Magnete finden sich häufig in Motoren, Dynamos, Kühlschränken, Debit- und Kreditkarten sowie in elektronischen Geräten wie E-Gitarren-Pickups, Stereolautsprechern und Computerfestplatten. Magnete können permanent, natürlich geformt oder elektromagnetisch sein. Ein Elektromagnet erzeugt ein Magnetfeld, wenn ein elektrischer Strom durch eine Drahtspule fließt, die sich um einen Eisenkern wickelt. Es gibt mehrere Faktoren, die die Stärke eines Magnetfelds beeinflussen, und verschiedene Möglichkeiten, die Stärke des Felds zu bestimmen, und beide werden in diesem Artikel behandelt.
Schritt
Methode 1 von 3: Bestimmung von Faktoren, die die magnetische Feldstärke beeinflussen
Schritt 1. Berücksichtigen Sie die Eigenschaften des Magneten
Die Eigenschaften von Magneten werden anhand der folgenden Merkmale beschrieben:
- Die Stärke des magnetischen Koerzitivfeldes, abgekürzt als Hc. Dieses Symbol spiegelt den Punkt der Entmagnetisierung (Magnetfeldverlust) durch ein anderes Magnetfeld wider. Je höher die Zahl, desto schwieriger ist es, den Magneten zu entfernen.
- Restmagnetische Flussdichte, abgekürzt als Br. Dies ist der maximale magnetische Fluss, den ein Magnet erzeugen kann.
- Der magnetischen Flussdichte entspricht die Gesamtenergiedichte, abgekürzt als Bmax. Je höher die Zahl, desto stärker der Magnet.
- Der Temperaturkoeffizient der verbleibenden magnetischen Flussdichte, abgekürzt als Tcoef Br und ausgedrückt als Prozentsatz von Grad Celsius, erklärt, wie der magnetische Fluss mit steigender magnetischer Temperatur abnimmt. Ein Tcoef Br von 0,1 bedeutet, dass bei einer Temperaturerhöhung des Magneten um 100 Grad Celsius der magnetische Fluss um 10 Prozent abnimmt.
- Die maximale Betriebstemperatur (abgekürzt als Tmax) ist die höchste Temperatur, die ein Magnet betreiben kann, ohne seine Feldstärke zu verlieren. Sobald die Temperatur des Magneten unter Tmax fällt, erlangt der Magnet seine volle magnetische Feldstärke zurück. Bei Erwärmung über Tmax hinaus verliert der Magnet dauerhaft einen Teil seines Feldes, sobald er auf die normale Betriebstemperatur abgekühlt ist. Bei Erwärmung auf Curie-Temperatur (abgekürzt als Tcurie) verliert der Magnet jedoch seine magnetische Kraft.
Schritt 2. Identifizieren Sie die Materialien für die Herstellung von Permanentmagneten
Permanentmagnete bestehen in der Regel aus einem der folgenden Materialien:
- Neodym-Eisen-Bor. Dieses Material hat eine magnetische Flussdichte (12.800 Gauss), eine magnetische Koerzitivfeldstärke (12.300 Oersted) und eine Gesamtenergiedichte (40). Dieses Material hat die niedrigste maximale Betriebstemperatur von 150 Grad Celsius bzw. 310 Grad Celsius und einen Temperaturkoeffizienten von -0,12.
- Samarium-Kobalt hat mit 9.200 Oersted die zweithöchste Koerzitivfeldstärke, aber eine magnetische Flussdichte von 10.500 Gauss und eine Gesamtenergiedichte von 26. Seine maximale Betriebstemperatur ist aufgrund seiner Curie-Temperatur von 750 Grad Celsius. Sein Temperaturkoeffizient beträgt 0,04.
- Alnico ist eine Aluminium-Nickel-Kobalt-Legierung. Dieses Material hat eine magnetische Flussdichte nahe Neodym-Eisen-Bor (12.500 Gauss), aber eine magnetische Koerzitivfeldstärke von 640 Oersted und eine Gesamtenergiedichte von nur 5,5. Dieses Material hat eine höhere maximale Betriebstemperatur als Samarium-Kobalt, bei 540 Grad Celsius., sowie eine höhere Curie-Temperatur von 860 Grad Celsius und einen Temperaturkoeffizienten von 0,02.
- Keramik- und Ferritmagnete haben mit 3.900 Gauss und 3,5 viel niedrigere Flussdichten und Gesamtenergiedichten als andere Materialien, ihre magnetischen Flussdichten sind jedoch besser als die von Alnico mit 3.200 Oersted. Dieses Material hat die gleiche maximale Betriebstemperatur wie Samarium-Kobalt, aber eine viel niedrigere Curie-Temperatur von 460 Grad Celsius und einen Temperaturkoeffizienten von -0,2. Somit verlieren Magnete bei heißen Temperaturen schneller ihre magnetische Feldstärke als andere Materialien.
Schritt 3. Zählen Sie die Anzahl der Windungen in der Spule des Elektromagneten
Je mehr Windungen pro Kernlänge, desto stärker ist das Magnetfeld. Kommerzielle Elektromagnete haben einen einstellbaren Kern aus einem der oben beschriebenen magnetischen Materialien und eine große Spule darum herum. Ein einfacher Elektromagnet kann jedoch hergestellt werden, indem ein Draht um einen Nagel gewickelt und die Enden an einer 1,5-Volt-Batterie befestigt werden.
Schritt 4. Überprüfen Sie die Stromstärke, die durch die elektromagnetische Spule fließt
Wir empfehlen die Verwendung eines Multimeters. Je größer der Strom, desto stärker das erzeugte Magnetfeld.
Ampere pro Meter (A/m) ist eine weitere Einheit zur Messung der Stärke eines Magnetfelds. Diese Einheit gibt an, dass bei Erhöhung des Stroms, der Anzahl der Spulen oder beidem auch die Stärke des Magnetfelds zunimmt
Methode 2 von 3: Testen der Reichweite des Magnetfelds mit einer Büroklammer
Schritt 1. Machen Sie eine Halterung für den Stabmagneten
Aus Wäscheklammern und einem Styroporbecher können Sie einen einfachen Magnethalter herstellen. Diese Methode ist am besten geeignet, um Grundschülern Magnetfelder beizubringen.
- Kleben Sie ein langes Ende einer Wäscheleine auf den Boden der Tasse.
- Drehen Sie die Tasse mit der Wäscheleinenzange um und stellen Sie sie auf den Tisch.
- Klemmen Sie die Magnete an die Wäscheleinenzange.
Schritt 2. Biegen Sie die Büroklammer zu einem Haken
Das geht am einfachsten, indem man an der Außenkante der Büroklammer zieht. Dieser Haken wird viele Büroklammern aufhängen.
Schritt 3. Fügen Sie weitere Büroklammern hinzu, um die Stärke des Magneten zu messen
Befestigen Sie eine gebogene Büroklammer an einem der Pole des Magneten. Hakenteil sollte frei hängen. Hängen Sie die Büroklammer an den Haken. Fahren Sie fort, bis das Gewicht der Büroklammer den Haken fallen lässt.
Schritt 4. Notieren Sie die Anzahl der Büroklammern, durch die der Haken abgefallen ist
Wenn der Haken unter das Gewicht fällt, den er trägt, notieren Sie die Anzahl der Büroklammern, die am Haken hängen.
Schritt 5. Kleben Sie das Abdeckband auf den Stabmagneten
Befestigen Sie 3 kleine Streifen Kreppband am Stabmagneten und hängen Sie die Haken zurück.
Schritt 6. Fügen Sie eine Büroklammer am Haken hinzu, bis sie vom Magneten fällt
Wiederholen Sie die vorherige Büroklammermethode vom anfänglichen Büroklammerhaken, bis er schließlich vom Magneten fällt.
Schritt 7. Schreiben Sie auf, wie viele Clips es braucht, um den Haken fallen zu lassen
Stellen Sie sicher, dass Sie die Anzahl der verwendeten Streifen Kreppband und Büroklammern notieren.
Schritt 8. Wiederholen Sie den vorherigen Schritt mehrmals mit weiterem Abdeckband
Notieren Sie jedes Mal die Anzahl der Büroklammern, die benötigt werden, um vom Magneten zu fallen. Sie sollten beachten, dass jedes Mal, wenn das Band hinzugefügt wird, weniger Clip benötigt wird, um den Haken fallen zu lassen.
Methode 3 von 3: Testen eines Magnetfelds mit einem Gaussmeter
Schritt 1. Berechnen Sie die Basis- oder Anfangsspannung/-spannung
Sie können ein Gaussmeter verwenden, auch Magnetometer oder elektromagnetischer Felddetektor (EMF) genannt, bei dem es sich um ein tragbares Gerät handelt, das die Stärke und Richtung eines Magnetfelds misst. Diese Geräte sind in der Regel einfach zu kaufen und zu verwenden. Die Gaussmeter-Methode eignet sich zum Unterrichten von Magnetfeldern an Mittel- und Oberstufenschüler. So verwenden Sie es:
- Stellen Sie die maximale Spannung von 10 Volt DC (Gleichstrom) ein.
- Lesen Sie die Spannungsanzeige mit dem vom Magneten entfernten Messgerät ab. Dies ist die Basis- oder Anfangsspannung, dargestellt als V0.
Schritt 2. Berühren Sie mit dem Messgerätsensor einen der Magnetpole
In einigen Gaussmetern ist dieser als Hall-Sensor bezeichnete Sensor so konstruiert, dass er einen elektrischen Schaltungschip integriert, sodass Sie den Sensor mit einem Magnetstab berühren können.
Schritt 3. Notieren Sie die neue Spannung
Die durch V1 dargestellte Spannung erhöht oder verringert sich je nach dem Magnetstab, der den Hall-Sensor berührt. Steigt die Spannung, berührt der Sensor den Südsuchermagnetpol. Wenn die Spannung abfällt, bedeutet dies, dass der Sensor den Nordpol des Suchers berührt.
Schritt 4. Finden Sie den Unterschied zwischen der Anfangs- und der neuen Spannung
Wenn der Sensor in Millivolt kalibriert ist, dividieren Sie durch 1.000, um Millivolt in Volt umzurechnen.
Schritt 5. Teilen Sie das Ergebnis durch den Sensorempfindlichkeitswert
Wenn der Sensor beispielsweise eine Empfindlichkeit von 5 Millivolt pro Gauss hat, dividieren Sie durch 10. Der erhaltene Wert ist die Stärke des Magnetfelds in Gauss.
Schritt 6. Wiederholen Sie den Magnetfeldstärketest in verschiedenen Abständen
Platzieren Sie die Sensoren in unterschiedlichen Abständen zu den Magnetpolen und notieren Sie die Ergebnisse.
