Przeczytaj
Warto przeczytać
Opiszemy teraz typowy układ doświadczalny, pozwalający na pomiar indukcji magnetycznejindukcji magnetycznej wewnątrz substancji umieszczonej w polu magnetycznympolu magnetycznym.
Wydaje się, że nie jest to proste, bo jak zmierzyć wartość indukcji magnetycznejindukcji magnetycznej wewnątrz substancji? A jednak. Wyobraźmy sobie dwa rdzenie z badanej substancji umieszczone wewnątrz elektromagnesuelektromagnesu. (Rys. 1.)
W małej szczelince między rdzeniami umieszczamy czujnik indukcji magnetycznejindukcji magnetycznej – teslomierzteslomierz (zobacz Rys. 2.).
Wydaje się, że jest to dobry pomysł, ale można mieć wątpliwości, czy szczelinka nie popsuje nam badania. Okazuje się jednak, że pole magnetycznepole magnetyczne wewnątrz szczelinki jest z dobrym przybliżeniem polem jednorodnym, więc indukcja magnetycznaindukcja magnetyczna wewnątrz szczeliny ma taką samą wartość jak w rdzeniu.
Wyniki takich badań są bardzo interesujące. Na ogół substancje wprowadzone do wnętrza elektromagnesuelektromagnesu w bardzo niewielkim stopniu zmieniają pole magnetycznepole magnetyczne wytworzone przez prąd płynący w elektromagnesieelektromagnesie. Okazuje się, że czasem nieznacznie zwiększają to pole, a czasem nieznacznie zmniejszają. Natomiast są takie substancje, które radykalnie, w ogromnym stopniu zwiększają pole magnetycznepole magnetyczne. Miarą wpływu substancji na pole magnetycznepole magnetyczne, w którym ta substancja jest „zanurzona”, jest względny współczynnik przenikalności magnetycznej. Jest on zdefiniowany jako stosunek wartości indukcji magnetycznejindukcji magnetycznej w obecności danej substancji do wartości indukcji magnetycznej bez tej substancji (w próżni) , co można zapisać:
Substancje zostały podzielone na trzy główne grupy ze względu na wartość :
Diamagnetyki – w bardzo małym stopniu zmniejszają pole magnetycznepole magnetyczne; (np. dla wody )
Paramagnetyki – w bardzo małym stopniu zwiększają pole magnetycznepole magnetyczne; (np. dla cyny )
Ferromagnetyki – w bardzo dużym stopniu zwiększają pole magnetycznepole magnetyczne; (np. dla żelaza elektrolitycznego )
Diamagnetykami są: woda, miedź, ołów, bizmut, złoto, srebro, cynk, rtęć, gazy szlachetne, siarka, diament, grafit, chlorek sodu, kwarc, ciekły azot. Do tego należy dodać prawie wszystkie związki organiczne i większość związków nieorganicznych. Z metali najsilniejsze właściwości diamagnetyczne wykazuje bizmut.
Paramagnetyki to: glin (aluminium), sód, chrom, magnez, wapń, molibden, platyna, tytan, wolfram, siarczan niklu, chlorek miedzi, tlen.
Ferromagnetyki to: żelazo, kobalt, nikiel, gadolin, magnetyt (tlenek żelaza FeIndeks dolny 33OIndeks dolny 44), hematyt (najważniejsza ruda żelaza FeIndeks dolny 22OIndeks dolny 33, -FeIndeks dolny 22OIndeks dolny 33), stal węglowa, żeliwo, ferromagnetyczne spieki proszkowe (neodym + żelazo + bor: NdIndeks dolny 22FeIndeks dolny 1414B, ferryty), ferromagnetyczne stopy np. alnico, supermajol.
Oczywiście powyższe zestawienie nie obejmuje wszystkich substancji z danej grupy, jedynie te najbardziej reprezentatywne.
Charakterystyczne dla ferromagnetyków jest to, że względna przenikalność magnetyczna nie jest dla nich stała, ale jest funkcją indukcji magnetycznejindukcji magnetycznej . Poza tym ferromagnetyki wykazują tzw. pozostałość magnetyczną, to znaczy rdzeń pozostaje namagnesowany po wyłączeniu elektromagnesuelektromagnesu, gdy indukcja pola magnesującego wynosi zero.
Właśnie ten efekt widoczny był w naszym doświadczeniu ze spinaczami. Najpierw cała stalowa konstrukcja „wisiała” na magnesie neodymowym. Spinacze namagnesowały się i ten stan trwał nawet wtedy, gdy magnes został usunięty.
Słowniczek
(ang. electromagnet) urządzenie wytwarzające pole magnetyczne w wyniku przepływu przez nie prądu elektrycznego. Zbudowany jest z cewki nawiniętej zazwyczaj na rdzeniu ferromagnetycznym. Pole magnetyczne wytwarzane przez elektromagnes wzrasta przy wzroście natężenia prądu elektrycznego płynącego przez cewkę i zanika, gdy prąd przestaje płynąć.
(ang. magnetic induction) podstawowa wielkość wektorowa opisująca pole magnetyczne. Opisuje natężenie pola magnetycznego wewnątrz ciała.
(ang. magnetic field) stan przestrzeni charakteryzujący się działaniem siły, zwanej siłą magnetyczną (Lorentza) na poruszający się ładunek umieszczony w tej przestrzeni bądź na obiekt obdarzony momentem magnetycznym; wielkością charakteryzującą pole magnetyczne jest wektor indukcji magnetycznej .
(ang. teslameter) przyrząd do pomiaru indukcji magnetycznej. Składa się z przetwornika pola magnetycznego w sygnał elektryczny oraz układu do pomiaru sygnału. Podział teslomierzy: hallotronowe, rezonansowe, indukcyjne, transduktorowe.