขนานกับองค์ประกอบปกติของความแรงของสนามแม่เหล็ก แท่งมีขดลวดเหมือนกันซึ่งมีกระแสสลับไหลผ่าน ขดลวดเหล่านี้เชื่อมต่อกันเป็นอนุกรม กระแสสลับจะสร้างส่วนประกอบที่แปรผันของความแรงของสนามแม่เหล็กในแท่ง ส่วนประกอบเหล่านี้มีขนาดและทิศทางตรงกัน นอกจากนี้ยังมีองค์ประกอบคงที่ของความแรงของสนามแม่เหล็กของชิ้นส่วนที่ตำแหน่งของแต่ละแท่ง ค่า Δxซึ่งรวมอยู่ในสูตร (10.5) เท่ากับระยะห่างระหว่างแกนของแท่งและเรียกว่าฐานของคอนเวอร์เตอร์ แรงดันไฟขาออกของคอนเวอร์เตอร์ถูกกำหนดโดยความแตกต่างระหว่างแรงดันไฟสลับบนขดลวด

ให้เราวางทรานสดิวเซอร์เครื่องตรวจจับข้อบกพร่องในส่วนของชิ้นส่วนโดยไม่มีข้อบกพร่องซึ่งค่าของความแรงของสนามแม่เหล็กที่จุด x 1; x2(ดูสูตร (10.5)) ก็เหมือนกัน ซึ่งหมายความว่าการไล่ระดับความแรงของสนามแม่เหล็ก ศูนย์. จากนั้นส่วนประกอบคงที่และตัวแปรเดียวกันของความแรงของสนามแม่เหล็กจะทำหน้าที่กับแกนของตัวแปลงแต่ละตัว ส่วนประกอบเหล่านี้จะทำการรีแม่เหล็กของแท่งให้เท่ากัน ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าบนขดลวดจึงเท่ากัน ความต่างศักย์ไฟฟ้าที่กำหนดสัญญาณเอาท์พุตเป็นศูนย์ ดังนั้น ทรานสดิวเซอร์ของตัวตรวจจับข้อบกพร่องจะไม่ตอบสนองต่อสนามแม่เหล็กหากไม่มีการไล่ระดับสี

หากการไล่ระดับความแรงของสนามแม่เหล็กไม่เท่ากับศูนย์ แท่งจะอยู่ในสนามแม่เหล็กไฟฟ้ากระแสสลับเดียวกัน แต่ส่วนประกอบคงที่จะต่างกัน แต่ละแท่งถูกแม่เหล็กซ้ำโดยกระแสสลับที่คดเคี้ยวจากสถานะที่มีการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก - ในซือถึง + ในซือตามกฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้าบนขดลวดสามารถปรากฏได้ก็ต่อเมื่อการเปลี่ยนแปลงการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ดังนั้นระยะเวลาของการสั่น กระแสสลับสามารถแบ่งออกเป็นช่วง ๆ เมื่อแกนอยู่ในความอิ่มตัว ดังนั้น แรงดันไฟฟ้าบนขดลวดเป็นศูนย์ และเป็นช่วงเวลาเมื่อไม่มีความอิ่มตัว ซึ่งหมายความว่าแรงดันไฟฟ้าแตกต่างจากศูนย์ ในช่วงเวลาดังกล่าวเมื่อแท่งทั้งสองไม่ถูกทำให้เป็นแม่เหล็กจนอิ่มตัว แรงดันไฟฟ้าเดียวกันจะปรากฏบนขดลวด ขณะนี้สัญญาณเอาท์พุตเป็นศูนย์ สิ่งเดียวกันนี้จะเกิดขึ้นพร้อมกับความอิ่มตัวของสีทั้งสองแท่งพร้อมกัน เมื่อไม่มีแรงดันไฟฟ้าบนขดลวด แรงดันไฟขาออกจะปรากฏขึ้นเมื่อแกนหนึ่งอยู่ในสถานะอิ่มตัวและอีกแกนหนึ่งอยู่ในสถานะอิ่มตัว

การกระทำพร้อมกันของส่วนประกอบคงที่และแปรผันของความแรงของสนามแม่เหล็กนำไปสู่ความจริงที่ว่าแต่ละแกนอยู่ในสถานะอิ่มตัวเดียวเป็นเวลานานกว่า เวลานานกว่าในอื่นๆ ความอิ่มตัวที่ยาวขึ้นนั้นสอดคล้องกับการเพิ่มองค์ประกอบคงที่และตัวแปรของความแรงของสนามแม่เหล็ก ไปเป็นการลบที่สั้นกว่า ความแตกต่างระหว่างช่วงเวลาที่สอดคล้องกับค่าของการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก + ในซือและ - ในซือขึ้นอยู่กับความแรงของสนามแม่เหล็กคงที่ พิจารณาสถานะด้วยการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก + ในซือบนแท่งทรานสดิวเซอร์สองแท่ง ค่าความแรงของสนามแม่เหล็ก ณ จุดต่างๆ x 1และ x2จะสอดคล้องกับช่วงเวลาที่แตกต่างกันของช่วงความอิ่มตัวของแม่เหล็กของแท่ง ยิ่งความแตกต่างระหว่างค่าความแรงของสนามแม่เหล็กเหล่านี้มากเท่าใด ช่วงเวลาก็จะยิ่งต่างกันมากขึ้นเท่านั้น ในช่วงเวลาดังกล่าวเมื่อแกนหนึ่งอิ่มตัวและอีกอันหนึ่งไม่อิ่มตัว แรงดันไฟขาออกของตัวแปลงจะเกิดขึ้น แรงดันไฟฟ้านี้ขึ้นอยู่กับการไล่ระดับความแรงของสนามแม่เหล็ก

สนามแม่เหล็กมันคืออะไร? - เรื่องพิเศษ;
มันมีอยู่ที่ไหน? - รอบการเคลื่อนไหว ค่าไฟฟ้า(รวมทั้งรอบตัวนำที่มีกระแส)
จะค้นพบได้อย่างไร? - ใช้เข็มแม่เหล็ก (หรือตะไบเหล็ก) หรือโดยการกระทำบนตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้า

ประสบการณ์ของ Oersted:

เข็มแม่เหล็กจะเปลี่ยนถ้าไฟฟ้าเริ่มไหลผ่านตัวนำ ปัจจุบันเพราะ สนามแม่เหล็กเกิดขึ้นรอบตัวนำไฟฟ้าที่มีกระแสไหลผ่าน

ปฏิกิริยาของตัวนำสองตัวกับกระแส:

ตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านแต่ละตัวมีสนามแม่เหล็กของตัวเองอยู่รอบๆ ซึ่งทำหน้าที่ด้วยแรงบางอย่างกับตัวนำที่อยู่ติดกัน

ตัวนำสามารถดึงดูดหรือผลักกันทั้งนี้ขึ้นอยู่กับทิศทางของกระแสน้ำ

ระลึกความหลัง ปีการศึกษา:

เส้นแม่เหล็ก (หรือเส้นอื่นๆ ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก)

วิธีการพรรณนาสนามแม่เหล็ก? - ด้วยความช่วยเหลือของเส้นแม่เหล็ก
เส้นแม่เหล็ก, นี่คืออะไร?

เหล่านี้เป็นเส้นจินตภาพซึ่งวางเข็มแม่เหล็กไว้ในสนามแม่เหล็ก เส้นแม่เหล็กสามารถลากผ่านจุดใดก็ได้ของสนามแม่เหล็ก พวกมันมีทิศทางและปิดเสมอ

ลองนึกย้อนกลับไปในปีการศึกษาที่แล้ว:

สนามแม่เหล็กที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน

ลักษณะของสนามแม่เหล็กที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน: เส้นแม่เหล็กมีลักษณะโค้ง ความหนาแน่นของเส้นแม่เหล็กต่างกัน แรงที่สนามแม่เหล็กกระทำต่อเข็มแม่เหล็กจะแตกต่างกันที่จุดต่างๆ ของสนามนี้ทั้งในด้านขนาดและทิศทาง

สนามแม่เหล็กที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันอยู่ที่ไหน?

รอบตัวนำไฟฟ้ากระแสตรง

รอบแถบแม่เหล็ก;

รอบโซลินอยด์ (คอยล์กับกระแส)

สนามแม่เหล็กที่เป็นเนื้อเดียวกัน

ลักษณะของสนามแม่เหล็กที่เป็นเนื้อเดียวกัน: เส้นแม่เหล็กเป็นเส้นตรงขนานกันความหนาแน่นของเส้นแม่เหล็กจะเท่ากันทุกที่ แรงที่สนามแม่เหล็กกระทำต่อเข็มแม่เหล็กจะเท่ากันในทุกจุดของสนามนี้ในทิศทางของขนาด

สนามแม่เหล็กสม่ำเสมออยู่ที่ไหน?
- ภายในแท่งแม่เหล็กและภายในโซลินอยด์ หากความยาวมากกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางมาก

น่าสนใจ

ความสามารถของเหล็กและโลหะผสมในการเป็นแม่เหล็กสูงจะหายไปเมื่อถูกความร้อนที่อุณหภูมิสูง เหล็กบริสุทธิ์สูญเสียความสามารถนี้เมื่อถูกความร้อนถึง 767 ° C

แม่เหล็กแรงสูงซึ่งใช้ในผลิตภัณฑ์สมัยใหม่หลายชนิด อาจส่งผลต่อประสิทธิภาพของเครื่องกระตุ้นหัวใจและอุปกรณ์หัวใจที่ฝังในผู้ป่วยโรคหัวใจ แม่เหล็กเหล็กหรือแม่เหล็กเฟอร์ไรต์ทั่วไปที่สีเทาหม่นๆ แยกแยะได้ง่าย มีความแข็งแรงน้อยและไม่ค่อยกังวล
อย่างไรก็ตามเมื่อเร็ว ๆ นี้มีมาก แม่เหล็กแรงสูง- สีเงินแวววาวและเป็นตัวแทนของโลหะผสมของนีโอไดเมียม เหล็ก และโบรอน สนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นนั้นแรงมาก ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในดิสก์คอมพิวเตอร์ หูฟัง และลำโพง เช่นเดียวกับในของเล่น เครื่องประดับ และแม้แต่เสื้อผ้า

เมื่ออยู่บนถนนในเมืองหลักของมายอร์ก้า เรือทหารฝรั่งเศส "ลา โรแลง" ก็ปรากฏตัวขึ้น สภาพของเขาช่างน่าเวทนาเสียจนเรือแทบไม่ไปถึงท่าเทียบเรือ เมื่อนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส รวมทั้ง Arago อายุ 22 ปี ขึ้นเรือ ปรากฏว่าเรือถูกทำลายโดยฟ้าผ่า ขณะที่คณะกรรมาธิการกำลังตรวจสอบเรือ สั่นศีรษะเมื่อเห็นเสากระโดงและโครงสร้างส่วนบนที่ถูกไฟไหม้ Arago ก็รีบไปที่วงเวียนและเห็นสิ่งที่เขาคาดหวัง: เข็มเข็มทิศชี้ไปในทิศทางที่ต่างกัน ...

อีกหนึ่งปีต่อมา การขุดผ่านซากของเรือ Genoese ที่ชนใกล้กับแอลเจียร์ Arago พบว่าเข็มเข็มทิศถูกล้างอำนาจแม่เหล็ก . เรือกำลังมุ่งหน้าลงใต้ไปยังโขดหิน โดยถูกเข็มทิศแม่เหล็กถูกฟ้าผ่าหลอก

วี. คาร์ทเซฟ. แม่เหล็กสามพันปี

เข็มทิศแม่เหล็กถูกประดิษฐ์ขึ้นในประเทศจีน
เมื่อ 4,000 ปีที่แล้ว กองคาราวานพาไปด้วย หม้อดินและ "ดูแลเขาบนท้องถนนมากกว่าสินค้าราคาแพงทั้งหมดของคุณ" ในนั้นบนพื้นผิวของของเหลวบนทุ่นไม้วางหินที่ชอบเหล็ก เขาสามารถหันกลับมาและชี้ไปที่นักเดินทางไปทางทิศใต้ตลอดเวลาซึ่งหากไม่มีดวงอาทิตย์ก็ช่วยให้พวกเขาไปที่บ่อน้ำ
ในตอนต้นของยุคของเรา ชาวจีนได้เรียนรู้วิธีทำแม่เหล็กประดิษฐ์โดยการทำให้เข็มเหล็กเป็นแม่เหล็ก
และเพียงหนึ่งพันปีต่อมา ชาวยุโรปก็เริ่มใช้เข็มเข็มทิศแบบแม่เหล็ก

สนามแม่เหล็กโลก

โลกเป็นแม่เหล็กถาวรขนาดใหญ่
ขั้วแม่เหล็กใต้ แม้ว่าจะตั้งอยู่ตามมาตรฐานโลก ใกล้กับขั้วโลกเหนือ แต่กระนั้นก็อยู่ห่างกันประมาณ 2,000 กม.
มีอาณาเขตบนพื้นผิวโลกที่สนามแม่เหล็กของตัวเองบิดเบี้ยวอย่างมากโดยสนามแม่เหล็กของแร่เหล็กที่เกิดขึ้นในระดับความลึกตื้น หนึ่งในดินแดนเหล่านี้คือความผิดปกติทางแม่เหล็กของ Kursk ซึ่งตั้งอยู่ในภูมิภาค Kursk

การเหนี่ยวนำแม่เหล็กของสนามแม่เหล็กโลกมีค่าเพียง 0.0004 เทสลาเท่านั้น
___

สนามแม่เหล็กของโลกได้รับผลกระทบจากกิจกรรมสุริยะที่เพิ่มขึ้น ทุกๆ 11.5 ปีจะเพิ่มขึ้นอย่างมากจนการสื่อสารทางวิทยุหยุดชะงัก สวัสดิภาพของคนและสัตว์แย่ลง และเข็มเข็มทิศเริ่ม "เต้น" จากด้านหนึ่งไปอีกด้านหนึ่งอย่างคาดไม่ถึง ในกรณีนี้พวกเขาบอกว่าพายุแม่เหล็กกำลังมา โดยปกติจะใช้เวลาหลายชั่วโมงถึงหลายวัน

สนามแม่เหล็กของโลกเปลี่ยนทิศทางเป็นระยะ ทำให้ทั้งความผันผวนทางโลก (ยาวนาน 5–10 พันปี) และการปรับทิศทางใหม่ทั้งหมด กล่าวคือ การย้อนกลับของขั้วแม่เหล็ก (2–3 ครั้งในล้านปี) สิ่งนี้แสดงให้เห็นโดยสนามแม่เหล็กของยุคที่อยู่ห่างไกล "แช่แข็ง" ในหินตะกอนและภูเขาไฟ พฤติกรรมของสนามแม่เหล็กโลกไม่สามารถเรียกได้ว่าไม่เป็นระเบียบ แต่เป็นไปตาม "กำหนดการ"

ทิศทางและขนาดของสนามแม่เหล็กโลกถูกกำหนดโดยกระบวนการที่เกิดขึ้นในแกนโลก เวลาการกลับขั้วของลักษณะเฉพาะที่กำหนดโดยแกนแข็งด้านในคือตั้งแต่ 3 ถึง 5 พันปี และกำหนดโดยแกนของเหลวด้านนอกคือประมาณ 500 ปี เวลาเหล่านี้สามารถอธิบายพลวัตของสนามแม่เหล็กโลกที่สังเกตได้ การสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์เมื่อพิจารณาถึงกระบวนการต่าง ๆ ภายในโลก มันแสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ของการพลิกกลับของสนามแม่เหล็กในเวลาประมาณ 5 พันปี

โฟกัสด้วยแม่เหล็ก

"วิหารแห่งมนต์เสน่ห์หรือตู้จักรกล แสง และกายภาพของ Mr. Gamuletsky de Coll" โดย Gamuletsky นักเล่นกลลวงตาชาวรัสเซียผู้โด่งดังซึ่งมีอยู่จนถึงปี 1842 ได้กลายเป็นที่โด่งดังเนื่องจากผู้เข้าชมปีนบันไดที่ประดับประดาด้วย เชิงเทียนและพรมที่ปูด้วยพรมยังสังเกตได้จากระยะไกล แพลตฟอร์มชั้นนำบันไดซึ่งเป็นรูปปั้นเทวดาปิดทอง สร้างด้วยการเติบโตตามธรรมชาติของมนุษย์ ซึ่งลอยอยู่ในตำแหน่งแนวนอนเหนือประตูสำนักงานโดยไม่ถูกระงับหรือรองรับ ทุกคนสามารถมั่นใจได้ว่าร่างนั้นไม่มีการสนับสนุนใดๆ เมื่อผู้มาเยือนเข้ามาในแท่น ทูตสวรรค์ยกมือขึ้น นำเขาเข้าปากแล้วเล่นโดยขยับนิ้วอย่างเป็นธรรมชาติที่สุด กามูเลตสกี้กล่าวว่าเป็นเวลาสิบปีแล้ว ฉันพยายามหาจุดและน้ำหนักของแม่เหล็กและเหล็กเพื่อให้นางฟ้าอยู่ในอากาศ นอกจากค่าแรงแล้ว ฉันยังใช้เงินเป็นจำนวนมากเพื่อปาฏิหาริย์นี้

ในยุคกลาง สิ่งที่เรียกว่า "ปลาเชื่อฟัง" ซึ่งทำจากไม้เป็นตัวเลขลวงตาที่พบได้บ่อยมาก พวกเขาว่ายน้ำในสระและเชื่อฟังโบกมือของนักมายากลเพียงเล็กน้อย ซึ่งทำให้พวกเขาเคลื่อนที่ไปในทุกทิศทาง ความลับของกลอุบายนั้นง่ายมาก: มีแม่เหล็กซ่อนอยู่ในแขนเสื้อของนักมายากล และเอาเหล็กเสียบเข้าไปในหัวของปลา
ในเวลาที่ใกล้ชิดกับเรามากขึ้นเป็นการยักย้ายถ่ายเทของโจนัสชาวอังกฤษ หมายเลขลายเซ็นของเขา: โจนัสเชิญผู้ชมบางคนให้วางนาฬิกาไว้บนโต๊ะหลังจากนั้นเขาก็เปลี่ยนตำแหน่งของเข็มโดยพลการโดยไม่แตะต้องนาฬิกา
รูปแบบที่ทันสมัยของแนวคิดดังกล่าวคือคลัตช์แม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งเป็นที่รู้จักกันดีสำหรับช่างไฟฟ้าด้วยความช่วยเหลือซึ่งเป็นไปได้ที่จะหมุนอุปกรณ์ที่แยกออกจากเครื่องยนต์ด้วยสิ่งกีดขวางบางอย่างเช่นผนัง

ในช่วงกลางทศวรรษที่ 80 ของศตวรรษที่ 19 มีข่าวลือแพร่สะพัดเกี่ยวกับช้างนักวิทยาศาสตร์ ซึ่งไม่เพียงแต่สามารถบวกลบได้เท่านั้น แต่ยังสามารถคูณ หาร และแยกรากได้อีกด้วย สิ่งนี้ทำด้วยวิธีต่อไปนี้ ตัวอย่างเช่น ครูฝึกถามช้างว่า "เจ็ดแปดคืออะไร" มีกระดานเลขอยู่หน้าช้าง ภายหลังคำถาม ช้างก็หยิบเอาพอยน์เตอร์ชี้เลข 56 อย่างมั่นใจ ในทำนองเดียวกัน การแบ่งและการแยกได้ดำเนินการ รากที่สอง. เคล็ดลับนั้นง่ายพอสมควร: มีแม่เหล็กไฟฟ้าขนาดเล็กซ่อนอยู่ใต้ตัวเลขแต่ละตัวบนกระดาน เมื่อถามคำถามกับช้าง กระแสไฟฟ้าถูกนำไปใช้กับขดลวดของแม่เหล็กซึ่งหมายถึงคำตอบที่ถูกต้อง ตัวชี้เหล็กในงวงช้างถูกดึงดูดด้วยตัวเลขที่ถูกต้อง คำตอบมาโดยอัตโนมัติ แม้จะมีความเรียบง่ายของการฝึกอบรมนี้ แต่เคล็ดลับของเคล็ดลับ เวลานานไม่สามารถเข้าใจได้ และ "ช้างที่เรียนรู้" ก็ประสบความสำเร็จอย่างมาก