Wróć do informacji o e-podręczniku Wydrukuj Pobierz materiał do PDF Pobierz materiał do EPUB Pobierz materiał do MOBI Zaloguj się, aby dodać do ulubionych Zaloguj się, aby skopiować i edytować materiał Zaloguj się, aby udostępnić materiał Zaloguj się, aby dodać całą stronę do teczki

Warto przeczytać

Opiszemy teraz typowy układ doświadczalny, pozwalający na pomiar indukcji magnetycznejIndukcja magnetycznaindukcji magnetycznej wewnątrz substancji umieszczonej w polu magnetycznymPole magnetycznepolu magnetycznym.

Wydaje się, że nie jest to proste, bo jak zmierzyć wartość indukcji magnetycznejIndukcja magnetycznaindukcji magnetycznej wewnątrz substancji? A jednak. Wyobraźmy sobie dwa rdzenie z badanej substancji umieszczone wewnątrz elektromagnesuElektromagneselektromagnesu. (Rys. 1.)

R1ZHA8QDnme11
Rys. 1. Układ doświadczalny do pomiaru indukcji magnetycznej wewnątrz substancji.

W małej szczelince między rdzeniami umieszczamy czujnik indukcji magnetycznejIndukcja magnetycznaindukcji magnetycznejteslomierzTeslomierzteslomierz (zobacz Rys. 2.).

R1BTd4SHtOTOo
Rys. 2. Teslomierz.

Wydaje się, że jest to dobry pomysł, ale można mieć wątpliwości, czy szczelinka nie popsuje nam badania. Okazuje się jednak, że pole magnetycznePole magnetycznepole magnetyczne wewnątrz szczelinki jest z dobrym przybliżeniem polem jednorodnym, więc indukcja magnetycznaIndukcja magnetycznaindukcja magnetyczna wewnątrz szczeliny ma taką samą wartość jak w rdzeniu.

Wyniki takich badań są bardzo interesujące. Na ogół substancje wprowadzone do wnętrza elektromagnesuElektromagneselektromagnesu w bardzo niewielkim stopniu zmieniają pole magnetycznePole magnetycznepole magnetyczne wytworzone przez prąd płynący w elektromagnesieElektromagneselektromagnesie. Okazuje się, że czasem nieznacznie zwiększają to pole, a czasem nieznacznie zmniejszają. Natomiast są takie substancje, które radykalnie, w ogromnym stopniu zwiększają pole magnetycznePole magnetycznepole magnetyczne. Miarą wpływu substancji na pole magnetycznePole magnetycznepole magnetyczne, w którym ta substancja jest „zanurzona”, jest względny współczynnik przenikalności magnetycznej. Jest on zdefiniowany jako stosunek wartości indukcji magnetycznejIndukcja magnetycznaindukcji magnetycznej w obecności danej substancji B do wartości indukcji magnetycznej bez tej substancji (w próżni) B0, co można zapisać:

μr=BB0.

Substancje zostały podzielone na trzy główne grupy ze względu na wartość μr:

  • Diamagnetyki – w bardzo małym stopniu zmniejszają pole magnetycznePole magnetycznepole magnetyczne; μ r<1 (np. dla wody μr=0,999991)

  • Paramagnetyki – w bardzo małym stopniu zwiększają pole magnetycznePole magnetycznepole magnetyczne; μ r>1 (np. dla cyny μr=1,000002)

  • Ferromagnetyki – w bardzo dużym stopniu zwiększają pole magnetycznePole magnetycznepole magnetyczne; μ r1 (np. dla żelaza elektrolitycznego μr=15000)

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 3OIndeks dolny 4), hematyt (najważniejsza ruda żelaza FeIndeks dolny 2OIndeks dolny 3, α-FeIndeks dolny 2OIndeks dolny 3), stal węglowa, żeliwo, ferromagnetyczne spieki proszkowe (neodym + żelazo + bor: NdIndeks dolny 2FeIndeks dolny 14B, 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 μr nie jest dla nich stała, ale jest funkcją indukcji magnetycznejIndukcja magnetycznaindukcji magnetycznej B0. Poza tym ferromagnetyki wykazują tzw. pozostałość magnetyczną, to znaczy rdzeń pozostaje namagnesowany po wyłączeniu elektromagnesuElektromagneselektromagnesu, gdy indukcja pola magnesującego B0 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

Elektromagnes
Elektromagnes

(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.

Indukcja magnetyczna
Indukcja magnetyczna

(ang. magnetic induction) podstawowa wielkość wektorowa opisująca pole magnetyczne. Opisuje natężenie pola magnetycznego wewnątrz ciała.

Pole magnetyczne
Pole magnetyczne

(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 B.

Teslomierz
Teslomierz

(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.