Els imants es troben habitualment en motors, dinamos, neveres, targetes de dèbit i crèdit, així com en equips electrònics com ara pastilles de guitarra elèctrica, altaveus estèreo i discs durs d’ordinador. Els imants poden ser permanents, de forma natural o electroimants. Un electroimant crea un camp magnètic quan un corrent elèctric passa a través d’una bobina de filferro que s’envolta al voltant d’un nucli de ferro. Hi ha diversos factors que afecten la intensitat d’un camp magnètic i diverses maneres de determinar la intensitat del camp, i tots dos es discuteixen en aquest article.
Pas
Mètode 1 de 3: Determinació dels factors que afecten la intensitat del camp magnètic
Pas 1. Penseu en les característiques de l'imant
Les propietats dels imants es descriuen utilitzant les característiques següents:
- La força del camp magnètic coercitiu, abreujat com Hc. Aquest símbol reflecteix el punt de desmagnetització (pèrdua de camp magnètic) per un altre camp magnètic. Com més gran sigui el nombre, més difícil és treure l'imant.
- Densitat de flux magnètic residual, abreujat com Br. Aquest és el flux magnètic màxim que pot produir un imant.
- Corresponent a la densitat de flux magnètic és la densitat d'energia global, abreujada com Bmax. Com més gran sigui el nombre, més fort serà l’imant.
- El coeficient de temperatura de la densitat de flux magnètic residual, abreujat com Tcoef Br i expressat en percentatge de graus centígrads, explica com el flux magnètic disminueix a mesura que augmenta la temperatura magnètica. Un Tcoef Br de 0,1 significa que si la temperatura de l’imant augmenta 100 graus centígrads, el flux magnètic disminueix un 10 per cent.
- La temperatura màxima de funcionament (abreujada com Tmax) és la temperatura més alta que pot funcionar un imant sense perdre la intensitat del camp. Un cop la temperatura de l’imant baixa per sota de Tmax, l’imant recupera la seva intensitat de camp magnètic. Si s’escalfa més enllà de Tmax, l’imant perdrà part del seu camp de manera permanent un cop refredat a la temperatura de funcionament normal. No obstant això, si s'escalfa a la temperatura de Curie (abreujat com Tcurie), l'imant perdrà la seva potència magnètica.
Pas 2. Identifiqueu els materials per fabricar imants permanents
Els imants permanents solen estar formats per un dels materials següents:
- Neodimi ferro boro. Aquest material té una densitat de flux magnètic (12.800 gauss), una intensitat de camp magnètic coercitiu (12.300 oersted) i una densitat d’energia global (40). Aquest material té la temperatura màxima de funcionament més baixa de 150 graus centígrads i 310 graus centígrads respectivament i un coeficient de temperatura de -0,12.
- El samari cobalt té la segona intensitat de camp coercitiva més alta, a 9.200 oersted, però una densitat de flux magnètic de 10.500 gauss i una densitat d’energia global de 26. La seva temperatura màxima de funcionament és molt superior a la del boro de ferro del neodimi a 300 graus centígrads Temperatura curie de 750 graus centígrads. El seu coeficient de temperatura és de 0,04.
- Alnico és un aliatge d'alumini-níquel-cobalt. Aquest material té una densitat de flux magnètic propera al neodimi ferro-boro (12.500 gauss), però té una intensitat de camp magnètica coercitiva de 640 i una densitat d’energia global de només 5,5. Celsius., Així com una temperatura Curie més alta de 860 graus Celsius i un coeficient de temperatura de 0,02.
- Els imants de ceràmica i ferrita tenen densitats de flux i densitats d'energia molt més baixes que altres materials, amb 3.900 gauss i 3.5, però les seves densitats de flux magnètic són millors que l'alnico, que és de 3.200. Aquest material té la mateixa temperatura màxima de funcionament que el samari cobalt, però una temperatura Curie molt inferior a 460 graus centígrads i un coeficient de temperatura de -0.2.
Pas 3. Compteu el nombre de voltes de la bobina de l’electroimant
Com més voltes per longitud del nucli, major serà la força del camp magnètic. Els electroimants comercials tenen un nucli ajustable d’un dels materials magnètics descrits anteriorment i una gran bobina al voltant. No obstant això, es pot fer un simple electroimant enrotllant un cable al voltant d’un clau i connectant els extrems a una bateria d’1,5 volts.
Pas 4. Comproveu la quantitat de corrent que circula per la bobina electromagnètica
Us recomanem que utilitzeu un multímetre. Com més gran sigui el corrent, més fort serà el camp magnètic produït.
L’amperi per metre (A / m) és una altra unitat que s’utilitza per mesurar la força d’un camp magnètic. Aquesta unitat indica que si augmenta el corrent, el nombre de bobines o ambdues, la intensitat del camp magnètic també augmenta
Mètode 2 de 3: Provar l'abast del camp magnètic amb un clip
Pas 1. Feu un suport per a l'imant de la barra
Podeu fer un simple suport magnètic amb pinzes de roba i una tassa d’espuma de poliestirè. Aquest mètode és el més adequat per ensenyar camps magnètics a estudiants de primària.
- Enganxeu un extrem llarg d’un estenedor al fons de la tassa.
- Gireu la tassa amb les pinces de l'estenedor i col·loqueu-la sobre la taula.
- Preneu els imants a les pinces de l'estenedor.
Pas 2. Doble el clip de paper en un ganxo
La manera més senzilla de fer-ho és estirar la vora exterior del clip. Aquest ganxo penjarà molts clips.
Pas 3. Continueu afegint clips per mesurar la força de l'imant
Connecteu un clip de paper doblegat a un dels pols de l'imant. la part del ganxo ha de penjar lliurement. Pengeu el clip al ganxo. Continueu fins que el pes del clip deixi caure el ganxo.
Pas 4. Anoteu el nombre de clips de paper que han provocat la caiguda del ganxo
Quan el ganxo caigui per sota del pes que transporta, observeu el nombre de clips de paper penjats al ganxo.
Pas 5. Adheriu la cinta adhesiva a l'imant de la barra
Connecteu 3 tires petites de cinta adhesiva a l’imant de la barra i pengeu els ganxos cap enrere.
Pas 6. Afegiu un clip al ganxo fins que caigui de l'imant
Repetiu el mètode anterior del clip de clip des del ganxo de clip inicial fins que finalment caigui de l'imant.
Pas 7. Escriviu quants clips es necessiten per deixar anar el ganxo
Assegureu-vos d’enregistrar el nombre de tires de cinta adhesiva i clips de paper utilitzats.
Pas 8. Repetiu el pas anterior diverses vegades amb més cinta adhesiva
Cada cop, anoteu el nombre de clips necessaris per caure de l'imant. Heu de notar que cada vegada que s’afegeix la cinta, es necessita menys clip per deixar anar el ganxo.
Mètode 3 de 3: Provar un camp magnètic amb un Gaussmeter
Pas 1. Calculeu la tensió / tensió base o inicial
Podeu utilitzar un mesurador de gauss, també conegut com a magnetòmetre o detector de camp electromagnètic (CEM), que és un dispositiu portàtil que mesura la força i la direcció d’un camp magnètic. Aquests dispositius solen ser fàcils de comprar i utilitzar. El mètode gaussmeter és adequat per ensenyar camps magnètics a estudiants de secundària i secundària. A continuació s’explica com fer-lo servir:
- Estableix la tensió màxima de 10 volts de corrent continu (corrent continu).
- Llegiu la pantalla de tensió amb el mesurador lluny de l’imant. Aquesta és la tensió base o inicial, representada com a V0.
Pas 2. Toqueu el sensor del mesurador a un dels pols magnètics
En alguns gaussmeters, aquest sensor, anomenat sensor Hall, està fet per integrar un xip de circuit elèctric de manera que pugueu tocar una barra magnètica al sensor.
Pas 3. Registre de la nova tensió
La tensió representada per V1 augmentarà o disminuirà, depenent de la barra magnètica que toqui el sensor Hall. Si la tensió augmenta, el sensor toca el pol magnètic del cercador sud. Si baixa el voltatge, significa que el sensor toca el pol magnètic del cercador nord.
Pas 4. Trobeu la diferència entre les tensions inicials i les noves
Si el sensor està calibrat en milivolts, divideix-lo per 1.000 per convertir milivolts a volts.
Pas 5. Divideix el resultat pel valor de sensibilitat del sensor
Per exemple, si el sensor té una sensibilitat de 5 milivolts per gauss, divideix per 10. El valor obtingut és la intensitat del camp magnètic en gauss.
Pas 6. Repetiu la prova de força del camp magnètic a diverses distàncies
Col·loqueu els sensors a diverses distàncies diferents dels pols magnètics i registreu els resultats.
