แม่เหล็กมักพบในมอเตอร์ ไดนาโม ตู้เย็น บัตรเดบิตและบัตรเครดิต ตลอดจนอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น ปิ๊กอัพกีต้าร์ไฟฟ้า ลำโพงสเตอริโอ และฮาร์ดไดรฟ์ของคอมพิวเตอร์ แม่เหล็กสามารถเป็นแบบถาวร เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ หรือแม่เหล็กไฟฟ้า แม่เหล็กไฟฟ้าสร้างสนามแม่เหล็กเมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวดที่พันรอบแกนเหล็ก มีหลายปัจจัยที่ส่งผลต่อความแรงของสนามแม่เหล็กและวิธีต่างๆ ในการพิจารณาความแรงของสนาม และทั้งสองจะกล่าวถึงในบทความนี้
ขั้นตอน
วิธีที่ 1 จาก 3: การหาปัจจัยที่มีผลต่อความแรงของสนามแม่เหล็ก
ขั้นตอนที่ 1 พิจารณาลักษณะของแม่เหล็ก
คุณสมบัติของแม่เหล็กอธิบายโดยใช้ลักษณะดังต่อไปนี้:
- ความแรงของสนามแม่เหล็กบีบบังคับ ย่อว่า Hc สัญลักษณ์นี้สะท้อนถึงจุดล้างอำนาจแม่เหล็ก (การสูญเสียสนามแม่เหล็ก) โดยสนามแม่เหล็กอื่น ยิ่งตัวเลขสูงเท่าไหร่ก็ยิ่งดึงแม่เหล็กออกได้ยากขึ้นเท่านั้น
- ความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็กตกค้าง ย่อมาจาก Br. นี่คือฟลักซ์แม่เหล็กสูงสุดที่แม่เหล็กสามารถผลิตได้
- ที่สัมพันธ์กับความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กคือความหนาแน่นของพลังงานโดยรวม ซึ่งย่อว่า Bmax ยิ่งตัวเลขสูง แม่เหล็กยิ่งแรง
- ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็กตกค้าง ย่อว่า Tcoef Br และแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ขององศาเซลเซียส อธิบายว่าฟลักซ์แม่เหล็กลดลงอย่างไรเมื่ออุณหภูมิแม่เหล็กเพิ่มขึ้น Tcoef Br เท่ากับ 0.1 หมายความว่าหากอุณหภูมิของแม่เหล็กเพิ่มขึ้น 100 องศาเซลเซียส ฟลักซ์แม่เหล็กจะลดลง 10 เปอร์เซ็นต์
- อุณหภูมิการทำงานสูงสุด (ย่อมาจาก Tmax) คืออุณหภูมิสูงสุดที่แม่เหล็กสามารถทำงานได้โดยไม่สูญเสียความแรงของสนาม เมื่ออุณหภูมิของแม่เหล็กลดลงต่ำกว่า Tmax แม่เหล็กจะกู้คืนความแรงของสนามแม่เหล็กทั้งหมด หากได้รับความร้อนเกิน Tmax แม่เหล็กจะสูญเสียสนามแม่เหล็กบางส่วนอย่างถาวรเมื่อเย็นลงจนถึงอุณหภูมิการทำงานปกติ อย่างไรก็ตาม หากได้รับความร้อนจนถึงอุณหภูมิ Curie (ย่อมาจาก Tcurie) แม่เหล็กจะสูญเสียพลังงานแม่เหล็กไป
ขั้นตอนที่ 2 ระบุวัสดุสำหรับทำแม่เหล็กถาวร
แม่เหล็กถาวรมักทำจากวัสดุอย่างใดอย่างหนึ่งต่อไปนี้:
- โบรอนเหล็กนีโอไดเมียม วัสดุนี้มีความหนาแน่นของสนามแม่เหล็ก (12,800 เกาส์) ความแรงของสนามแม่เหล็กที่บีบบังคับ (12,300 oersted) และความหนาแน่นของพลังงานโดยรวม (40) วัสดุนี้มีอุณหภูมิการทำงานสูงสุดต่ำสุด 150 องศาเซลเซียส และ 310 องศาเซลเซียสตามลำดับ และค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิ -0.12
- โคบอลต์ Samarium มีความแรงของสนามบีบบังคับสูงเป็นอันดับสองที่ 9,200 oersted แต่ความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กที่ 10,500 เกาส์และความหนาแน่นของพลังงานโดยรวมที่ 26 อุณหภูมิการทำงานสูงสุดของมันสูงกว่าโบรอนเหล็กนีโอไดเมียมที่ 300 องศาเซลเซียสมากเนื่องจาก อุณหภูมิกูรี 750 องศาเซลเซียส ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิคือ 0.04
- Alnico เป็นโลหะผสมอะลูมิเนียม-นิกเกิล-โคบอลต์ วัสดุนี้มีความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กใกล้กับโบรอนเหล็กนีโอไดเมียม (12,500 เกาส์) แต่ความแรงของสนามแม่เหล็กบังคับที่ 640 oersted และความหนาแน่นของพลังงานโดยรวมเพียง 5.5 วัสดุนี้มีอุณหภูมิการทำงานสูงสุดที่สูงกว่าซาแมเรียมโคบอลต์ที่ 540 องศา เซลเซียส รวมทั้งอุณหภูมิกูรีที่สูงขึ้น 860 องศาเซลเซียส และค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิ 0.02
- แม่เหล็กเซรามิกและเฟอร์ไรท์มีความหนาแน่นของฟลักซ์และความหนาแน่นของพลังงานโดยรวมต่ำกว่าวัสดุอื่นๆ มาก ที่ 3,900 เกาส์และ 3.5 อย่างไรก็ตาม ความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กของพวกมันนั้นดีกว่าอัลนิโก ซึ่งเท่ากับ 3,200 ออนซ์ วัสดุนี้มีอุณหภูมิการทำงานสูงสุดเท่ากับ samarium cobalt แต่อุณหภูมิ Curie ต่ำกว่ามากที่ 460 องศาเซลเซียส และค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิ -0 2. ดังนั้น แม่เหล็กจะสูญเสียความแรงของสนามแม่เหล็กของพวกมันได้เร็วกว่าในอุณหภูมิที่ร้อนกว่าวัสดุอื่นๆ
ขั้นตอนที่ 3 นับจำนวนรอบในขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้า
ยิ่งหมุนต่อความยาวแกนมากเท่าใด ความแรงของสนามแม่เหล็กก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น แม่เหล็กไฟฟ้าเชิงพาณิชย์มีแกนที่ปรับได้ของวัสดุแม่เหล็กตัวใดตัวหนึ่งที่อธิบายไว้ข้างต้นและมีขดลวดขนาดใหญ่อยู่รอบๆ อย่างไรก็ตาม แม่เหล็กไฟฟ้าแบบง่ายๆ สามารถทำได้โดยการพันลวดรอบตะปูแล้วต่อปลายเข้ากับแบตเตอรี่ขนาด 1.5 โวลต์
ขั้นตอนที่ 4 ตรวจสอบปริมาณกระแสที่ไหลผ่านขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้า
เราขอแนะนำให้คุณใช้มัลติมิเตอร์ ยิ่งกระแสมากเท่าไร สนามแม่เหล็กก็จะยิ่งแรงขึ้นเท่านั้น
แอมแปร์ต่อเมตร (A/m) เป็นอีกหน่วยหนึ่งที่ใช้วัดความแรงของสนามแม่เหล็ก หน่วยนี้บ่งชี้ว่าถ้ากระแส จำนวนขดลวด หรือทั้งสองเพิ่มขึ้น ความแรงของสนามแม่เหล็กก็เพิ่มขึ้นด้วย
วิธีที่ 2 จาก 3: การทดสอบช่วงของสนามแม่เหล็กด้วยคลิปหนีบกระดาษ
ขั้นตอนที่ 1. สร้างที่ยึดสำหรับแท่งแม่เหล็ก
คุณสามารถสร้างที่ยึดแม่เหล็กแบบง่ายๆ โดยใช้ที่หนีบผ้าและถ้วยโฟม วิธีนี้เหมาะที่สุดสำหรับการสอนสนามแม่เหล็กให้กับนักเรียนชั้นประถมศึกษา
- กาวราวตากผ้าด้านยาวด้านหนึ่งไว้ที่ด้านล่างของถ้วย
- คว่ำถ้วยโดยใช้ที่หนีบราวตากผ้าแล้ววางลงบนโต๊ะ
- ยึดแม่เหล็กเข้ากับที่หนีบราวตากผ้า
ขั้นตอนที่ 2. งอคลิปหนีบกระดาษให้เป็นตะขอ
วิธีที่ง่ายที่สุดคือดึงขอบด้านนอกของคลิปหนีบกระดาษ ตะขอนี้จะแขวนคลิปหนีบกระดาษจำนวนมาก
ขั้นตอนที่ 3 เพิ่มคลิปหนีบกระดาษต่อไปเพื่อวัดความแรงของแม่เหล็ก
ติดคลิปหนีบกระดาษที่งอเข้ากับขั้วแม่เหล็กอันใดอันหนึ่ง ส่วนเบ็ดควรแขวนอย่างอิสระ แขวนคลิปหนีบกระดาษบนตะขอ ทำต่อไปจนกว่าน้ำหนักของคลิปหนีบกระดาษจะตกลงมา
ขั้นตอนที่ 4. บันทึกจำนวนคลิปหนีบกระดาษที่ทำให้ตะขอหลุด
เมื่อตะขอตกลงมาต่ำกว่าน้ำหนักที่มันถืออยู่ ให้สังเกตจำนวนคลิปหนีบกระดาษที่ห้อยอยู่บนตะขอ
ขั้นตอนที่ 5. ติดเทปกาวกับแถบแม่เหล็ก
ติดเทปกาว 3 แถบเล็กๆ เข้ากับแม่เหล็กแท่งแล้วแขวนตะขอกลับ
ขั้นตอนที่ 6 เพิ่มคลิปหนีบกระดาษบนตะขอจนหลุดออกจากแม่เหล็ก
ทำซ้ำวิธีคลิปหนีบกระดาษก่อนหน้าจากตะขอคลิปหนีบกระดาษเริ่มต้น จนกระทั่งหลุดออกจากแม่เหล็กในที่สุด
ขั้นตอนที่ 7 เขียนว่าต้องใช้กี่คลิปในการหย่อนเบ็ด
อย่าลืมบันทึกจำนวนแถบเทปกาวและคลิปหนีบกระดาษที่ใช้
ขั้นตอนที่ 8 ทำซ้ำขั้นตอนก่อนหน้าหลายๆ ครั้งด้วยเทปกาวอีก
แต่ละครั้ง ให้บันทึกจำนวนคลิปหนีบกระดาษที่จำเป็นต่อการตกจากแม่เหล็ก คุณควรสังเกตว่าทุกครั้งที่ใส่เทปลงไป จะต้องใช้คลิปน้อยลงในการหย่อนเบ็ด
วิธีที่ 3 จาก 3: การทดสอบสนามแม่เหล็กด้วยเกาส์มิเตอร์
ขั้นตอนที่ 1. คำนวณฐานหรือแรงดัน/แรงดันเริ่มต้น
คุณสามารถใช้เครื่องวัดเกาส์หรือที่เรียกว่าเครื่องวัดสนามแม่เหล็กหรือเครื่องตรวจจับสนามแม่เหล็กไฟฟ้า (EMF) ซึ่งเป็นอุปกรณ์พกพาที่วัดความแรงและทิศทางของสนามแม่เหล็ก อุปกรณ์เหล่านี้มักจะง่ายต่อการซื้อและใช้งาน วิธีเกาส์มิเตอร์เหมาะสำหรับสอนสนามแม่เหล็กให้นักเรียนมัธยมต้นและมัธยมปลาย วิธีใช้งานมีดังนี้
- ตั้งค่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุด 10 โวลต์ DC (กระแสตรง)
- อ่านจอแสดงผลแรงดันไฟฟ้าโดยให้มิเตอร์อยู่ห่างจากแม่เหล็ก นี่คือฐานหรือแรงดันเริ่มต้น แสดงเป็น V0
ขั้นตอนที่ 2 แตะเซ็นเซอร์มิเตอร์กับขั้วแม่เหล็กอันใดอันหนึ่ง
ในเครื่องวัดเกาส์มิเตอร์บางตัว เซ็นเซอร์นี้เรียกว่าเซ็นเซอร์ Hall สร้างขึ้นเพื่อรวมชิปวงจรไฟฟ้าเพื่อให้คุณสามารถสัมผัสแถบแม่เหล็กกับเซ็นเซอร์ได้
ขั้นตอนที่ 3 บันทึกแรงดันไฟฟ้าใหม่
แรงดันไฟฟ้าที่แสดงโดย V1 จะเพิ่มขึ้นหรือลดลง ขึ้นอยู่กับแถบแม่เหล็กที่สัมผัสกับเซ็นเซอร์ Hall หากแรงดันไฟฟ้าสูงขึ้น เซ็นเซอร์จะสัมผัสกับขั้วแม่เหล็กของช่องค้นหาทิศใต้ หากแรงดันไฟฟ้าลดลง แสดงว่าเซ็นเซอร์กำลังสัมผัสขั้วแม่เหล็กของช่องค้นหาทิศเหนือ
ขั้นตอนที่ 4 ค้นหาความแตกต่างระหว่างแรงดันเริ่มต้นและแรงดันใหม่
หากปรับเทียบเซ็นเซอร์เป็นมิลลิโวลต์ ให้หารด้วย 1,000 เพื่อแปลงมิลลิโวลต์เป็นโวลต์
ขั้นตอนที่ 5. หารผลลัพธ์ด้วยค่าความไวของเซ็นเซอร์
ตัวอย่างเช่น หากเซ็นเซอร์มีความไว 5 มิลลิโวลต์ต่อเกาส์ ให้หารด้วย 10 ค่าที่ได้คือความแรงของสนามแม่เหล็กเป็นเกาส์
ขั้นตอนที่ 6 ทำซ้ำการทดสอบความแรงของสนามแม่เหล็กในระยะทางต่างๆ
วางเซ็นเซอร์ไว้ที่ระยะห่างต่างๆ จากขั้วแม่เหล็กและบันทึกผลลัพธ์