Sức mạnh của nam châm phụ thuộc vào gì? Nam châm vĩnh cửu, mô tả và nguyên lý hoạt động của chúng

Không nhiều người biết, nhưng trước khi sức mạnh của nam châm neodymium được phát hiện, các nhà khoa học đã cố gắng sử dụng tính chất từ ​​của rất nhiều loại kim loại.

Một chút lịch sử

Nỗ lực nghiêm túc đầu tiên nhằm “thuần hóa” năng lượng điện từ được các nhà khoa học thực hiện vào đầu thế kỷ trước, bắt đầu sử dụng thép, những đặc tính có lợi của chúng hầu như không được chú ý.

Bước đột phá tiếp theo theo hướng này được coi là hợp kim nhôm-niken-coban. Nó hiệu quả hơn thép vài lần, nhưng nếu chúng ta so sánh nam châm neodymium với AlNiCo, lực kéo trong trường hợp sau cao hơn 10 lần.

Đến năm 50, một cuộc cách mạng công nghiệp khác đã diễn ra - ferrite xuất hiện, mạnh hơn khoảng một lần rưỡi so với thế hệ nam châm trước đó. Nhưng lợi thế chính của họ không phải là điều này, mà là chi phí của họ. Giá ferrite thấp cho phép sử dụng các bộ phận làm từ chúng ở khắp mọi nơi, điều này tạo động lực chưa từng có cho sự phát triển của ngành công nghiệp điện tử, y học và nhiều lĩnh vực khác. Và chính chi phí thấp đã cho phép hợp kim này “tồn tại” cho đến ngày nay và ở một số khu vực đã thay thế được nam châm neodymium mạnh hơn.

Trong những năm tiếp theo, các kỹ sư đã thử nghiệm các đặc tính từ của nhiều vật liệu khác nhau, bao gồm hợp kim samarium-coban và thậm chí cả bạch kim. Nhưng do giá thành cao nên những vật liệu như vậy chưa tiến xa hơn các phòng thí nghiệm khoa học. Ngày nay, nếu chúng được sử dụng thì khá hiếm, chẳng hạn như trong những môi trường đặc biệt hung hãn.

Nam châm Neodymium - cường độ bám dính và các thông số khác

Bước đột phá thực sự tiếp theo trở nên khả thi nhờ việc phát hiện ra các đặc tính có lợi của neodymium. Tiền gửi của nguyên tố đất hiếm này chỉ được tìm thấy ở một số quốc gia, bao gồm Trung Quốc, Úc, Canada và Nga. Ngoài ra, tỷ lệ kim loại trong tổng khối lượng đá rất nhỏ nên giá thành cao. Đối với một kg chất nguyên chất, họ phải trả khoảng 100 USD trên thị trường thế giới.

Bằng cách kết hợp một nguyên tố đất hiếm với sắt và boron, các nhà khoa học đã tạo ra được nam châm neodymium, từ trường của nó mạnh hơn vài lần so với các nam châm ferit và mạnh hơn hàng chục lần so với các thiết bị từ tính đầu tiên được tạo ra. bằng thép. Cho đến nay, không có loại vật liệu nào có thể so sánh được với loại hợp kim này về độ bền bám dính. Ngoài ra, nó còn có một ưu điểm quan trọng khác - khả năng chống khử từ cao chưa từng có, suy yếu hơn 10% một chút sau 100 năm.

Điều đáng ngạc nhiên là mặc dù có những thông số ấn tượng nhưng một nam châm neodymium mạnh lại tương đối rẻ, điều mà các nhà công nghiệp nhanh chóng đánh giá cao. Nếu có thể, họ bắt đầu thay thế các thế hệ nam châm trước đây bằng neodymium, từ đó tăng hiệu suất của thiết bị.

Loại hợp kim từ tính này cũng có nhược điểm của nó. Trước hết, đây là những loại có độ ổn định nhiệt tương đối thấp, dễ vỡ và dễ bị ăn mòn nghiêm trọng.

Trong hầu hết các trường hợp, từ trường của nam châm neodymium chỉ được duy trì ở nhiệt độ không cao hơn +80 o C, nhưng mặt khác, người ta có thể phát triển các loại hợp kim mà ngày nay đã có thể hoạt động ở nhiệt độ +200 o C. Điều tương tự cũng áp dụng cho các đặc tính sức mạnh. Trước tiên, chúng được tăng lên bằng cách thêm tạp chất polymer, giúp tạo độ đàn hồi cho vật liệu và thứ hai, nhờ lớp phủ bảo vệ giúp chống lại các mảnh vụn và môi trường khắc nghiệt. Tất cả các sản phẩm không ảnh hưởng đến từ trường của nam châm neodymium nhưng kéo dài đáng kể tuổi thọ của từng sản phẩm.

Thương hiệu sản phẩm neodymium

Nam châm NdFeB được chia thành nhiều loại theo:

  • Đặc điểm trọng lượng và kích thước;
  • Tính chất hợp kim;
  • Nhiệt độ hoạt động;
  • Hình dạng;
  • Vectơ từ hóa;
  • Các thông số khác.

Hãy nói vài lời về các tính năng đặc biệt của các thiết bị trong từng danh mục.

Độ lớn là chất lượng quan trọng nhất quyết định hiệu quả của nam châm neodymium; nam châm có độ bền cao hơn hầu như sẽ có kích thước và trọng lượng lớn hơn, và ngược lại, các sản phẩm nhỏ hiếm khi thể hiện được khả năng ấn tượng.. Đĩa 50x30 phổ biến có trọng lượng 442 gram và có lực nâng 116 kg. Đồng thời, một quả bóng 5x3 có tỷ lệ tương tự, nặng 0,4 gram, có lực bám chỉ nửa kg, mặc dù đối với một vật nhỏ như vậy thì đây là một con số ấn tượng.

Loại hợp kim là yếu tố thứ hai ảnh hưởng đến độ mạnh của nam châm neodymium (lực hấp dẫn). Theo các thông số điện từ của chúng, hợp kim được chia thành nhiều loại và được ký hiệu bằng các số từ 35 đến 52. Số cao hơn có nghĩa là hiệu quả của sản phẩm cao hơn, nhưng cũng theo đó, giá thành cao hơn. Phần lớn các sản phẩm Polyus-Magnit được làm từ hợp kim N-42. Cả về chỉ số năng lượng và giá cả, đây là một nam châm neodymium trung bình, lực dính của nó khá chấp nhận được để sử dụng trong điều kiện gia đình.

Như bạn có thể đã nhận thấy ở trên, thương hiệu sản phẩm của chúng tôi không chỉ được biểu thị bằng số mà còn bằng chữ cái. Đặc biệt, chữ cái “N” chỉ ra rằng một bộ phận cụ thể có thể được vận hành ở nhiệt độ tương ứng lên tới +80 o C, “M” - lên đến +100 o C, “H” - 120 o C, v.v. Lớp EH được coi là có khả năng chịu nhiệt tốt nhất; nó cho rằng từ tính của nam châm neodymium không bị mất ngay cả ở hai trăm độ.

Hãy nói một vài lời về hình dạng của hàng hóa. Ngày nay, các doanh nghiệp sản xuất lưới kéo từ tính, vòng, đĩa, hình chữ nhật, thanh và các loại dây buộc khác nhau. Ngoài ra, trên thị trường, bạn có thể tìm thấy các thiết bị dành cho công cụ tìm kiếm cũng như neocube. Cuối cùng, một số công ty cung cấp dịch vụ tạo ra các sản phẩm tùy chỉnh. Nghĩa là, bạn có thể cung cấp một bản vẽ và nhà máy sẽ tạo ra một nam châm neodymium dựa trên nó, độ bám dính của nó sẽ đủ để giải quyết vấn đề của bạn.

Các sản phẩm neodymium tiêu chuẩn có một trong ba loại từ hóa: hướng trục, hướng tâm hoặc hướng trục. Điều này có nghĩa là, ví dụ, máy giặt đất hiếm của bạn sẽ thu hút các vật thể bằng mặt trên, mặt dưới hoặc mặt bên lồi. Loại từ hóa xuyên tâm thường được tìm thấy nhiều hơn trong các vòng trong đó vòng tròn bên ngoài của chúng mang điện tích dương và vòng tròn bên trong mang điện tích âm. Khi chọn nam châm neodymium được gia cố, bạn cũng nên chú ý đến yếu tố này.

Trang web của chúng tôi chứa nhiều loại sản phẩm. Bạn có thể chọn hình dạng hoặc kích thước mong muốn cũng như các thông số khác của sản phẩm.

Đặt lòng bàn tay trái của bạn sao cho các đường cảm ứng từ dường như đi vào đó và bốn ngón tay duỗi thẳng, gập song song với nhau, biểu thị hướng chuyển động của cực dương. Kết quả là ngón cái của bàn tay trái uốn cong một góc 90 sẽ chỉ hướng của lực Lorentz. Nếu quy tắc gimlet được áp dụng cho các điện tích âm thì bốn ngón tay duỗi ra sẽ định vị tốc độ chuyển động của các điện tích.

Cảm ứng từ trường, là đặc tính lực của trường hình thành bởi dòng điện, có thể được tìm thấy bằng công thức đã cho. Ở đây rₒ là vectơ bán kính. Nó chỉ ra điểm mà tại đó chúng ta tìm thấy cường độ của từ trường. Dl là chiều dài của phần tạo thành từ trường và I là cường độ dòng điện. Trong hệ SI, µₒ là hằng số từ bằng tích của 4π với 10 v - .

Xác định mô đun lực Lorentz là tích của các đại lượng sau: mô đun điện tích hạt tải điện, tốc độ chuyển động có thứ tự của hạt tải điện dọc theo dây dẫn, mô đun cảm ứng từ trường, góc giữa các vectơ của tốc độ chỉ định và cảm ứng từ. Điều này đúng với mọi giá trị của tốc độ tích điện.

Viết biểu thức và thực hiện các phép tính cần thiết.

Video về chủ đề

Xin lưu ý

Nếu một hạt tích điện chuyển động trong một từ trường đặc trưng bởi sự đồng đều thì khi có lực Lorentz tác dụng lên nó thì vectơ vận tốc của hạt này sẽ nằm trong mặt phẳng vuông góc với vectơ cảm ứng từ. Kết quả là vật nhiễm điện sẽ chuyển động tròn. Trong những trường hợp như vậy, lực từ Lorentz trở thành lực hướng tâm.

Lời khuyên hữu ích

Hướng của lực Lorentz vuông góc với hướng của vectơ vận tốc và cảm ứng từ. Tại thời điểm hạt tích điện chuyển động trong từ trường, lực này không thực hiện công. Do đó, độ lớn của vectơ vận tốc được bảo toàn tại thời điểm này và chỉ có hướng của vectơ này thay đổi.

Nguồn:

  • Tương tác từ của dòng điện

Mẹo 2: Cường độ từ trường và các đặc tính chính của nó

Từ trường là một trong những dạng vật chất, hiện thực khách quan. Mắt người không nhìn thấy được nhưng sự tồn tại của nó được biểu hiện dưới dạng lực từ tác dụng lên các hạt tích điện và nam châm vĩnh cửu.

Biểu diễn đồ họa của từ trường

Từ trường về bản chất là vô hình. Để thuận tiện, một phương pháp biểu diễn đồ họa dưới dạng đường dây điện đã được phát triển. Hướng của chúng phải trùng với hướng của lực từ trường. Các đường lực không có điểm bắt đầu và kết thúc: chúng đóng kín. Điều này phản ánh một trong các phương trình Maxwell trong lý thuyết tương tác điện từ. Cộng đồng khoa học chấp nhận rằng các đường sức “bắt đầu” ở cực bắc của nam châm và “kết thúc” ở cực nam. Việc bổ sung này được thực hiện chỉ để xác định có điều kiện hướng của vectơ lực từ trường.

Tính khép kín của các đường sức từ có thể được xác minh bằng một thí nghiệm đơn giản. Bạn cần một nam châm vĩnh cửu và khu vực xung quanh nó có mạt sắt. Chúng sẽ được định vị theo cách mà bạn có thể nhìn thấy các đường lực.

Cường độ từ trường

Vectơ cường độ từ trường giống như vectơ được mô tả ở phần trước. Hướng của nó phải trùng với hướng của các đường sức. Đây là lực mà trường tác dụng lên một nam châm vĩnh cửu đặt trong nó. Lực căng đặc trưng cho sự tương tác của từ trường với vật chất xung quanh. Có một cái đặc biệt mà bạn có thể xác định mô đun vectơ của nó tại bất kỳ điểm nào trong không gian (định luật Biot-Savart-Laplace). Lực căng không phụ thuộc vào đặc tính từ của môi trường và được đo bằng oersted (trong hệ CGS) và A/m (SI).

Cảm ứng từ trường và từ thông

Cảm ứng từ trường đặc trưng cho cường độ của nó, tức là khả năng tạo ra công việc. Khả năng này càng cao thì trường càng mạnh và nồng độ các đường sức trong 1 m2 càng cao. Từ thông là tích số của cảm ứng và diện tích chịu tác dụng của từ trường. Về mặt số học, giá trị này thường tương đương với số đường sức xuyên qua một khu vực nhất định. Dòng chảy đạt cực đại nếu vị trí nằm vuông góc với hướng của vectơ lực căng. Góc này càng nhỏ thì lực tác động càng yếu.

Tính thấm từ

Tác dụng của từ trường trong một môi trường nhất định phụ thuộc vào tính thấm từ của nó. Giá trị này đặc trưng cho cường độ cảm ứng trong môi trường. Không khí và một số chất có tính thấm từ của chân không (giá trị lấy từ bảng hằng số vật lý). Trong sắt từ nó lớn hơn hàng nghìn lần.

Trang này hiện chỉ có bằng tiếng Nga.

1. Từ tính

2. Từ trường

3. Nam châm vĩnh cửu

1. Từ tính- một dạng tương tác giữa các điện tích chuyển động, được thực hiện ở khoảng cách xa thông qua từ trường. , nguyên tử và phân tử, và ở quy mô vĩ mô - dòng điện và nam châm vĩnh cửu. Cùng với điện, từ trường là một trong những biểu hiện của tương tác điện từ. Đặc tính chính của từ trường là vectơ cảm ứng, trong chân không trùng với vectơ cường độ từ trường.

Mô men từ, mômen lưỡng cực từ- đại lượng chính đặc trưng cho tính chất từ ​​của một chất. Nguồn gốc của từ tính, theo lý thuyết cổ điển về hiện tượng điện từ, là các dòng điện vĩ mô và vi mô. Nguồn từ cơ bản được coi là dòng điện đóng. Các hạt cơ bản, hạt nhân nguyên tử và vỏ điện tử của nguyên tử và phân tử đều có mômen từ. Mô men từ của các hạt cơ bản (electron, proton, neutron và các hạt khác), như được chứng minh bởi cơ học lượng tử, là do sự tồn tại của mômen cơ học của chính chúng - spin. Mô men từ được đo bằng A*m2 hoặc J/T (SI).

Công thức tính mô men từ
Trong trường hợp mạch phẳng có dòng điện, mômen từ được tính bằng
, trong đó I là cường độ dòng điện trong mạch, S là diện tích mạch, N- vectơ đơn vị vuông góc với mặt phẳng đồng mức. Hướng của mô men từ thường được tìm theo quy tắc gimlet: nếu bạn xoay tay cầm của gimlet theo hướng của dòng điện thì hướng của mô men từ sẽ trùng với hướng chuyển động tịnh tiến của gimlet.


Ở đâu r- vectơ bán kính được vẽ từ điểm gốc đến phần tử có chiều dài đường viền dl


Ở đâu j- mật độ dòng điện trong phần tử khối dV.


2. Từ trường- một thành phần của trường điện từ xuất hiện khi có điện trường biến thiên theo thời gian. Ngoài ra, từ trường có thể được tạo ra bởi dòng điện của các hạt tích điện hoặc bởi mô men từ của các electron trong nguyên tử (nam châm vĩnh cửu). Đặc tính chính của từ trường là cường độ của nó, được xác định bởi vectơ cảm ứng từ B. Trong SI, cảm ứng từ được đo bằng Tesla (T).

Từ trường là một loại vật chất đặc biệt trong đó xảy ra tương tác giữa các hạt hoặc vật tích điện chuyển động có mô men từ.

Người ta cũng có thể coi từ trường là một thành phần tương đối tính của điện trường. Chính xác hơn, từ trường là hệ quả tất yếu của sự tồn tại của điện trường và thuyết tương đối đặc biệt. Từ trường và điện trường cùng nhau tạo thành một trường điện từ, biểu hiện của nó là ánh sáng và các sóng điện từ khác.

Biểu hiện của từ trường
Từ trường biểu hiện ở chỗ tác dụng lên mô men từ của các hạt và vật thể, lên các hạt mang điện chuyển động (hoặc các vật dẫn mang dòng điện). Lực tác dụng lên một hạt mang điện chuyển động trong từ trường gọi là lực Lorentz, luôn có phương vuông góc với vectơ v

Ở đâu Một- góc giữa hướng của vectơ vận tốc hạt v v và hướng của vectơ từ trường B

Ngoài ra, một từ trường tác dụng lên một dây dẫn mang dòng điện. Lực tác dụng lên dây dẫn sẽ gọi là lực Ampe. Lực này bao gồm các lực tác dụng lên các điện tích riêng lẻ chuyển động bên trong dây dẫn.

Tương tác của hai nam châm
Biểu hiện phổ biến nhất của từ trường là sự tương tác của hai nam châm: cùng tên thì đẩy nhau, khác cực thì hút nhau. Thật hấp dẫn khi mô tả sự tương tác giữa các nam châm như sự tương tác giữa hai đơn cực, nhưng ý tưởng này không dẫn đến một mô tả chính xác về hiện tượng này.

Sẽ đúng hơn khi nói rằng một lưỡng cực từ đặt trong một trường không đồng nhất chịu tác dụng của một lực có xu hướng làm nó quay sao cho mô men từ của lưỡng cực thẳng hàng với từ trường.

Lực tác dụng lên một lưỡng cực từ với mô men từ tôiđược thể hiện bằng công thức:

Lực tác dụng lên nam châm từ một từ trường không đồng nhất cũng có thể được xác định bằng cách tổng hợp tất cả các lực tác dụng lên các lưỡng cực cơ bản tạo nên nam châm.

Năng lượng từ trường có thể được tìm thấy bằng công thức:

trong đó: F - từ thông, I - dòng điện, L - độ tự cảm của cuộn dây hoặc quay theo dòng điện.

3. Nam châm vĩnh cửu- là sản phẩm có nhiều hình dạng khác nhau được làm bằng vật liệu cứng có độ cảm ứng từ dư cao, duy trì trạng thái từ hóa trong thời gian dài. Nam châm vĩnh cửu được sử dụng làm nguồn từ trường tự trị (không tiêu tốn năng lượng).

Tính chất của nam châm được xác định bởi đặc tính phần khử từ của vòng trễ từ của vật liệu nam châm: cảm ứng dư Br và lực cưỡng bức Hc càng cao thì độ từ hóa và độ ổn định của nam châm càng cao.

Cảm ứng của nam châm vĩnh cửu Bd không thể vượt quá Br: đẳng thức Bd = Br chỉ có thể xảy ra nếu nam châm là một mạch từ kín, nghĩa là nó không có khe hở không khí, tuy nhiên, nam châm vĩnh cửu thường được sử dụng để tạo ra từ trường trường trong khoảng trống không khí (hoặc được lấp đầy trong môi trường khác), trong trường hợp này là Bd
Có bốn loại vật liệu chính được sử dụng để sản xuất nam châm vĩnh cửu:

    gốm sứ (ferit)

    neodymium-sắt-boron (Nd-Fe-B, NdFeB, NIB)

    coban samari (SmCo)

    Alnico

Nam châm Ferrite được sử dụng rộng rãi nhất.

Đối với các ứng dụng ở nhiệt độ bình thường, nam châm vĩnh cửu mạnh nhất được làm từ hợp kim có chứa neodymium. Chúng được sử dụng trong các lĩnh vực như chụp ảnh cộng hưởng từ, động cơ servo ổ cứng và loa chất lượng cao.

Nam châm vĩnh cửu trong bài học vật lý thường được thể hiện dưới dạng móng ngựa, các cực của nó có màu xanh và đỏ.

Các quả bóng và hình trụ riêng lẻ có đặc tính từ tính mạnh được sử dụng làm đồ trang sức/đồ chơi công nghệ cao - chúng được lắp ráp thành dây chuyền mà không cần ốc vít bổ sung để có thể đeo như một chiếc vòng tay. Ngoài ra còn có các bộ xây dựng được giảm giá, bao gồm một bộ que từ hình trụ và các quả bóng thép. Từ chúng, bạn có thể lắp ráp nhiều cấu trúc, chủ yếu là kiểu giàn.

Ngoài ra, còn có nam châm phẳng dẻo trên đế polymer có phụ gia từ tính, ví dụ, được sử dụng để sản xuất nam châm trang trí cho tủ lạnh, trang trí và các công trình khác. Chúng được sản xuất ở dạng băng và tấm, thường được bôi một lớp keo và một lớp màng bảo vệ. Từ trường của một nam châm phẳng như vậy có dạng sọc - các cực dương và cực âm xen kẽ theo từng bước khoảng hai mm trên toàn bộ bề mặt.

Lực hút của nam châm vĩnh cửu(hay công suất nam châm vĩnh cửu) phụ thuộc vào nhiều thông số như.

Nam châm không có tác dụng với các chất như gỗ, giấy, nhựa và thậm chí một số kim loại như nhôm được sử dụng trong lon nước giải khát. Nếu nam châm đến gần các vật có chứa sắt, chúng sẽ hút chúng về phía mình bằng một lực vô hình. Khi hai nam châm ở gần nhau, chúng có thể hút nhau (có xu hướng di chuyển lại gần nhau hơn) hoặc đẩy nhau (di chuyển ra xa nhau hơn).

Nam châm là gì?

Nam châm là vật tạo ra một lực gọi là từ trường. Từ trường là vùng chứa lực từ. Từ tính lớn nhất thể hiện ở hai vị trí của nam châm - ở hai cực của nó. Một cái gọi là bắc, hoặc cộng, cái kia gọi là nam, hoặc trừ. Cực bắc của nam châm này đẩy cực bắc của nam châm khác nhưng lại hút cực nam của nó. Định luật cơ bản của từ trường phát biểu rằng các cực cùng tên thì đẩy nhau và các cực khác nhau thì hút nhau.

Một nam châm hình thanh điển hình được làm bằng thép. Các đường sức từ của nó chạy theo dạng vòng cung từ cực này sang cực kia. Nam châm có thể có hình dạng khác: ví dụ, ở dạng móng ngựa - có một cực ở mỗi đầu; ở dạng đĩa - có một cực ở mỗi bên; ở dạng vòng - với một cực ở phần bên ngoài (vành) và cực kia ở phần bên trong.

Từ tính được hình thành như thế nào?

Nó phát sinh từ sự chuyển động của chính các hạt tạo ra điện - các electron của nguyên tử. Các electron chuyển động xung quanh hạt nhân trong nguyên tử và xung quanh chúng, và hạt nhân nguyên tử cũng quay. Thông thường các electron quay tròn ngẫu nhiên, ở các góc khác nhau. Nhưng trong một nam châm, rõ ràng, sự quay của các electron có trật tự, các lực nhỏ của chúng cộng lại, tạo ra một lực chung - từ tính.

Nam châm là những chất gì?

Nam châm đơn giản nhất, tức là vật liệu bị nam châm hút là sắt. Thép chứa một tỷ lệ lớn sắt, có nghĩa là nó cũng có từ tính. Các kim loại ít phổ biến hơn là niken và coban và các kim loại hiếm neodymium, goolinium và dysprosium thể hiện tính chất từ ​​tính không đáng kể.

Một loại đá giàu sắt và được gọi là magnetite, hay quặng sắt từ tính, có từ tính tự nhiên. Những mảnh đá dài và mỏng này được sử dụng làm la bàn từ tính đầu tiên.

Các đĩa gốm đặt chồng lên nhau được dùng làm chất cách điện. Điều này giúp ngăn ngừa tổn thất năng lượng điện mạnh trong đường dây điện áp cao, tức là ngăn chặn rò rỉ hoặc truyền năng lượng đột ngột xuống đất. Tuy nhiên, nếu công suất điện cao là 0,5 triệu đồng. vôn (V) trở lên và không khí rất ẩm (nước là chất dẫn điện tốt) khi đó điện có thể thoát ra dưới dạng tia lửa điện xuống đất.

Lực hút từ tính

Trái đất giống như một nam châm

Hành tinh của chúng ta là một nam châm khổng lồ. Bên trong lõi trái đất, được hình thành bởi các loại đá có hàm lượng sắt đáng kể, có áp suất và nhiệt độ rất cao. Trái đất quay liên tục nên đá nóng chảy ở lõi chảy không ngừng. Chính các khối chứa sắt chuyển động đã tạo ra từ trường chạm tới bề mặt Trái đất và tiếp tục quay quanh nó trong không gian. Giống như bất kỳ từ trường nào, nó yếu đi trong khoảng cách lớn. Các cực từ của Trái đất không trùng với các cực địa lý và nằm cách cực Bắc và cực Nam một khoảng. Trục địa lý mà Trái đất quay quanh đi qua các cực địa lý này.

Từ tính tự nhiên của Trái đất bắt nguồn từ lõi của nó. Nhưng từ trường kéo dài hàng trăm km vào không gian. Cực Bắc từ nằm gần đảo Bathurst ở phía bắc Canada, cách Cực Bắc địa lý 1000 km. Cực Nam Từ nằm ở vùng biển gần Wilkes Land (Nam Cực), cách Cực Nam địa lý 2000 km.

Nam châm thường được sử dụng trong động cơ, máy phát điện, tủ lạnh, thẻ tín dụng và thẻ ghi nợ cũng như các thiết bị điện tử khác nhau như bộ thu âm guitar điện, loa âm thanh nổi và ổ cứng máy tính. Nam châm có thể là vĩnh cửu và bao gồm các vật liệu từ tính tự nhiên (sắt hoặc hợp kim), hoặc chúng có thể là nam châm điện. Trong nam châm điện, từ trường được tạo ra bằng cách truyền một điện trường qua một cuộn dây quấn quanh lõi sắt. Có một số yếu tố ảnh hưởng đến cường độ của từ trường và cường độ này có thể được thay đổi theo nhiều cách. Những yếu tố và phương pháp này được mô tả trong bài viết này.

bước

Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ từ trường

    Hãy xem xét các đặc tính của nam châm. Các tính chất của nam châm được mô tả bởi các thông số sau:

    Hãy xem nam châm vĩnh cửu được làm từ chất liệu gì. Nam châm vĩnh cửu thường được làm từ các vật liệu sau:

    • Một hợp kim của neodymium, sắt và boron. Vật liệu này có cảm ứng từ cao nhất (12.800 gauss), cường độ từ trường cưỡng bức (12.300 oersted) và mật độ từ thông tối đa (40). Nó cũng có nhiệt độ hoạt động tối đa và nhiệt độ Curie thấp nhất (lần lượt là 150 và 310 độ C), hệ số nhiệt độ của nó là -0,12.
    • Hợp kim của samarium với coban đứng thứ hai về độ kháng từ của từ trường, là 9.200 oersted. Nó tạo ra cảm ứng từ 10.500 gauss và mật độ từ thông tối đa là 26. Nhiệt độ hoạt động tối đa của nó cao hơn nhiều so với hợp kim neodymium-sắt-boron và là 300 độ C, và nhiệt độ Curie là 750 độ C. Hệ số nhiệt độ của sản phẩm này là 0,04.
    • Alnico là hợp kim của nhôm, niken và coban. Cảm ứng từ trường của nó (12.500 gauss) gần giống với hợp kim neodymium-sắt-boron, tuy nhiên nó có độ cưỡng bức từ trường thấp hơn nhiều (640 oersted) và do đó mật độ từ thông tối đa thấp hơn (5,5). So với hợp kim samarium-coban, vật liệu này có nhiệt độ hoạt động tối đa cao hơn (540 độ C) và nhiệt độ Curie cao hơn (860 độ C). Hệ số nhiệt độ của nó là 0,02.
    • Nam châm gốm và ferrite có giá trị cảm ứng từ trường và mật độ từ thông tối đa thấp hơn nhiều, chúng lần lượt là 3.900 gauss và 3,5. Tuy nhiên, độ cưỡng chế từ trường của chúng cao hơn Alnico rất nhiều, lên tới 3.200 oersted. Nhiệt độ hoạt động tối đa của chúng tương tự như hợp kim samarium-coban, trong khi nhiệt độ Curie thấp hơn nhiều (460 độ C). Hệ số nhiệt độ của các vật liệu này là -0,2, nghĩa là khi nhiệt độ tăng, cường độ từ trường của chúng giảm nhanh hơn nhiều so với các vật liệu khác.

  1. Đếm số vòng dây của cuộn dây điện từ. Càng có nhiều vòng trên một đơn vị chiều dài của cuộn dây thì cường độ từ trường càng cao. Nam châm điện tiêu chuẩn được trang bị một lõi khá lớn được làm từ một trong những vật liệu được mô tả ở trên, xung quanh có các vòng quay lớn. Tuy nhiên, bạn có thể dễ dàng tự làm một nam châm điện đơn giản: chỉ cần lấy một chiếc đinh, quấn dây bằng dây và nối các đầu của nó với pin 1,5 volt.

    Kiểm tra dòng điện chạy qua cuộn dây nam châm điện. Sử dụng một vạn năng cho việc này. Dòng điện càng cao thì từ trường nó tạo ra càng mạnh.

    • Một đơn vị đo cường độ từ trường khác trong hệ mét là ampe quay. Giá trị này xác định cường độ từ trường tăng bao nhiêu khi tăng dòng điện và/hoặc số vòng dây.

    Đo từ trường bằng kẹp giấy

    1. Làm một thanh giữ cho nam châm vĩnh cửu.Để làm điều này, bạn có thể sử dụng kẹp quần áo và cốc giấy hoặc nhựa. Phương pháp này rất phù hợp để chứng minh hoạt động của từ trường cho học sinh tiểu học.

      • Dùng băng dính để gắn một đầu dài của kẹp quần áo vào đáy ly.
      • Đặt chiếc ly có kẹp quần áo lộn ngược trên bàn.

    2. Uốn cong chiếc kẹp giấy để tạo thành một cái móc.Để làm điều này, bạn chỉ cần uốn cong mép ngoài của kẹp giấy. Cái móc này là nơi bạn sẽ treo những chiếc kẹp giấy khác.

      Để đo cường độ từ trường, hãy thêm những chiếc kẹp giấy khác. Gắn một chiếc kẹp giấy móc vào một trong các cực của nam châm. Trong trường hợp này, nơi được uốn cong bằng móc phải buông thõng xuống một cách tự do. Treo những chiếc kẹp giấy khác vào móc. Tiếp tục thêm kẹp giấy cho đến khi trọng lượng của kẹp giấy nhấc móc ra khỏi nam châm và tất cả kẹp giấy rơi xuống bàn.

      Lưu ý số lượng kẹp giấy mà móc sẽ rời khỏi nam châm. Khi bạn đã thêm đủ kẹp giấy và chiếc kẹp giấy trên cùng đã thoát ra khỏi nam châm, hãy cẩn thận đếm số lượng kẹp giấy đã xảy ra hiện tượng này và ghi lại.

      Dán băng dính cách điện vào cực dưới của nam châm. Gắn ba dải băng dính điện nhỏ vào cực nam châm và treo chiếc kẹp giấy có móc lên lại.

      Thêm kẹp giấy vào móc cho đến khi nó bung ra khỏi nam châm. Lặp lại quy trình trước đó và treo những chiếc kẹp giấy vào móc để cuối cùng chúng lại rời khỏi nam châm và rơi xuống bàn.

      Viết ra lần này cần bao nhiêu cái kẹp giấy. Ngoài số kẹp giấy, bạn còn ghi lại số dải băng dính điện mà bạn dán trên cột nam châm.

      Lặp lại bước trước nhiều lần với mọi thứ ồ thêm dải băng cách điện. Mỗi lần, ghi lại số lần kẹp giấy rơi ra khỏi nam châm và số dải băng dính điện. Khi số lượng dải tăng lên, sẽ cần ít kẹp giấy hơn để xé chúng ra khỏi nam châm.

    Đo từ trường bằng gaussmeter

    1. Xác định cơ sở hoặc điện áp ban đầu.Điều này có thể được thực hiện bằng cách sử dụng gaussmeter, còn được gọi là từ kế hoặc máy dò EMF (lực điện động). Đây là một thiết bị cầm tay cho phép bạn đo cường độ và hướng của từ trường. Gaussmeter có thể mua ở cửa hàng điện tử và rất dễ sử dụng. Phương pháp này phù hợp để chứng minh hoạt động của từ trường cho học sinh, sinh viên trung học. Để bắt đầu, hãy làm như sau:

      • Đặt giá trị điện áp tối đa thành 10 volt, DC (dòng điện một chiều).
      • Lưu ý số đọc trên màn hình thiết bị khi nó ở xa nam châm. Đây sẽ là điện áp cơ sở hoặc điện áp ban đầu V0.