Що таке силові лінії магнітного поля? Магнітне поле

Без сумніву, силові лінії магнітного полязараз відомі всім. Принаймні ще в школі їх прояв демонструють на уроках фізики. Пам'ятаєте, як вчитель під аркушем паперу розміщував постійний магніт (або навіть два, комбінуючи орієнтованість їх полюсів), а зверху насипала металева тирса, взята в кабінеті трудового навчання? Цілком зрозуміло, що метал повинен був утримуватися на аркуші, проте спостерігалося щось дивне - чітко простежувалися лінії, вздовж яких вишиковувалися тирса. Зауважте - не поступово, а смугами. Це силові лінії магнітного поля. Вірніше, їхній прояв. Що ж тоді відбувалося і як можна пояснити?

Почнемо здалеку. Разом з нами у фізичному світі видимому співіснує особливий видматерії – магнітне поле. Воно забезпечує взаємодію рухомих елементарних частинокабо більших тіл, що володіють електричним зарядом або природним Електричні і не тільки взаємопов'язані один з одним, а й часто породжують самі себе. Наприклад, провід, яким протікає електричний струмстворює навколо себе лінії магнітного поля. Вірно і зворотне: вплив змінних магнітних полів на замкнутий провідний контур створює у ньому рух носіїв заряду. Остання властивість застосовується у генераторах, що постачають електричну енергію всім споживачам. Яскравий приклад електромагнітних полів – світло.

Силові лінії магнітного поля навколо провідника обертаються або, що також правильно, характеризуються направленим вектором магнітної індукції. Напрямок обертання визначають за правилом буравчика. Вказані лінії - умовність, оскільки поле поширюється поступово на всі боки. Вся справа в тому, що воно може бути представлене у вигляді нескінченної кількості ліній, деякі з яких мають більш яскраво виражену напруженість. Саме тому і тирсою чітко простежуються деякі «лінії». Що цікаво, силові лінії магнітного поля ніколи не перериваються, тому не можна однозначно сказати де початок, а де кінець.

У разі постійного магніту (або подібного до нього електромагніту), завжди є два полюси, що отримали умовні назвиПівнічного та Південного. Згадані лінії в цьому випадку - це кільця та овали, що з'єднують обидва полюси. Іноді це описується з погляду взаємодіючих монополів, проте виникає протиріччя, за яким не можна розділити монополя. Тобто будь-яка спроба розподілу магніту призведе до появи кількох двополюсних частин.

Величезний інтерес представляють властивості силових ліній. Про безперервність ми вже говорили, проте практичний інтерес становить здатність створювати у провіднику наслідком якої є електричний струм. Сенс цього полягає в наступному: якщо провідний контур перетинають лінії (або сам провідник рухається в магнітному полі), то електронам на зовнішніх орбітах атомів матеріалу повідомляється додаткова енергія, що дозволяє їм починати самостійний спрямований рух. Можна сказати, що магнітне поле ніби «вибиває» заряджені частки. кристалічних ґрат. Це явище отримало назву електромагнітної індукціїі зараз є основним способом отримання первинної електричної енергії. Воно було відкрито досвідченим шляхом у 1831 році англійським фізиком Майклом Фарадеєм.

Вивчення магнітних полів почалося ще 1269 року, коли П. Перегрін виявив взаємодію кулястого магніту зі сталевими голками. Майже через 300 років У. Г. Колчестер припустив, що сам є величезним магнітом, що має два полюси. Далі магнітні явищавивчали такі відомі вчені, як Лоренц, Максвелл, Ампер, Ейнштейн та ін.

> Лінії магнітного поля

Як визначити силові лінії магнітного поля: схема сили та напрямків ліній магнітного поля, використання компасу для визначення магнітних полюсів, малюнок.

Лінії магнітного полякорисні для візуального відображення сили та напрямки магнітного поля.

Завдання навчання

• Співвіднести сили магнітного поля із щільністю ліній магнітного поля.

Основні пункти

• Напрямок магнітного поля відображає стрілки компаса, що стосуються ліній магнітного поля будь-якої вказаної точки.
• Сила Поля виступає назад пропорційної дистанції між лініями. Вона також точно пропорційна числу ліній на одиницю площі. Одна лінія ніколи не перетинає іншу.
• Магнітне поле є унікальним у кожній точці простору.
• Лінії не перериваються та створюють замкнені петлі.
• Лінії тягнуться із північного до південного полюса.

Терміни

• Лінії магнітного поля – графічне зображення величини та напрями магнітного поля.
• В-полі – синонім для магнітного поля.

Лінії магнітного поля

Кажуть, що у дитинстві Альберт Ейнштейн любив розглядати компас, розмірковуючи у тому, як голка відчуває силу без прямого фізичного контакт. Глибоке мислення і серйозний інтерес призвели до того, що дитина виросла і створила свою революційну теорію відносності.

Оскільки магнітні сили впливають на віддаленості, ми обчислюємо магнітне поле для відображення цих сил. Графічна передача ліній корисна для візуалізації сили та напрями магнітного поля. Витягнутість ліній свідчить про північну орієнтацію стрілки компаса. Магнітне називають В-полем.

(а) – Якщо для зіставлення магнітного поля навколо стрижневого магніту використовують невеликий компас, він покаже потрібний напрямоквід північного полюса до південного. (b) – Додавання стрілок створює безперервні лініїмагнітного поля. Сила виступає пропорційною близькості ліній. (с) – Якщо можна вивчити нутрощі магніту, то лінії відобразяться у вигляді замкнутих петель

Немає нічого складного у порівнянні магнітного поля об'єкта. Для початку обчисліть силу та напрямок магнітного поля в декількох місцях. Позначте ці точки векторами, що вказують у напрямі локального магнітного поля з величиною, пропорційною його силі. Можна об'єднати стрілки і сформувати лінії магнітного поля. Напрямок у будь-якій точці виступить паралельним напряму найближчих ліній поля, а локальна щільність може бути пропорційної міцності.

Силові лінії магнітного поля нагадують контурні на топографічних картах, оскільки демонструють щось безперервне. Багато законів магнетизму можна сформулювати за допомогою простих понять, як кількість польових ліній крізь поверхню.

Напрямок ліній магнітного поля, представлених вирівнюванням залізної тирси на папері, розташованому над стрижневим магнітом

На відображення ліній впливають різні явища. Наприклад, залізна тирса на лінії магнітного поля створюють лінії, які відповідають магнітним. Також вони візуально відображаються у полярних сяйвах.

Відправлений у полі невеликий компас вирівнюється паралельно до лінії поля, а північний полюс вкаже на Ст.

Мініатюрні компаси можна використовувати для показу полів. (а) – Магнітне поле круглого струмового контуру нагадує магнітне. (b) – Довгий та прямий провід формує поле з лініями магнітного поля, що створює кругові петлі. (с) – Коли провід виявляється у площині паперу, то поле виступає перпендикулярним паперу. Позначте, які саме символи використовують для поля, що вказує всередину та назовні

Детальне вивчення магнітних полів допомогло вивести низку важливих правил:

• Напрямок магнітного поля стосується лінії поля у будь-якій точці простору.
• Сила поля виступає пропорційною близькості лінії. Вона також точно пропорційна до кількості ліній на одиницю площі.
• Лінії магнітного поля ніколи не стикаються, а значить у будь-якій точці простору магнітне поле буде унікальним.
• Лінії залишаються безперервними і випливають з північного до південного полюса.

Останнє правило полягає в тому, що полюси не можна розділити. І це відрізняється від ліній електричного поля, У яких кінець і початок знаменується позитивними та негативними зарядами.

МАГНІТНЕ ПОЛЕ. ОСНОВИ ФЕРРОЗОНДОВОГО КОНТРОЛЮ

Ми живемо у магнітному полі землі. Виявом магнітного поля є те, що стрілка магнітного компаса постійно показує напрямок на північ. той же результат можна отримати, маючи стрілку магнітного компасу між полюсами постійного магніту (рисунок 34).

Рисунок 34 - Орієнтація магнітної стрілки біля полюсів магніту

Зазвичай один із полюсів магніту (південний) позначають буквою S, інший - (північний) - літерою N. На малюнку 34 зображено два положення магнітної стрілки. У кожному положенні різномінні полюси стрілки та магніту притягуються. Тому напрямок стрілки компаса змінився, як тільки ми її зрушили зі становища. 1 у становище 2 . Причиною тяжіння до магніту та повороту стрілки є магнітне поле. Поворот стрілки при її зміщенні вгору і вправо показує, що напрямок магнітного поля в різних точкахпростору залишається незмінним.

На малюнку 35 показаний результат досліду з магнітним порошком, насипаним на аркуш щільного паперу, розташований над полюсами магніту. Видно, частинки порошку утворюють лінії.

Частинки порошку, потрапляючи у магнітне поле, намагнічуються. У кожної частки виникають північний і південний полюси. Розташовані поруч частинки порошку як повертаються у полі магніту, а й прилипають друг до друга, шикуючись у лінії. Ці лінії прийнято називати силовими лініями магнітного поля.

Малюнок 35 Розташування частинок магнітного порошку на аркуші паперу, розташованому над полюсами магніту

Поміщаючи магнітну стрілку поблизу такої лінії, можна помітити, що стрілка розташовується по дотичній. Цифрами 1 , 2 , 3 на малюнку 35 показано орієнтація магнітної стрілки у відповідних точках. Поблизу полюсів щільність магнітного порошку більша, ніж у інших точках листа. Це означає, що величина магнітного поля має максимальне значення. Таким чином, магнітне поле в кожній точці визначається значенням величини, що характеризує магнітне поле, та її напрямком. Такі величини прийнято називати векторами.

Розташуємо сталеву деталь між полюсами магніту (рисунок 36). Напрямок силових ліній деталі показано стрілками. У деталі також виникнуть силові лінії магнітного поля, їх буде набагато більше, ніж у повітрі.

Рисунок 36 Намагнічування деталей простої форми

Справа в тому, що сталева деталь містить залізо, що складається з мікромагнітів, які називаються доменами. Додаток до деталі поля, що намагнічує, призводить до того, що вони починають орієнтуватися в напрямку цього поля і посилюють його в багато разів. Видно, що силові лінії деталі паралельні один одному, при цьому магнітне поле постійно. Магнітне поле, яке характеризується прямими паралельними силовими лініями, проведеними з однаковою густиною, називається однорідним.

10.2 Магнітні величини

Найважливішою фізичною величиною, що характеризує магнітне поле, є вектор магнітної індукції, який прийнято позначати Ст. Для кожної фізичної величини заведено вказувати її розмірність. Так, одиницею сили струму є Ампер (А), одиницею магнітної індукції – Тесла (Тл). Магнітна індукція намагнічених деталях зазвичай лежить в інтервалі від 0,1 до 2,0 Тл.

Магнітна стрілка, поміщена в однорідне магнітне поле, повертатиметься. Момент сил, що повертає її навколо осі, пропорційний магнітної індукції. Магнітна індукція характеризує також ступінь намагніченості матеріалу. Силові лінії, показані на рисунках 34, 35, характеризують зміну магнітної індукції у повітрі та матеріалі (деталі).

Магнітна індукція визначає магнітне поле у ​​кожній точці простору. Для того, щоб характеризувати магнітне поле на якійсь поверхні (наприклад, у площині поперечного перерізудеталі), використовується ще одна фізична величинаяка називається магнітним потоком і позначається Φ.

Нехай однорідно намагнічена деталь (рис. 36) характеризується значенням магнітної індукції В, площа поперечного перерізу деталі дорівнює Sтоді магнітний потік визначається за формулою:

Одиниця магнітного потоку– Вебер (Вб).

Розглянемо приклад. Магнітна індукція до деталей дорівнює 0,2 Тл, площа поперечного перерізу - 0,01 м 2 . Тоді магнітний потік дорівнює 0,002 Вб.

Помістимо довгий залізний циліндричний стрижень в однорідне магнітне поле. Нехай вісь симетрії стрижня збігається із напрямком силових ліній. Тоді стрижень буде скрізь намагнічений однорідно. Магнітна індукція у стрижні буде набагато більшою, ніж у повітрі. Відношення магнітної індукції у матеріалі B мдо магнітної індукції у повітрі Уназивається магнітною проникністю:

μ=B м/B ст. (10.2)

Магнітна проникність є безрозмірною величиною. Для різних марок сталі магнітна проникність лежить в інтервалі від 200 до 5000.

Магнітна індукція залежить від властивостей матеріалу, що ускладнює технічні розрахунки магнітних процесів. Тому було введено допоміжну величину, яка не залежить від магнітних властивостейматеріалу. Вона називається вектором напруженості магнітного поля та позначається H. Одиниця напруженості магнітного поля – Ампер/метр (А/м). При магнітному контролі, що не руйнує, деталей напруженість магнітного поля змінюється від 100 до 100 000 А/м.

Між магнітною індукцією Ута напруженістю магнітного поля Ну повітрі існує проста залежність:

В = μ 0 H, (10.3)

де μ 0 = 4π 10 –7 Генрі/метр – магнітна постійна.

Напруженість магнітного поля та магнітна індукція у матеріалі пов'язані між собою співвідношенням:

B=μ 0 H (10.4)

Напруженість магнітного поля Н - Вектор. При ферозондовому контролі потрібно визначати складові цього вектора на поверхні деталі. Ці складові можна визначити, користуючись малюнком 37. Тут поверхню деталі прийнято за площину xy, вісь zперпендикулярна до цієї площини.

На малюнку 1.4 з вершини вектора H опущений перпендикуляр на площину x,y. У точку перетину перпендикуляра та площини з початку координат проведено вектор H  який називається тангенціальною складовою напруженості магнітного поля вектора H . Опустивши перпендикуляри з вершини вектора H  на осі xі y, визначимо проекції H xі H yвектора H. Проекція H на вісь zназивається нормальною складовою напруженості магнітного поля H n . При магнітному контролі найчастіше вимірюють тангенціальну та нормальну складові напруженості магнітного поля.

Рисунок 37 Вектор напруженості магнітного поля та його проекції на поверхні деталі

10.3 Крива намагнічування та петля гістерезису

Розглянемо зміну магнітної індукції спочатку розмагніченого феромагнітного матеріалу за поступового зростання напруженості зовнішнього магнітного поля. Графік, який відбиває цю залежність, показаний малюнку 38 і називається кривою початкового намагнічування. В області слабких магнітних полів нахил цієї кривої порівняно невеликий, а потім починає зростати, досягаючи максимального значення. При ще більших значеннях напруженості магнітного поля нахил зменшується так, що зміна магнітної індукції зі зростанням поля стає незначною - відбувається магнітне насичення, яке характеризується величиною B S. На малюнку 39 показано залежність магнітної проникності від напруженості магнітного поля. Для цієї залежності характерні дві величини: початкова μ н та максимальна μ м магнітна проникність. В області сильних магнітних полів проникність падає із зростанням поля. При подальшому збільшенні зовнішнього магнітного поля намагніченість зразка практично не змінюється, а магнітна індукція зростає лише рахунок зовнішнього поля .

Рисунок 38 Крива первісного намагнічування

Рисунок 39 Залежність проникності від напруженості магнітного поля

Магнітна індукція насичення B Sзалежить в основному хімічного складуматеріалу та для конструкційних та електротехнічних сталей становить 1,6-2,1 Тл. Магнітна проникність залежить не тільки від хімічного складу, а й від термічної та механічної обробки.

.

Малюнок 40 Гранична (1) та приватна (2) петлі гістерезису

За величиною коерцитивної сили магнітні матеріали поділяють на магнітом'які (H c< 5 000 А/м) и магнитотвердые (H c >5000 А/м).

Для магнітом'яких матеріалів потрібні порівняно малі поля для отримання насичення. Магнітотверді матеріали важко намагнітити та перемагнітити.

Більшість конструкційних сталей є магнітом'якими матеріалами. Для електротехнічної сталіі спеціальних сплавів коерцитивна сила становить 1-100 А/м, для конструкційних сталей - трохи більше 5 000 А/м. У приставних пристроях з постійними магнітамивикористовуються магнітотверді матеріали.

При перемагнічуванні матеріал знову насичується, але значення індукції має інший знак (- B S), що відповідає негативній напруженості магнітного поля. При подальшому збільшенні напруженості магнітного поля у бік позитивних значень індукція буде змінюватися по іншій кривій, що називається висхідною гілкою петлі. Обидві гілки: низхідна і висхідна, утворюють замкнуту криву, звану граничною петлею магнітного гістерези. Гранична петля має симетричну форму і відповідає максимальному значенню магнітної індукції, що дорівнює B S. При симетричній зміні напруженості магнітного поля в менших межах індукція змінюватиметься новою петлею. Ця петля повністю розташовується всередині граничної та називається симетричною приватною петлею (рисунок 40).

Параметри граничної петлі магнітної гістерези грають важливу роль при феррозондовому контролі. При високих значеннях залишкової індукції та коерцитивної сили можливе проведення контролю шляхом попереднього намагнічування деталі матеріалу до насичення з подальшим відключенням джерела поля. Намагніченість деталі буде достатньою виявлення дефектів.

Разом з тим явище гістерези призводить до необхідності контролю магнітного стану. За відсутності розмагнічування матеріал деталі може бути у стані, відповідному індукції – B r.Тоді, увімкнувши магнітне поле позитивної полярності, наприклад, рівне H cможна навіть розмагнітити деталь, хоча передбачається, що ми її намагнічуємо.

Важливе значеннямає також магнітна проникність. Чим більше μ , тим менше значення напруженості магнітного поля для намагнічування деталі. Тому технічні характеристикинамагнічувального пристрою повинні бути узгоджені з магнітними параметрами контролю.

10.4 Магнітне поле розсіювання дефектів

Магнітне поле дефектної деталі має особливості. Візьмемо намагнічене сталеве кільце (деталь) із вузькою щілиною. Цю щілину можна як дефект деталі. Якщо накрити кільце листом паперу з насипаним магнітним порошком, можна побачити картину, подібну до наведеної на малюнку 35. Аркуш паперу розташований поза кільцем, а тим часом частинки порошку вишиковуються вздовж певних ліній. Таким чином, силові лінії магнітного поля частково проходять поза деталями, обтікаючи дефект. Ця частина магнітного поля називається полем розсіювання дефекту.

На малюнку 41 показана довга тріщина деталі, розташована перпендикулярно силовим лініям магнітного поля, і картина силових ліній поблизу дефекту.

Рисунок 41 Обтікання силовими лініями поверхневої тріщини

Видно, що силові лінії магнітного поля обтікають тріщину всередині деталі та поза нею. Формування магнітного поля розсіювання підповерхневим дефектом можна пояснити за допомогою малюнка 42, де зображено ділянку намагніченої деталі. Силові лінії магнітної індукції відносяться до однієї з трьох ділянок поперечного перерізу: над дефектом, у зоні дефекту та під дефектом. p align="justify"> Твір магнітної індукції на площу поперечного перерізу визначає магнітний потік. Складові повного магнітного потоку на цих ділянках позначені як Φ 1 ,..,Частина магнітного потоку Ф 2, буде перетікати вище і нижче перетину S 2. Тому магнітні потоки в перерізах S 1і S 3будуть більшими, ніж у бездефектної деталі. Те саме можна сказати і про магнітну індукцію. Інший важливою особливістю силових ліній магнітної індукції є їх викривлення над та під дефектом. В результаті частина силових ліній виходить із деталі, створюючи магнітне поле розсіювання дефекту.

3 .

Малюнок 42 Поле розсіювання підповерхневого дефекту

Кількісно магнітне поле розсіювання можна оцінити магнітним потоком, що виходить з деталі, який називають потоком розсіювання. Магнітний потік розсіювання тим більше, що більше магнітний потік Φ 2у перетині S 2. Площа поперечного перерізу S 2пропорційна косинусу кута  , показаному на малюнку 42. При  = 90° ця площа дорівнює нулю, при  =0° вона має найбільше значення.

Таким чином, для виявлення дефектів необхідно, щоб силові лінії магнітної індукції в зоні контролю деталі були перпендикулярні площини передбачуваного дефекту.

Розподіл магнітного потоку за перерізом дефектної деталі аналогічно розподілу потоку води в руслі з перешкодою. Висота хвилі в зоні повністю зануреної перешкоди буде тим більшою, чим ближче гребінь перешкоди до поверхні води. Аналогічно цьому підповерхневий дефект деталі легше виявити, що менше глибина його залягання.

10.5 Виявлення дефектів

Для виявлення дефектів потрібен прилад, що дозволяє визначити параметри поля розсіювання дефекту. Це магнітне поле можна визначити за складовими Н х, Н у, Н z.

Однак поля розсіювання можуть бути викликані не лише дефектом, але й іншими факторами: структурною неоднорідністю металу, різкою зміною перерізу (у деталях складної форми), механічною обробкою, ударами, шорсткістю поверхні і т. д. Тому аналіз залежності навіть однієї проекції (наприклад, H z) від просторової координати ( xабо y) може виявитися непростим завданням.

Розглянемо магнітне поле розсіювання поблизу дефекту (рис. 43). Тут показано ідеалізовану нескінченно довгу тріщину з рівними краями. Вона витягнута вздовж осі yяка спрямована на малюнку до нас. Цифрами 1, 2, 3, 4 показано як змінюється величина та напрямок вектора напруженості магнітного поля при наближенні до тріщини зліва.

Малюнок 43 Магнітне поле розсіювання поблизу дефекту

Вимірювання магнітного поля відбувається на деякій відстані від поверхні деталі. Траєкторія, за якою проводяться виміри, зображена пунктиром. Величини та напрямки векторів праворуч від тріщини можна побудувати аналогічним чином (або скористатися симетрією малюнка). Правіше за картину поля розсіювання показаний приклад просторового положення вектора H та двох його складових H x і H z . Графіки залежностей проекцій H xі H zполя розсіювання від координати xпоказано нижче.

Здавалося б, відшукуючи екстремум H x або нуль H z можна знайти дефект. Але як зазначалося вище, поля розсіювання утворюються як від дефектів, а й від структурних неоднорідностей металу, від слідів механічних впливів тощо.

Розглянемо спрощену картину формування полів розсіювання на простій деталі (рисунок 44) схожої на ту, що була зображена на малюнку 41, та графіки залежностей проекцій H z , H xвід координати x(дефект витягнутий уздовж осі y).

За графіками залежностей H xі H zвід xвиявити дефект дуже непросто, оскільки величини екстремумів H xі H zнад дефектом і над неоднорідностями співмірні.

Вихід було знайдено, коли виявили, що в області дефекту максимальна швидкістьзміни (крутість) напруженості магнітного поля якоїсь координати більше, ніж інші максимуми.

Рисунок 44 показує, що максимальна крутість графіка H z (x)між точками x 1і x 2(Тобто в зоні розташування дефекту) набагато більше, ніж в інших місцях.

Отже, прилад має вимірювати не проекцію напруженості поля, а швидкість його зміни, тобто. відношення різниці проекцій у двох сусідніх точках над поверхнею деталі до відстані між цими точками:

(10.5)

де H z (x 1), H z (x 2)- значення проекції вектора H на вісь zу точках x 1 , x 2(лівіше і правіше за дефект), G z (x)прийнято називати градієнтом напруженості магнітного поля.

Залежність G z (x)показано на малюнку 44. Відстань Dx = x 2 - x 1між точками, у яких вимірюються проекції вектора H на вісь z,вибирається з урахуванням розмірів поля розсіювання дефекту.

Як випливає з малюнка 44, і це добре узгоджується з практикою, значення градієнта над дефектом істотно більше за його значення над неоднорідностями металу деталі. Саме це дозволяє достовірно реєструвати дефект перевищення градієнтом порогового значення (рисунок 44).

Вибираючи потрібне значення порога, можна звести помилки контролю до мінімальних значень.

Рисунок 44 Силові лінії магнітного поля дефекту та неоднорідностей металу деталі.

10.6 Феррозондовий метод

Феррозондовий метод заснований на вимірюванні феррозондовим приладом градієнта напруженості магнітного поля розсіювання, створеного дефектом у виробі, що намагнічує, і порівнянні результату вимірювання з порогом.

Поза контрольованою деталі існує певне магнітне поле, яке створюється для її намагнічування. Застосування дефектоскопа - градієнтометра забезпечує виділення сигналу, викликаного дефектом, і натомість досить великий повільно змінюється у просторі складової напруженості магнітного поля.

У ферозондовому дефектоскопі використовується перетворювач, що реагує на складову градієнта нормальної складової напруженості магнітного поля на поверхні деталі. Перетворювач дефектоскопа містить два паралельно розташованих стрижні зі спеціального магнітом'якого сплаву. Під час контролю стрижні перпендикулярні поверхні деталі, тобто. паралельні нормальній складової напруженості магнітного поля. Стрижні мають однакові обмотки, якими протікає змінний струм. Ці обмотки з'єднані послідовно. Змінний струм створює у стрижнях змінні складові напруженості магнітного поля. Ці складові збігаються за величиною та напрямком. Крім того, є постійна складова напруженості магнітного поля деталі у місці розміщення кожного стрижня. Величина Δx, що входить у формулу (10.5), дорівнює відстані між осями стрижнів і називається базою перетворювача. Вихідна напруга перетворювача визначається різницею змінної напруги на обмотках.

Розмістимо перетворювач дефектоскопа на ділянці деталі без дефекту, де значення напруженості магнітного поля в точках х 1; х 2(Див. формулу (10.5)) однакові. Це означає, що градієнт напруженості магнітного поля дорівнює нулю. Тоді на кожен стрижень перетворювача діятимуть однакові постійна та змінна складові напруженості магнітного поля. Ці складові однаково перемагнічуватимуть стрижні, тому напруги на обмотках рівні між собою. Різниця напруги, що визначає вихідний сигнал, дорівнює нулю. Таким чином, перетворювач дефектоскоп не реагує на магнітне поле, якщо немає градієнта.

Якщо градієнт напруженості магнітного поля не дорівнює нулю, то стрижні будуть в однаковому змінному магнітному полі, але постійні складові будуть різними. Кожен стрижень перемагнічується змінним струмом обмотки стану з магнітною індукцією – У Sдо + У SВідповідно до закону електромагнітної індукції напруга на обмотці може виникнути лише тоді, коли змінюється магнітна індукція. Тому період коливань змінного струмуможе бути розбитий на інтервали, коли стрижень перебуває у насиченні і, отже, напруга на обмотці дорівнює нулю, і проміжки часу, коли насичення немає, отже, напруга відрізняється від нуля. У ті проміжки часу, коли обидва стрижні не намагнічені до насичення, на обмотках з'являються однакові напруги. У цей час вихідний сигнал дорівнює нулю. Те саме буде при одночасному насиченні обох стрижнів, коли напруга на обмотках відсутня. Вихідна напруга з'являється тоді, коли один сердечник перебуває у насиченому стані, а інший – у ненасиченому.

Одночасний вплив постійної та змінної складової напруженості магнітного поля призводить до того, що кожен сердечник знаходиться в одному насиченому стані. тривалий час, ніж у іншому. Більш тривалому насичення відповідає складання постійної та змінної складових напруженості магнітного поля, більш короткому – віднімання. Різниця між інтервалами часу, які відповідають значенням магнітної індукції. У Sі – У Sзалежить від напруженості постійного магнітного поля. Розглянемо стан із магнітною індукцією + У Sу двох стрижнів перетворювача. Неоднаковим значенням напруженості магнітного поля в точках х 1і х 2буде відповідати різна тривалість інтервалів магнітного насичення стрижнів. Чим більша різниця між цими значеннями напруженості магнітного поля, тим більше відрізняються часові інтервали. У ті проміжки часу, коли один стрижень насичений, а інший - ненасичений, виникає вихідна напруга перетворювача. Ця напруга залежить від градієнта напруженості магнітного поля.

Магнітне поле, що це? - особливий вид матерії;
Де є? - Навколо рухаються електричних зарядів(у тому числі навколо провідника зі струмом)
Як виявити? - за допомогою магнітної стрілки (або залізної тирси) або за його дією на провідник зі струмом.

Досвід Ерстеда:

Магнітна стрілка повертається, якщо по провіднику починає протікати ел. Струм, т.к. навколо провідника зі струмом утворюється магнітне поле.

Взаємодія двох провідників із струмом:

Кожен провідник зі струмом має навколо себе власне магнітне поле, яке з деякою силою діє сусідній провідник.

Залежно від напряму струмів провідники можуть притягатися чи відштовхуватися друг від друга.

Згадай минуле навчальний рік:

МАГНІТНІ ЛІНІЇ (або інакше лінії магнітної індукції)

Як зобразити магнітне поле? - за допомогою магнітних ліній;
Магнітні лінії, що це?

Це уявні лінії, вздовж яких розташовуються магнітні стрілки, вміщені в магнітне поле. Магнітні лінії можна провести через будь-яку точку магнітного поля, вони мають напрямок і завжди замкнуті.

Згадай минулий навчальний рік:

НЕОДНОРІДНЕ МАГНІТНЕ ПОЛЕ

Характеристика неоднорідного магнітного поля: магнітні лінії викривлені; густота магнітних ліній різна;

Де існує неоднорідне магнітне поле?

Навколо прямого провідника зі струмом;

Навколо смугового магніту;

Навколо соленоїда (котушки зі струмом).

ОДНОРІДНЕ МАГНІТНЕ ПОЛЕ

Характеристика однорідного магнітного поля: магнітні лінії паралельні прямі; густота магнітних ліній скрізь однакова; сила, з якою магнітне поле діє магнітну стрілку, динакова в усіх точках цього поля за величиною напрямку.

Де існує однорідне магнітне поле?
- усередині смугового магніту і всередині соленоїда, якщо його довжина набагато більша, ніж діаметр.

ЦІКАВО

Здатність заліза та його сплавів сильно намагнічуватись зникає при нагріванні до високої температури. Чисте залізо втрачає таку здатність під час нагрівання до 767 °С.

Потужні магніти, що використовуються у багатьох сучасних товарах, здатні впливати на роботу електронних стимуляторів серця та вживлених серцевих пристроїв у кардіологічних пацієнтів. Звичайні залізні або феритові магніти, які легко відрізнити по тьмяно-сірому забарвленню, мають невелику силу і практично не викликають занепокоєнь.
Однак нещодавно з'явилися дуже сильні магніти- блискуче-сріблясті за кольором і сплав неодиму, заліза і бору. Створюване ними магнітне поле дуже сильне, завдяки чому вони широко застосовуються в комп'ютерних дисках, навушниках і динаміках, а також іграшках, прикрасах і навіть одязі.

Якось на рейді головного міста Майорки з'явилося французьке військове судно "Ля-Ролейн". Стан його був настільки жалюгідним, що корабель ледве дійшов своїм ходом до причалу. Коли на борт судна зійшли французькі вчені, в тому числі двадцяти дворічний Араго, з'ясувалося, що корабель був зруйнований блискавкою. Поки комісія оглядала судно, похитуючи головами побачивши щогли і надбудови, що обгоріли, Араго поспішив до компасів і побачив те, що очікував: стрілки компасів вказували в різні боки...

Через рік, копаючись в останках розбитого поблизу Алжиру генуезького судна, Араго виявив, що стрілки компасів були розмагнічені. . Корабель йшов на південь, об скелі, обдурений ураженим блискавкою магнітним компасом.

В. Карцев. Магніт за три тисячоліття.

Магнітний компас був винайдений у Китаї.
Вже 4000 років тому караванщики брали із собою глиняний горщикі "берегли його в дорозі більше всіх своїх дорогих вантажів". У ньому на поверхні рідини на дерев'яному поплавці лежав камінь, що любив залізо. Він міг повертатися і весь час вказував мандрівникам у бік півдня, що за відсутності Сонця допомагало їм виходити до колодязів.
На початку нашої ери китайці навчилися виготовляти штучні магніти, намагнічуючи металеву голку.
І лише за тисячу років намагнічену голку для компаса стали застосовувати європейці.

МАГНІТНЕ ПОЛЕ ЗЕМЛІ

Земля – це великий постійний магніт.
Південний магнітний полюс, хоч і розташований, за земними мірками, поблизу Північного географічного полюса, їх розділяють близько 2000 км.
На поверхні Землі є території, де її власне магнітне поле сильно спотворене магнітним полем залізняку, що залягають на невеликій глибині. Однією з таких територій є Курська магнітна аномалія, розташована в Курській області.

Магнітна індукція магнітного поля Землі складає всього близько 0,0004 Тесла.
___

На магнітне поле Землі впливає підвищена сонячна активність. Приблизно один раз на кожні 11.5 років вона зростає настільки, що порушується радіозв'язок, погіршується самопочуття людей і тварин, а стрілки компасів починають непередбачено "танцювати" з боку в бік. У такому разі кажуть, що настає магнітна буря. Зазвичай вона триває від кількох годин до кількох діб.

Магнітне поле Землі іноді змінює свою орієнтацію, роблячи і вікові коливання (тривалістю 5–10 тис. років), і повністю переорієнтуючись, тобто. міняючи місцями магнітні полюси (2-3 рази за мільйон років). На це вказують «вморожене» в осадові та вулканічні породи магнітне поле віддалених епох. Поведінка геомагнітного поля не можна назвати хаотичним, воно підпорядковується своєрідному «розкладу».

Напрямок і величина геомагнітного поля задаються процесами, що у ядрі Землі. Характерний час переполюсування, який визначається внутрішнім твердим ядром, становить від 3 до 5 тис. років, а визначається зовнішнім рідким ядром – близько 500 років. Цими часами може пояснюватися спостерігається динаміка геомагнітного поля. Комп'ютерне моделюванняз урахуванням різних внутрішньоземних процесів показало можливість переполюсовування магнітного поля приблизно за 5 тис. років.

ФОКУСИ З МАГНІТАМИ

"Храм зачарувань, або механічний, оптичний і фізичний кабінет м. Гамулецького де Колла" відомого російського ілюзіоніста Гамулецького, який проіснував до 1842 року, прославився також тим, що відвідувачі, що піднімалися по прикрашеній канделябрами і застелених килимами. верхньому майданчикусходи золочену фігуру ангела, виконану в натуральний людський зріст, яка ширяла в горизонтальному положенні над дверима кабінету, не будучи підвішена, ані оперта. У тому, що фігура не мала жодних підпірок, міг переконатись кожен охочий. Коли відвідувачі вступали на майданчик, ангел піднімав руку, підносив до рота валторну і грав на ньому, ворушачи пальцями природним чином. Десять років - говорив Гамулецький, - я трудився, щоб знайти точку та вагу магніту та заліза, щоб утримати ангела у повітрі. Крім праць чимало і коштів я вжив на це диво».

У середні віки дуже поширеним ілюзійним номером були так звані "слухняні риби", що виготовлялися з дерева. Вони плавали в басейні і корилися найменшому помаху руки фокусника, який змушував їх рухатися у різних напрямках. Секрет фокусу був надзвичайно простий: у рукаві у фокусника був захований магніт, а голови риб вставлені шматочки заліза.
Ближчими до нас за часом були маніпуляції англійця Джонаса. Його коронний номер: Джонас пропонував деяким глядачам покласти годинник на стіл, після чого він, не торкаючись годин, довільно змінював положення стрілок.
Сучасним втіленням такої ідеї є добре відомі електрикам електромагнітні муфти, за допомогою яких можна обертати пристрої, відокремлені від двигуна якоюсь перешкодою, наприклад, стіною.

У середині 80-х років 19 століття промайнула чутка про вченого слона, який умів не тільки складати і віднімати, але навіть множити, ділити і добувати коріння. Робилося це в такий спосіб. Дресирувальник, наприклад, питав слона: "Скільки буде сім вісім?" Перед слоном стояла дошка із цифрами. Після питання слон брав указку і впевнено показував цифру 56. Так само робилося розподіл і витяг квадратного кореня. Фокус був досить простий: під кожною цифрою на дошці захований невеликий електромагніт. Коли слону ставилося питання, в обмотку магніту, розташованого що означає правильну відповідь, подавався струм. Залізна указка у хоботі слона сама притягувалась до правильної цифри. Відповідь виходила автоматично. Незважаючи на всю простоту цього дресирування, секрет фокусу довгий часне могли розгадати, і "вчений слон" мав величезний успіх.