Maqnit qüvvə xətləridir. Maqnit sahə xətləri nədir

Elektrik xətləri haqqında nə bilirik? maqnit sahəsi, daimi maqnitlərin və ya cərəyan keçirən keçiricilərin yaxınlığındakı yerli məkanda güc xətləri şəklində və ya daha tanış birləşmədə - maqnit qüvvəsi xətləri şəklində özünü göstərən bir maqnit sahəsinin olması ilə yanaşı?

Çox var rahat yol dəmir qırıntılarından istifadə edərək maqnit sahəsinin xətlərinin aydın təsvirini əldə edin. Bunu etmək üçün bir vərəqə və ya kartona bir neçə dəmir yonqar səpmək və aşağıdan maqnit dirəklərindən birini gətirmək lazımdır. Yonqar maqnitlənir və mikromaqnit zəncirləri şəklində maqnit sahəsi xətləri boyunca düzülür. Klassik fizikada maqnit sahəsi xətləri maqnit sahəsi xətləri kimi müəyyən edilir, hər nöqtədə olan tangenslər həmin nöqtədə sahənin istiqamətini göstərir.

Maqnit sahəsi xətlərinin müxtəlif yerləri olan bir neçə fiqurun nümunəsindən istifadə edərək, cərəyan keçirən keçiricilər və daimi maqnitlər ətrafındakı maqnit sahəsinin təbiətini nəzərdən keçirək.

Şəkil 1-də cərəyanlı dairəvi bobinin maqnit qüvvə xətlərinin görünüşü, Şəkil 2-də isə cərəyanlı düz naqil ətrafında maqnit qüvvəsi xətlərinin şəkli göstərilir. Şəkil 2-də yonqar yerinə kiçik maqnit oxları istifadə olunur. Bu rəqəm cərəyanın istiqaməti dəyişdikdə maqnit sahəsi xətlərinin istiqamətinin də necə dəyişdiyini göstərir. Cərəyanın istiqaməti ilə maqnit qüvvəsi xətlərinin istiqaməti arasındakı əlaqə adətən “gimlet qaydası”ndan istifadə etməklə müəyyən edilir ki, onun qulpunun fırlanması maqnit qüvvəsi xətlərinin istiqamətini göstərəcək. cərəyanın istiqaməti.

Şəkil 3-də zolaqlı maqnitin maqnit qüvvəsi xətlərinin, Şəkil 4-də isə cərəyanlı uzun solenoidin maqnit qüvvəsi xətlərinin şəkli göstərilir. Hər iki şəkildəki maqnit sahəsinin xətlərinin xarici yerləşməsinin oxşarlığı diqqətəlayiqdir (şəkil 3 və şək. 4). Cari ilə solenoidin bir ucundan qüvvə xətləri zolaqlı maqnitlə eyni şəkildə digərinə uzanır. Cərəyanla solenoiddən kənarda olan maqnit qüvvəsi xətlərinin çox forması bir zolaq maqnitinin xətlərinin forması ilə eynidir. Cərəyan keçirən solenoid də şimal və cənub qütblərinə və neytral zonaya malikdir. İki cərəyan keçirən solenoid və ya bir solenoid və bir maqnit, iki maqnit kimi qarşılıqlı təsir göstərir.

Daimi maqnitlərin, düz cərəyan keçirən keçiricilərin və ya dəmir yonqarlardan istifadə edərək cərəyan keçirən rulonların maqnit sahələrinin şəkillərinə baxaraq nə görə bilərsiniz? əsas xüsusiyyət Maqnetik qüvvə xətləri, yonqarların təşkili şəkillərində göstərildiyi kimi, onların qapalılığıdır. Maqnit qüvvə xətlərinin başqa bir xüsusiyyəti onların istiqamətidir. Maqnit sahəsinin istənilən nöqtəsinə yerləşdirilən kiçik bir maqnit iynəsi onun şimal qütbü ilə maqnit sahəsi xətlərinin istiqamətini göstərəcəkdir. Dəqiqlik üçün biz maqnit sahəsi xətlərinin zolaq maqnitinin şimal maqnit qütbündən çıxdığını və onun cənub qütbünə daxil olduğunu düşünməyə razılaşdıq. Maqnitlərin və ya cərəyan keçiricilərin yaxınlığındakı yerli maqnit sahəsi davamlı elastik mühitdir. Bu mühitin elastikliyi çoxsaylı təcrübələrlə, məsələn, daimi maqnitlərin bənzər qütblərinin itməsi ilə təsdiqlənir.

Hətta əvvəllər mən maqnit və ya cərəyan keçiricilərin ətrafındakı maqnit sahəsinin müdaxilə dalğalarının əmələ gəldiyi maqnit xassələri olan davamlı elastik mühit olduğunu fərz etmişdim. Bu dalğaların bəziləri qapalıdır. Məhz bu davamlı elastik mühitdə maqnit sahəsi xətlərinin müdaxilə nümunəsi əmələ gəlir ki, bu da dəmir qırıntılarından istifadə etməklə özünü göstərir. Davamlı mühit maddənin mikrostrukturunda olan mənbələrdən şüalanma nəticəsində yaranır.

Fizika dərsliyində iki nöqtəli salınan lövhənin suya dəydiyi dalğa müdaxiləsi ilə bağlı təcrübələri xatırlayaq. Bu təcrübə göstərir ki, iki dalğanın müxtəlif bucaqlarda qarşılıqlı kəsişməsi onların sonrakı hərəkətinə heç bir təsir göstərmir. Başqa sözlə, dalğalar hər birinin yayılmasına daha çox təsir etmədən bir-birindən keçir. Yüngül (elektromaqnit) dalğalar üçün də eyni nümunə doğrudur.

İki dalğanın kəsişdiyi məkan sahələrində nə baş verir (şək. 5) - birini digərinin üstünə qoyur? İki dalğanın yolunda yerləşən mühitin hər bir hissəciyi eyni vaxtda bu dalğaların salınımlarında iştirak edir, yəni. onun hərəkəti iki dalğanın salınımlarının cəmidir. Bu salınımlar iki və ya bir-birinin üstünə düşməsi nəticəsində onların maksimal və minimumları ilə müdaxilə dalğalarının şəklini əks etdirir. daha çox dalğalar, yəni. bu dalğaların keçdiyi mühitin hər bir nöqtəsində onların rəqslərinin əlavə edilməsi. Təcrübələr müəyyən etdi ki, müdaxilə hadisəsi həm mediada yayılan dalğalarda, həm də elektromaqnit dalğaları, yəni müdaxilə yalnız dalğaların xassəsidir və nə mühitin xüsusiyyətlərindən, nə də mövcudluğundan asılı deyil. Yadda saxlamaq lazımdır ki, dalğa müdaxiləsi o şərtlə baş verir ki, salınımlar koherent (uyğunlaşdırılıb), yəni. rəqslər zamanla sabit faza fərqinə və eyni tezlikə malik olmalıdır.

Bizim vəziyyətimizdə dəmir yonqarları ilə maqnit qüvvə xətləri olan xətlərdir ən böyük rəqəm müdaxilə dalğalarının maksimal nöqtəsində yerləşən yonqar və müdaxilə dalğalarının maksimumları (minimasında) arasında yerləşən daha az yonqarlı xətlər.

Yuxarıdakı fərziyyə əsasında aşağıdakı nəticələr çıxarmaq olar.

1. Maqnit sahəsi yaxın əmələ gələn mühitdir daimi maqnit və ya ayrı-ayrı mikromaqnit dalğalarının maqnit və ya keçiricisinin mikrostrukturunda mənbələrdən şüalanma nəticəsində cərəyan olan keçirici.

2. Bu mikromaqnit dalğaları maqnit sahəsinin hər bir nöqtəsində qarşılıqlı təsirə girərək maqnit sahəsi xətləri şəklində müdaxilə nümunəsi əmələ gətirir.

3. Mikromaqnit dalğaları bir-birini cəlb edə bilən, elastik qapalı xətlər əmələ gətirən mikro qütblü qapalı mikro enerji burulğanlarıdır.

4. Materiyanın mikrostrukturunda olan, maqnit sahəsinin müdaxilə nümunəsini təşkil edən mikromaqnit dalğaları yayan mikro mənbələr eyni rəqs tezliyinə malikdir və onların şüalanması zamanla sabit faza fərqinə malikdir.

Cismlərin maqnitləşmə prosesi necə baş verir, bu da onların ətrafında bir maqnit sahəsinin meydana gəlməsinə səbəb olur, yəni. maqnitlərin və cərəyan keçiricilərinin mikrostrukturunda hansı proseslər baş verir? Bu və digər suallara cavab vermək üçün atomun quruluşunun bəzi xüsusiyyətlərini xatırlamaq lazımdır.

MAQNETİK SAHƏ. FLUQA NƏZARƏTİN ƏSASLARI

Biz yerin maqnit sahəsində yaşayırıq. Maqnit sahəsinin təzahürü, maqnit kompasının iynəsinin daim şimalı göstərməsidir. eyni nəticəni maqnit kompasın iynəsini daimi maqnitin qütbləri arasına qoymaqla da almaq olar (şəkil 34).

Şəkil 34 - Maqnit iynəsinin maqnit qütblərinə yaxın istiqaməti

Adətən bir maqnitin qütblərindən biri (cənub) hərflə təyin olunur S, digər - (şimal) - hərf N. Şəkil 34 maqnit iynəsinin iki mövqeyini göstərir. Hər mövqedə oxun və maqnitin əks qütbləri bir-birini çəkir. Buna görə də, kompas iynəsini yerindən köçürən kimi onun istiqaməti dəyişdi 1 mövqe tutmaq 2 . Maqnitin cəlb edilməsinin və oxun dönməsinin səbəbi maqnit sahəsidir. Oxu yuxarı və sağa doğru çevirmək maqnit sahəsinin istiqamətinin içəridə olduğunu göstərir fərqli nöqtələr boşluq dəyişməz qalmır.

Şəkil 35, maqnitin qütblərinin üstündə yerləşən qalın kağız vərəqinə tökülən maqnit tozu ilə təcrübənin nəticəsini göstərir. Görünür ki, toz hissəcikləri xətlər əmələ gətirir.

Maqnit sahəsinə daxil olan toz hissəcikləri maqnitləşir. Hər bir hissəciyin şimal və cənub qütbləri var. Yaxınlıqda yerləşən toz hissəcikləri nəinki maqnit sahəsində fırlanır, həm də bir-birlərinə yapışaraq cərgələrə düzülür. Bu xətlər adətən maqnit sahə xətləri adlanır.

Şəkil 35 Maqnit qütblərinin üstündə yerləşən kağız vərəqində maqnit toz hissəciklərinin düzülüşü

Belə bir xəttin yaxınlığında bir maqnit iynəsi qoyaraq, iynənin tangensial yerləşdiyini görəcəksiniz. Rəqəmlərdə 1 , 2 , 3 Şəkil 35 maqnit iynəsinin müvafiq nöqtələrdə istiqamətini göstərir. Qütblərin yaxınlığında maqnit tozunun sıxlığı vərəqin digər nöqtələrinə nisbətən daha böyükdür. Bu o deməkdir ki, oradakı maqnit sahəsinin böyüklüyü maksimum qiymətə malikdir. Beləliklə, hər bir nöqtədə maqnit sahəsi maqnit sahəsini və onun istiqamətini xarakterizə edən kəmiyyətin dəyəri ilə müəyyən edilir. Belə kəmiyyətlərə adətən vektorlar deyilir.

Polad hissəsini maqnitin qütbləri arasında yerləşdirək (şəkil 36). Hissədəki elektrik xətlərinin istiqaməti oxlarla göstərilir. Hissədə maqnit sahəsi xətləri də görünəcək, yalnız havada olduğundan daha çox olacaq.

Şəkil 36 Sadə formalı hissənin maqnitləşdirilməsi

Fakt budur ki, polad hissədə domen adlanan mikromaqnitlərdən ibarət dəmir var. Bir hissəyə bir maqnit sahəsinin tətbiqi, onların bu sahənin istiqamətinə yönəldilməsinə və dəfələrlə gücləndirilməsinə səbəb olur. Görünür ki, hissədəki sahə xətləri bir-birinə paralel, maqnit sahəsi isə sabitdir. Eyni sıxlıqla çəkilmiş düz paralel qüvvə xətləri ilə xarakterizə olunan maqnit sahəsi vahid adlanır.

10.2 Maqnit kəmiyyətlər

Maqnit sahəsini xarakterizə edən ən vacib fiziki kəmiyyət adətən işarələnən maqnit induksiya vektorudur. IN. Hər bir fiziki kəmiyyət üçün onun ölçüsünü göstərmək adətdir. Beləliklə, cərəyanın vahidi Amper (A), maqnit induksiyasının vahidi Tesla (T)-dir. Maqnitləşdirilmiş hissələrdə maqnit induksiyası adətən 0,1 ilə 2,0 Tesla aralığında olur.

Vahid bir maqnit sahəsinə yerləşdirilən maqnit iynəsi fırlanacaq. Onu öz oxu ətrafında çevirən qüvvənin anı maqnit induksiyası ilə mütənasibdir. Maqnit induksiyası həm də materialın maqnitləşmə dərəcəsini xarakterizə edir. Şəkil 34, 35-də göstərilən qüvvə xətləri havada və materialda (hissələrdə) maqnit induksiyasının dəyişməsini xarakterizə edir.

Maqnit induksiyası kosmosun hər nöqtəsində maqnit sahəsini təyin edir. Bəzi səthlərdə (məsələn, hissənin kəsik müstəvisində) maqnit sahəsini xarakterizə etmək üçün başqa fiziki kəmiyyət, maqnit axını adlanır və işarələnir Φ.

Vahid maqnitləşdirilmiş hissə (Şəkil 36) maqnit induksiyasının qiyməti ilə xarakterizə edilsin. IN, hissənin kəsik sahəsi bərabərdir S, onda maqnit axını düsturla müəyyən edilir:

Vahid maqnit axını- Veber (Wb).

Bir nümunəyə baxaq. Hissədəki maqnit induksiyası 0,2 T, kəsik sahəsi 0,01 m 2-dir. Sonra maqnit axını 0,002 Wb-dir.

Uzun silindrik bir dəmir çubuğu vahid bir maqnit sahəsinə yerləşdirək. Çubuğun simmetriya oxu qüvvə xətlərinin istiqaməti ilə üst-üstə düşsün. Sonra çubuq demək olar ki, hər yerdə bərabər şəkildə maqnitləşəcəkdir. Çubuqdakı maqnit induksiyası havadan daha çox olacaq. Materialda maqnit induksiya nisbəti B m havada maqnit induksiyasına In maqnit keçiriciliyi adlanır:

μ=B m / B in. (10.2)

Maqnit keçiriciliyi ölçüsüz kəmiyyətdir. Müxtəlif dərəcəli polad üçün maqnit keçiriciliyi 200 ilə 5000 arasında dəyişir.

Maqnit induksiyası materialın xüsusiyyətlərindən asılıdır ki, bu da maqnit proseslərinin texniki hesablamalarını çətinləşdirir. Buna görə də, materialın maqnit xüsusiyyətlərindən asılı olmayan köməkçi bir kəmiyyət təqdim edildi. O, maqnit sahəsinin gücü vektoru adlanır və işarələnir H. Maqnit sahəsinin gücünün vahidi Amper/metrdir (A/m). Hissələrin dağıdıcı olmayan maqnit sınağı zamanı maqnit sahəsinin gücü 100 ilə 100.000 A/m arasında dəyişir.

Maqnit induksiyası arasında In və maqnit sahəsinin gücü N havada sadə bir əlaqə var:

V in =μ 0 H, (10.3)

Harada μ 0 = 4π 10 –7 Henri/metr - maqnit sabiti.

Materialdakı maqnit sahəsinin gücü və maqnit induksiyası bir-biri ilə əlaqə ilə bağlıdır:

B=μμ 0 H (10.4)

Maqnit sahəsinin gücü N - vektor. Bu vektorun komponentlərini hissənin səthində müəyyən etmək üçün fluxgate testi tələb olunduqda. Bu komponentləri Şəkil 37-dən istifadə etməklə müəyyən etmək olar.Burada hissənin səthi müstəvi kimi götürülür xy, ox z bu müstəviyə perpendikulyar.

Şəkil 1.4-də vektorun təpəsindən H bir müstəviyə perpendikulyar düşür x,y. Koordinatların başlanğıcından müstəvi ilə perpendikulyarın kəsişmə nöqtəsinə vektor çəkilir. H  vektorun maqnit sahəsinin gərginliyinin tangensial komponenti adlanan  H . Vektorun təpəsindən perpendikulyarların salınması H oxda x Və y, proqnozları müəyyənləşdiririk Hx Və H y vektor H. Proyeksiya H ox başına z maqnit sahəsinin gücünün normal komponenti adlanır Hn . Maqnit sınaqları zamanı ən çox maqnit sahəsinin gücünün tangensial və normal komponentləri ölçülür.

Şəkil 37 Maqnit sahəsinin gücü vektoru və onun hissənin səthinə proyeksiyası

10.3 Maqnitləşmə əyrisi və histerezis halqası

Xarici maqnit sahəsinin gücünün tədricən artması ilə ilkin demaqnitsizləşdirilmiş ferromaqnit materialın maqnit induksiyasının dəyişməsini nəzərdən keçirək. Bu asılılığı əks etdirən qrafik Şəkil 38-də göstərilmişdir və ilkin maqnitləşmə əyrisi adlanır. Zəif maqnit sahələri bölgəsində bu əyrinin yamacı nisbətən kiçik olur və sonra o, maksimum dəyərə çataraq artmağa başlayır. Maqnit sahəsinin gücünün daha da yüksək dəyərlərində, yamac azalır ki, artan sahə ilə maqnit induksiyasının dəyişməsi əhəmiyyətsiz olur - maqnit doyma meydana gəlir ki, bu da böyüklüyü ilə xarakterizə olunur. B S. Şəkil 39-da maqnit keçiriciliyinin maqnit sahəsinin gücündən asılılığı göstərilir. Bu asılılıq iki qiymətlə xarakterizə olunur: ilkin μ n və maksimum μ m maqnit keçiriciliyi. Güclü maqnit sahələrinin bölgəsində keçiricilik sahənin artması ilə azalır. Xarici maqnit sahəsinin daha da artması ilə nümunənin maqnitləşməsi praktiki olaraq dəyişməz qalır və maqnit induksiyası yalnız xarici sahə hesabına artır. .

Şəkil 38 İlkin maqnitləşmə əyrisi

Şəkil 39 Keçiriciliyin maqnit sahəsinin gücündən asılılığı

Maqnit induksiyasının doyması B Səsasən asılıdır kimyəvi birləşmə həm struktur, həm də elektrik poladları üçün material 1,6-2,1 T-dir. Maqnit keçiriciliyi yalnız kimyəvi tərkibdən deyil, həm də istilik və mexaniki müalicədən asılıdır.

.

Şəkil 40 Limit (1) və qismən (2) histerezis döngələri

Məcburedici qüvvənin böyüklüyünə görə maqnit materialları yumşaq maqnit materiallarına (H c) bölünür.< 5 000 А/м) и магнитотвердые (H c >5000 A/m).

Yumşaq maqnit materialları doyma əldə etmək üçün nisbətən aşağı sahələr tələb edir. Sərt maqnit materialları maqnitləşdirmək və yenidən maqnitləşdirmək çətindir.

Struktur poladlarının əksəriyyəti yumşaq maqnit materiallarıdır. Elektrik polad və xüsusi ərintilər üçün məcburi qüvvə 1-100 A/m, konstruktiv çeliklər üçün - 5000 A/m-dən çox deyil. Daimi maqnit əlavələri sərt maqnit materiallarından istifadə edir.

Maqnitləşmənin tərsinə çevrilməsi zamanı material yenidən doyur, lakin induksiya dəyəri fərqli bir işarəyə malikdir (- B S), mənfi maqnit sahəsinin gücünə uyğundur. Maqnit sahəsinin gücünün müsbət dəyərlərə doğru sonrakı artması ilə induksiya döngənin artan qolu adlanan başqa bir əyri boyunca dəyişəcəkdir. Hər iki budaq: enən və yüksələn, maqnit histerezinin həddi döngəsi adlanan qapalı əyri əmələ gətirir. Həddi döngə simmetrik bir formaya malikdir və maqnit induksiyasının maksimum dəyərinə uyğundur. B S. Daha kiçik sərhədlər daxilində maqnit sahəsinin gücündə simmetrik dəyişikliklə, induksiya yeni bir döngə boyunca dəyişəcəkdir. Bu döngə tamamilə həddi döngənin daxilində yerləşir və simmetrik qismən döngə adlanır (Şəkil 40).

Məhdudlaşdırıcı maqnit histerezis dövrəsinin parametrləri oynayır mühüm rol fluxgate nəzarəti ilə. At yüksək dəyərlər qalıq induksiya və məcburiyyət qüvvəsi hissənin materialını doymuşa qədər əvvəlcədən maqnitləşdirməklə və sonra sahə mənbəyini söndürməklə izlənilə bilər. Qüsurları aşkar etmək üçün hissənin maqnitləşməsi kifayət edəcəkdir.

Eyni zamanda, histerezis fenomeni maqnit vəziyyətini idarə etmək ehtiyacına səbəb olur. Demaqnitləşmə olmadıqda, hissənin materialı induksiyaya uyğun bir vəziyyətdə ola bilər - B r. Sonra, müsbət polaritenin bir maqnit sahəsini açmaq, məsələn, bərabərdir Hc, biz hissəni hətta maqnitsizləşdirə bilərik, baxmayaraq ki, onu maqnitləşdirməliyik.

Maqnit keçiriciliyi də vacibdir. Daha çox μ , hissəni maqnitləşdirmək üçün maqnit sahəsinin gücünün tələb olunan dəyəri nə qədər aşağı olarsa. Buna görə də texniki spesifikasiyalar maqnitləşdirici qurğu sınaq obyektinin maqnit parametrlərinə uyğun olmalıdır.

10.4 Qüsurun səpilməsinin maqnit sahəsi

Qüsurlu hissənin maqnit sahəsi öz xüsusiyyətlərinə malikdir. Dar bir yuvası olan bir maqnitləşdirilmiş polad üzük (hissə) götürək. Bu boşluq hissədə qüsur kimi qəbul edilə bilər. Üzüyü maqnit tozu səpilmiş kağız vərəqi ilə örtsəniz, Şəkil 35-də göstərilənə bənzər bir şəkil görə bilərsiniz. Kağız vərəqi halqadan kənarda yerləşir və bu vaxt toz hissəcikləri müəyyən xətlər boyunca düzülür. Beləliklə, maqnit sahəsi xətləri qismən hissədən kənara keçir, qüsur ətrafında axan olur. Maqnit sahəsinin bu hissəsi qüsurun sızma sahəsi adlanır.

Şəkil 41-də maqnit sahəsinin xətlərinə perpendikulyar yerləşən hissədə uzun çat və qüsurun yaxınlığında sahə xətlərinin nümunəsi göstərilir.

Şəkil 41 Səth çatının ətrafında güc xətlərinin axını

Görünür ki, maqnit sahəsi xətləri hissənin daxilində və xaricində çat ətrafında axır. Yeraltı qüsurla maqnitsiz sahənin əmələ gəlməsini maqnitləşdirilmiş hissənin kəsiyini göstərən Şəkil 42-dən istifadə etməklə izah etmək olar. Maqnit induksiya güc xətləri üç kəsikli hissədən birinə aiddir: qüsurun üstündə, qüsur zonasında və qüsurun altında. Maqnit induksiyası və kəsik sahəsinin məhsulu maqnit axını müəyyən edir. Bu sahələrdə ümumi maqnit axınının komponentləri kimi təyin edilmişdir Φ 1,.., Maqnit axınının bir hissəsi F 2, bölmənin üstündən və altından axacaq S 2. Buna görə də bölmələrdə maqnit axını S 1 Və S 3 qüsursuz hissədən daha böyük olacaq. Eyni şeyi maqnit induksiyası haqqında da demək olar. Başqa mühüm xüsusiyyət maqnit induksiya güc xətləri onların qüsurun üstündə və altında əyriliyidir. Nəticədə sahə xətlərinin bir hissəsi hissəni tərk edərək, qüsurun maqnit səpilmə sahəsini yaradır.

3 .

Şəkil 42 Yeraltı qüsurun səpilmə sahəsi

Sahibsiz maqnit sahəsini hissəni tərk edən maqnit axını ilə kəmiyyətlə müəyyən etmək olar ki, bu da qaçan maqnit axını adlanır. Maqnit axını nə qədər çox olarsa, sızma maqnit axını da bir o qədər çox olar Φ 2 en kəsiyində S 2. Kesiti sahəsi S 2 bucağının kosinusuna mütənasibdir , Şəkil 42-də göstərilmişdir.  = 90°-də bu sahə sıfırdır, -da =0° ən önəmlisi budur.

Beləliklə, qüsurları müəyyən etmək üçün hissənin yoxlama zonasında maqnit induksiya xətlərinin şübhəli qüsurun müstəvisinə perpendikulyar olması lazımdır.

Qüsurlu hissənin kəsişməsi üzərində maqnit axınının paylanması maneə ilə bir kanalda su axınının paylanmasına bənzəyir. Tamamilə batmış maneə zonasında dalğanın hündürlüyü daha böyük olacaq, maneə zirvəsi su səthinə nə qədər yaxın olarsa. Eynilə, bir hissədəki yeraltı qüsuru aşkar etmək daha asandır, onun baş vermə dərinliyi nə qədər kiçik olarsa.

10.5 Qüsurların aşkarlanması

Qüsurları aşkar etmək üçün qüsurun səpilmə sahəsinin xüsusiyyətlərini təyin etməyə imkan verən bir cihaz tələb olunur. Bu maqnit sahəsi onun komponentləri ilə müəyyən edilə bilər N x, N y, N z.

Bununla belə, sahibsiz sahələrə təkcə qüsur deyil, həm də digər amillər səbəb ola bilər: metalın struktur qeyri-bərabərliyi, kəsişmənin kəskin dəyişməsi (ətraflı olaraq). mürəkkəb forma), emal, təsirlər, səthin pürüzlülüyü və s. Buna görə də, hətta bir proyeksiyanın asılılığının təhlili (məsələn, H z) məkan koordinatından ( x və ya y) çətin iş ola bilər.

Qüsurun yaxınlığındakı maqnit boşalma sahəsini nəzərdən keçirək (Şəkil 43). Burada hamar kənarları olan ideallaşdırılmış sonsuz uzun çat göstərilir. Ox boyunca uzanır y, şəkildə bizə tərəf yönəldilib. 1, 2, 3, 4 nömrələri çata soldan yaxınlaşdıqda maqnit sahəsinin gücü vektorunun böyüklüyünün və istiqamətinin necə dəyişdiyini göstərir.

Şəkil 43 Qüsurun yaxınlığındakı maqnit sahəsi

Maqnit sahəsi hissənin səthindən müəyyən bir məsafədə ölçülür. Ölçmələrin aparıldığı traektoriya nöqtəli xətt ilə göstərilir. Çatlağın sağındakı vektorların böyüklükləri və istiqamətləri oxşar şəkildə qurula bilər (və ya fiqurun simmetriyasından istifadə edin). Səpələnmə sahəsinin sağındakı şəkil vektorun məkan mövqeyinə bir nümunədir H və onun iki komponenti Hx Və H z . Proyeksiyadan asılılıq qrafikləri Hx Və H z koordinatdan sahələrin səpilməsi x aşağıda göstərilmişdir.

Belə görünür ki, H x-in ekstremumunu və ya H z-nin sıfırını axtarmaqla qüsur tapmaq olar. Ancaq yuxarıda qeyd edildiyi kimi, boş sahələr təkcə qüsurlardan deyil, həm də metalın struktur qeyri-bərabərliyindən, mexaniki təsirlərin izlərindən və s.

Şəkil 41-də göstərilənə bənzər sadə hissədə (Şəkil 44) sahibsiz sahələrin əmələ gəlməsinin sadələşdirilmiş mənzərəsini və proyeksiya asılılıqlarının qrafiklərini nəzərdən keçirək. H z , H x koordinatdan x(qüsur ox boyunca uzanır y).

Asılılıq qrafiklərinə görə Hx Və H z-dan x Ekstrema dəyərləri olduğundan bir qüsuru aşkar etmək çox çətindir Hx Və H z bir qüsur üzərində və üzərində qeyri-bərabərlik mütənasibdir.

Qüsur zonasında müəyyən koordinatın maqnit sahəsinin gücünün maksimum dəyişmə sürətinin (maililiyinin) digər maksimumlardan daha çox olduğu aşkar edildikdə, həll yolu tapıldı.

Şəkil 44 qrafikin maksimum yamacını göstərir Hz(x) nöqtələr arasında x 1 Və x 2(yəni qüsurun yerləşdiyi ərazidə) digər yerlərdən xeyli çoxdur.

Beləliklə, cihaz sahə gücünün proyeksiyasını deyil, onun dəyişmə sürətini ölçməlidir, yəni. hissənin səthindən yuxarı iki bitişik nöqtədə proqnozlar fərqinin bu nöqtələr arasındakı məsafəyə nisbəti:

(10.5)

Harada H z (x 1), H z (x 2)- vektor proyeksiya qiymətləri H ox başına z nöqtələrində x 1 , x 2(qüsurun solunda və sağında), Gz(x) adətən maqnit sahəsinin gücü qradiyenti adlanır.

Asılılıq Gz(x)Şəkil 44-də göstərilmişdir. Məsafə Dx = x 2 – x 1 vektorun proyeksiyalarının ölçüldüyü nöqtələr arasında H ox başına z, qüsurun səpilmə sahəsinin ölçüsü nəzərə alınmaqla seçilir.

Şəkil 44-dən göründüyü kimi və bu təcrübə ilə yaxşı uyğun gəlir, qüsurun üstündəki qradiyentin dəyəri hissənin metalının qeyri-bərabərliyindən əhəmiyyətli dərəcədə böyükdür. Bu, qradiyent həddi aşdıqda qüsuru etibarlı şəkildə qeydə almağa imkan verir (Şəkil 44).

Tələb olunan hədd dəyərini seçməklə siz nəzarət xətalarını minimum dəyərlərə endirə bilərsiniz.

Şəkil 44 Qüsurun maqnit sahəsi xətləri və hissənin metalında qeyri-bərabərliklər.

10.6 Fluxgate metodu

Flüksqeyt metodu maqnitləşdirilmiş məhsulda qüsur nəticəsində yaranmış başıboş maqnit sahəsinin şiddətinin qradientinin fluxgate cihazı ilə ölçülməsinə və ölçmə nəticəsinin həddi ilə müqayisəsinə əsaslanır.

İdarə olunan hissənin xaricində onu maqnitləşdirmək üçün yaradılmış müəyyən bir maqnit sahəsi var. Qüsur detektorunun - qradiometrin istifadəsi qüsurun yaratdığı siqnalın kosmosda yavaş-yavaş dəyişən maqnit sahəsinin gücünün kifayət qədər böyük komponenti fonunda təcrid olunmasını təmin edir.

Fluxgate qüsur detektoru hissənin səthində maqnit sahəsinin gücünün normal komponentinin gradient komponentinə cavab verən çeviricidən istifadə edir. Qüsur detektorunun çeviricisi xüsusi yumşaq maqnit ərintisindən hazırlanmış iki paralel çubuqdan ibarətdir. Sınaq zamanı çubuqlar hissənin səthinə perpendikulyardır, yəni. maqnit sahəsinin gücünün normal komponentinə paralel. Çubuqlar alternativ cərəyanın axdığı eyni sarğılara malikdir. Bu sarımlar ardıcıl olaraq bağlanır. Alternativ cərəyan çubuqlarda maqnit sahəsinin gücünün alternativ komponentlərini yaradır. Bu komponentlər böyüklük və istiqamətdə üst-üstə düşür. Bundan əlavə, hər bir çubuğun yerində hissənin maqnit sahəsinin gücünün sabit komponenti var. Böyüklük Δx(10.5) düsturuna daxil olan çubuqların oxları arasındakı məsafəyə bərabərdir və çeviricinin əsası adlanır. Konvertorun çıxış gərginliyi fərqlə müəyyən edilir alternativ gərginliklər sarımlar üzərində.

Qüsur detektorunun çeviricisini qüsursuz hissənin sahəsinə yerləşdirək, burada nöqtələrdə maqnit sahəsinin gücünün dəyərləri x 1; x 2(düstur (10.5) bax) eynidir. Bu o deməkdir ki, maqnit sahəsinin gücü gradienti sıfıra bərabərdir. Sonra maqnit sahəsinin gücünün eyni sabit və alternativ komponentləri hər bir çevirici çubuğuna təsir edəcəkdir. Bu komponentlər çubuqları bərabər şəkildə yenidən maqnitləşdirəcək, buna görə də sarımlardakı gərginliklər bir-birinə bərabərdir. Çıxış siqnalını təyin edən gərginlik fərqi sıfırdır. Beləliklə, qüsur detektorunun çeviricisi qradiyent olmadıqda maqnit sahəsinə cavab vermir.

Maqnit sahəsinin gücü qradiyenti sıfır deyilsə, çubuqlar eyni alternativ maqnit sahəsində olacaq, lakin sabit komponentlər fərqli olacaq. Hər bir çubuq sarımın alternativ cərəyanı ilə maqnit induksiyası vəziyyətindən yenidən maqnitləşdirilir - S.-də+ üçün S.-də Qanuna görə elektromaqnit induksiyası sarımdakı gərginlik yalnız maqnit induksiyası dəyişdikdə görünə bilər. Buna görə də salınma dövrü alternativ cərəyançubuq doyma vəziyyətində olduqda və buna görə də, sarğıdakı gərginlik sıfır olduqda və doyma olmadığı zaman dövrlərinə bölünə bilər və buna görə də gərginlik sıfırdan fərqlənir. Hər iki çubuq doyma dərəcəsinə qədər maqnitləşdirilmədiyi dövrlərdə sarımlarda bərabər gərginliklər görünür. Bu zaman çıxış siqnalı sıfırdır. Hər iki çubuq eyni vaxtda doymuşsa, sarımlarda gərginlik olmadıqda eyni şey baş verəcəkdir. Çıxış gərginliyi bir nüvənin doymuş vəziyyətdə, digəri isə doymamış vəziyyətdə olduqda görünür.

Maqnit sahəsinin gücünün sabit və dəyişən komponentlərinin eyni vaxtda təsiri ona gətirib çıxarır ki, hər bir nüvə bir doymuş vəziyyətdədir. uzun müddət başqasına nisbətən. Daha uzun doyma maqnit sahəsinin gücünə sabit və dəyişən komponentlərin əlavə edilməsinə, daha qısa doyma isə çıxmaya uyğun gəlir. Maqnit induksiyası + dəyərlərinə uyğun olan vaxt intervalları arasındakı fərq S.-də Və - S.-də, sabit maqnit sahəsinin gücündən asılıdır. Maqnit induksiyası + olan bir vəziyyəti nəzərdən keçirək S.-də iki çevirici çubuqda. Nöqtələrdə maqnit sahəsinin qeyri-bərabər dəyərləri x 1 Və x 2çubuqların maqnit doyma intervallarının müxtəlif müddətlərinə uyğun olacaq. Bu maqnit sahəsinin gücləri arasındakı fərq nə qədər böyükdürsə, zaman intervalları da bir o qədər fərqli olur. Bir çubuq doymuş, digəri isə doymamış olan bu dövrlərdə çeviricinin çıxış gərginliyi baş verir. Bu gərginlik maqnit sahəsinin gücündən asılıdır.

Təxminən iki min yarım il əvvəl insanlar bəzi təbii daşların dəmiri cəlb etmək qabiliyyətinə malik olduğunu kəşf etdilər. Bu xüsusiyyət bu daşlarda canlı bir ruhun olması və dəmirə müəyyən bir "sevgi" ilə izah edildi.

Bu gün biz artıq bilirik ki, bu daşlar təbii maqnitdir və dəmirə doğru xüsusi yer deyil, maqnit sahəsi bu effektləri yaradır. Maqnit sahəsidir xüsusi növ maddədən fərqli olan və maqnitlənmiş cisimlərin ətrafında mövcud olan maddə.

Daimi maqnitlər

Təbii maqnitlər və ya maqnitlər çox güclü maqnit xüsusiyyətlərinə malik deyillər. Lakin insan süni maqnitlər yaratmağı öyrəndi daha böyük güc maqnit sahəsi. Onlar xüsusi ərintilərdən hazırlanır və xarici maqnit sahəsi ilə maqnitlənir. Və bundan sonra onlar müstəqil olaraq istifadə edilə bilər.

Maqnit sahəsi xətləri

İstənilən maqnitin iki qütbü var, onlara şimal və cənub qütbləri deyilir. Qütblərdə maqnit sahəsinin konsentrasiyası maksimumdur. Lakin qütblər arasında maqnit sahəsi də özbaşına deyil, zolaqlar və ya xətlər şəklində yerləşir. Onlara maqnit sahə xətləri deyilir. Onları aşkar etmək olduqca sadədir - səpələnmiş dəmir qırıntılarını bir maqnit sahəsinə qoyun və bir az silkələyin. Onlar heç bir şəkildə yerləşməyəcəklər, lakin bir qütbdən başlayaraq digərində bitən bir növ xətt nümunəsi təşkil edirlər. Bu xətlər sanki bir qütbdən çıxıb digərinə girir.

Bir maqnit sahəsindəki dəmir qırıntıları özləri maqnitləşir və maqnit qüvvə xətləri boyunca yerləşdirilir. Kompas tam olaraq belə işləyir. Planetimiz böyük bir maqnitdir. Kompas iynəsi Yerin maqnit sahəsini götürür və dönərək, bir ucu şimal maqnit qütbünü, digəri isə cənubu göstərən qüvvə xətləri boyunca yerləşir. Yerin maqnit qütbləri coğrafi qütblərlə bir qədər uyğunsuzdur, lakin qütblərdən uzaqlaşdıqda bunun əhəmiyyəti yoxdur. böyük əhəmiyyət kəsb edir, və onlar eyni hesab edilə bilər.

Dəyişən maqnitlər

Dövrümüzdə maqnitlərin tətbiq dairəsi son dərəcə genişdir. Onlar elektrik mühərrikləri, telefonlar, dinamiklər və radio cihazlarının içərisində tapıla bilər. Hətta tibbdə, məsələn, bir insan iynəni və ya digərini udduqda dəmir əşya, maqnit zondundan istifadə edərək əməliyyat olmadan çıxarıla bilər.

Beləliklə, cərəyanı olan dairəvi bobinin oxundakı maqnit sahəsinin induksiyası rulonun mərkəzindən oxdakı bir nöqtəyə qədər olan məsafənin üçüncü gücünə tərs mütənasib olaraq azalır. Bobin oxundakı maqnit induksiya vektoru oxa paraleldir. Onun istiqaməti sağ vintdən istifadə etməklə müəyyən edilə bilər: əgər sağ vintini bobinin oxuna paralel yönləndirirsinizsə və onu bobindəki cərəyan istiqamətində döndərsəniz, onda vintin tərcümə hərəkətinin istiqaməti istiqaməti göstərəcəkdir. maqnit induksiya vektorunun.

3.5 Maqnit sahəsi xətləri

Bir maqnit sahəsi, elektrostatik kimi, rahat şəkildə qrafik formada - maqnit sahəsi xətlərindən istifadə etməklə təmsil oluna bilər.

Maqnit sahəsi xətti hər bir nöqtədəki tangensi maqnit induksiya vektorunun istiqaməti ilə üst-üstə düşən xəttdir.

Maqnit sahəsi xətləri elə çəkilir ki, onların sıxlığı maqnit induksiyasının böyüklüyünə mütənasib olsun: müəyyən nöqtədə maqnit induksiyası nə qədər çox olarsa, sahə xətlərinin sıxlığı da bir o qədər çox olar.

Beləliklə, maqnit sahə xətləri elektrostatik sahə xətlərinə bənzəyir.

Bununla belə, onların bəzi özəllikləri də var.

I cərəyanı olan düz keçiricinin yaratdığı maqnit sahəsini nəzərdən keçirək.

Bu dirijor rəsm müstəvisinə perpendikulyar olsun.

Dirijordan bərabər məsafədə yerləşən müxtəlif nöqtələrdə induksiya böyüklükdə eynidır.

Vektor istiqaməti IN şəkildə göstərilən müxtəlif nöqtələrdə.

Bütün nöqtələrdə tangensi maqnit induksiya vektorunun istiqaməti ilə üst-üstə düşən xətt çevrədir.

Nəticə etibarilə, bu vəziyyətdə maqnit sahəsi xətləri keçiricini əhatə edən dairələrdir. Bütün elektrik xətlərinin mərkəzləri dirijorda yerləşir.

Beləliklə, maqnit sahəsi xətləri bağlanır (elektrostatik sahə xətləri bağlana bilməz, onlar yüklərdə başlayır və bitir).

Buna görə də maqnit sahəsi burulğan(bu, sahə xətləri bağlı olan sahələrin adıdır).

Sahə xətlərinin qapalılığı maqnit sahəsinin başqa, çox vacib xüsusiyyəti deməkdir - təbiətdə müəyyən bir qütbün maqnit sahəsinin mənbəyi olacaq (ən azı hələ kəşf edilməmiş) maqnit yükləri yoxdur.

Buna görə də, bir maqnitin ayrıca mövcud olan şimal və ya cənub maqnit qütbü yoxdur.

Daimi bir maqniti yarıya bölsəniz belə, hər birinin hər iki qütbü olan iki maqnit alırsınız.

3.6. Lorentz qüvvəsi

Eksperimental olaraq müəyyən edilmişdir ki, bir qüvvə maqnit sahəsində hərəkət edən yükə təsir edir. Bu qüvvə adətən Lorentz qüvvəsi adlanır:

.

Lorentz qüvvə modulu

,

burada a vektorlar arasındakı bucaqdır v Və B .

Lorentz qüvvəsinin istiqaməti vektorun istiqamətindən asılıdır. Sağ əl qaydası və ya sol əl qaydası ilə müəyyən edilə bilər. Lakin Lorentz qüvvəsinin istiqaməti mütləq vektorun istiqaməti ilə üst-üstə düşmür!

Fakt budur ki, Lorentz qüvvəsi vektorun [ məhsulunun nəticəsinə bərabərdir. v , IN ] skalara q. Əgər yük müsbətdirsə, deməli F l vektora paralel [ v , IN ]. Əgər q< 0, то сила Лоренца противоположна направлению вектора [v , IN ] (şəkilə bax).

Əgər yüklü hissəcik maqnit sahəsinin xətlərinə paralel hərəkət edirsə, sürət və maqnit induksiya vektorları arasında a bucağı sıfıra bərabərdir. Beləliklə, Lorentz qüvvəsi belə bir yükə təsir etmir (sin 0 = 0, F l = 0).

Əgər yük maqnit sahəsinin xətlərinə perpendikulyar hərəkət edirsə, sürət və maqnit induksiya vektorları arasındakı bucaq a 90 0-a bərabərdir. Bu vəziyyətdə Lorentz qüvvəsi mümkün olan maksimum dəyərə malikdir: F l = q v B.

Lorentz qüvvəsi həmişə yükün sürətinə perpendikulyardır. Bu o deməkdir ki, Lorentz qüvvəsi hərəkət sürətinin böyüklüyünü dəyişə bilməz, əksinə onun istiqamətini dəyişir.

Buna görə də, vahid maqnit sahəsində, güc xətlərinə perpendikulyar olan bir maqnit sahəsinə uçan bir yük dairəvi hərəkət edəcəkdir.

Əgər yükə yalnız Lorentz qüvvəsi təsir edirsə, onda yükün hərəkəti Nyutonun ikinci qanununa əsaslanan aşağıdakı tənliyə tabe olur: ma = F l.

Lorentz qüvvəsi sürətə perpendikulyar olduğundan, yüklü hissəciyin sürətlənməsi mərkəzə itəndir (normal): (burada R– yüklü hissəciyin trayektoriyasının əyrilik radiusu).

Şübhəsiz ki, maqnit sahəsi xətləri indi hamıya məlumdur. Ən azı məktəbdə onların təzahürü fizika dərslərində nümayiş etdirilir. Müəllimin bir vərəqin altına necə daimi maqnit (və ya hətta iki, dirəklərinin istiqamətini birləşdirən) yerləşdirdiyini və onun üzərinə əmək təlimi sinfindən götürülmüş metal çöküntüləri tökdüyünü xatırlayın? Tamamilə aydındır ki, metal vərəqdə tutulmalı idi, lakin qəribə bir şey müşahidə edildi - yonqarların düzüldüyü xətlər aydın görünürdü. Diqqət yetirin - bərabər deyil, zolaqlarda. Bunlar maqnit sahəsinin xətləridir. Daha doğrusu, onların təzahürü. Sonra nə baş verdi və bunu necə izah etmək olar?

Uzaqdan başlayaq. Bizimlə görünən fiziki dünyada xüsusi bir maddə növü - maqnit sahəsi mövcuddur. Hərəkətin qarşılıqlı təsirini təmin edir elementar hissəciklər və ya daha böyük bədənlərlə elektrik yükü və ya təbii Elektrik və yalnız bir-biri ilə əlaqəli deyil, həm də tez-tez özlərini yaradır. Məsələn, içərisindən axan bir tel elektrik, öz ətrafında maqnit sahəsi xətləri yaradır. Bunun əksi də doğrudur: dəyişən maqnit sahələrinin qapalı keçirici dövrəyə təsiri onda yük daşıyıcılarının hərəkətini yaradır. Sonuncu əmlak bütün istehlakçılara elektrik enerjisi verən generatorlarda istifadə olunur. Elektromaqnit sahələrinin parlaq nümunəsi işıqdır.

Dirijorun ətrafındakı maqnit sahəsi xətləri fırlanır və ya bu da doğrudur, maqnit induksiyasının istiqamət vektoru ilə xarakterizə olunur. Fırlanma istiqaməti gimlet qaydası ilə müəyyən edilir. Göstərilən xətlər konvensiyadır, çünki sahə bütün istiqamətlərdə bərabər şəkildə uzanır. İş ondadır ki, o, sonsuz sayda xətlər şəklində təmsil oluna bilər, bəziləri daha aydın gərginliyə malikdir. Buna görə də mişarda müəyyən “xəttlər” aydın görünür. Maraqlıdır ki, maqnit sahəsinin xətləri heç vaxt kəsilmir, ona görə də başlanğıcın harada və sonun harada olduğunu birmənalı demək mümkün deyil.

Daimi bir maqnit (və ya oxşar elektromaqnit) vəziyyətində həmişə şərti olaraq Şimal və Cənub adlanan iki qütb var. Bu vəziyyətdə qeyd olunan xətlər hər iki qütbü birləşdirən halqalar və ovallardır. Bəzən bu, qarşılıqlı təsir göstərən monopollar baxımından təsvir edilir, lakin sonra bir ziddiyyət yaranır, buna görə monopolları ayırmaq olmaz. Yəni, bir maqniti bölmək üçün hər hansı bir cəhd bir neçə bipolyar hissənin görünüşü ilə nəticələnəcəkdir.

Sahə xətlərinin xüsusiyyətləri böyük maraq doğurur. Biz artıq davamlılıq haqqında danışdıq, lakin praktiki maraq keçiricidə elektrik cərəyanı yaratmaq qabiliyyətidir. Bunun mənası belədir: əgər keçirici kontur xətlərlə kəsişirsə (yaxud dirijorun özü maqnit sahəsində hərəkət edirsə), onda materialın atomlarının xarici orbitlərindəki elektronlara əlavə enerji verilir və onların müstəqil istiqamətləndirilmiş hərəkətə başlayın. Deyə bilərik ki, maqnit sahəsi kristal qəfəsdən yüklü hissəcikləri “çıxarır”. Bu fenomen elektromaqnit induksiya adlanır və hazırda birincil əldə etməyin əsas yoludur elektrik enerjisi. 1831-ci ildə ingilis fiziki Maykl Faraday tərəfindən eksperimental olaraq kəşf edilmişdir.

Maqnit sahələrinin tədqiqi hələ 1269-cu ildə, P.Pereqrinus sferik maqnitin polad iynələrlə qarşılıqlı təsirini aşkar etdikdən sonra başlamışdır. Təxminən 300 il sonra W. G. Colchester özünün iki qütblü nəhəng bir maqnit olduğunu irəli sürdü. Daha sonra maqnit hadisələri Lorentz, Maksvell, Amper, Eynşteyn və s. kimi məşhur alimlər tərəfindən tədqiq edilmişdir.