Les aimants se trouvent généralement dans les moteurs, les dynamos, les réfrigérateurs, les cartes de débit et de crédit, ainsi que dans les équipements électroniques tels que les micros de guitare électrique, les haut-parleurs stéréo et les disques durs d'ordinateur. Les aimants peuvent être permanents, formés naturellement ou électromagnétiques. Un électro-aimant crée un champ magnétique lorsqu'un courant électrique traverse une bobine de fil qui s'enroule autour d'un noyau de fer. Il existe plusieurs facteurs qui affectent la force d'un champ magnétique et diverses façons de déterminer la force du champ, et les deux sont discutés dans cet article.
Étape
Méthode 1 sur 3: Détermination des facteurs affectant l'intensité du champ magnétique
Étape 1. Considérez les caractéristiques de l'aimant
Les propriétés des aimants sont décrites à l'aide des caractéristiques suivantes:
- La force du champ magnétique coercitif, abrégé en Hc. Ce symbole reflète le point de démagnétisation (perte de champ magnétique) par un autre champ magnétique. Plus le nombre est élevé, plus l'aimant est difficile à retirer.
- Densité de flux magnétique résiduel, abrégée en Br. C'est le flux magnétique maximal qu'un aimant est capable de produire.
- A la densité de flux magnétique correspond la densité d'énergie globale, abrégée en Bmax. Plus le chiffre est élevé, plus l'aimant est puissant.
- Le coefficient de température de la densité de flux magnétique résiduel, abrégé en Tcoef Br et exprimé en pourcentage de degrés Celsius, explique comment le flux magnétique diminue à mesure que la température magnétique augmente. Un Tcoef Br de 0,1 signifie que si la température de l'aimant augmente de 100 degrés Celsius, le flux magnétique diminue de 10 %.
- La température de fonctionnement maximale (en abrégé Tmax) est la température la plus élevée qu'un aimant peut fonctionner sans perdre son intensité de champ. Une fois que la température de l'aimant tombe en dessous de Tmax, l'aimant récupère sa pleine intensité de champ magnétique. S'il est chauffé au-delà de Tmax, l'aimant perdra une partie de son champ de façon permanente une fois refroidi à la température de fonctionnement normale. Cependant, s'il est chauffé à la température de Curie (en abrégé Tcurie), l'aimant perdra sa puissance magnétique.
Étape 2. Identifiez les matériaux pour fabriquer des aimants permanents
Les aimants permanents sont généralement constitués de l'un des matériaux suivants:
- Néodyme fer bore. Ce matériau a une densité de flux magnétique (12 800 gauss), une intensité de champ magnétique coercitif (12 300 oersted) et une densité d'énergie globale (40). Ce matériau a la température de fonctionnement maximale la plus basse de 150 degrés Celsius et 310 degrés Celsius respectivement, et un coefficient de température de -0,12.
- Le cobalt samarium a la deuxième force de champ coercitif la plus élevée, à 9 200 oersted, mais une densité de flux magnétique de 10 500 gauss et une densité d'énergie globale de 26. Sa température de fonctionnement maximale est beaucoup plus élevée que celle du néodyme fer bore à 300 degrés Celsius en raison de son Température de Curie de 750 degrés Celsius. Son coefficient de température est de 0,04.
- L'alnico est un alliage aluminium-nickel-cobalt. Ce matériau a une densité de flux magnétique proche du néodyme fer bore (12 500 gauss), mais une force de champ magnétique coercitif de 640 oersted et une densité énergétique globale de seulement 5,5. Ce matériau a une température de fonctionnement maximale plus élevée que le samarium cobalt, à 540 degrés. Celsius., ainsi qu'une température de Curie plus élevée de 860 degrés Celsius et un coefficient de température de 0,02.
- Les aimants en céramique et en ferrite ont des densités de flux et des densités d'énergie globales beaucoup plus faibles que les autres matériaux, à 3 900 gauss et 3,5. Cependant, leurs densités de flux magnétique sont meilleures que celles de l'alnico, qui est de 3 200 oersted. Ce matériau a la même température de fonctionnement maximale que le cobalt samarium, mais une température de Curie beaucoup plus basse de 460 degrés Celsius et un coefficient de température de -0,2. Ainsi, les aimants perdent leur intensité de champ magnétique plus rapidement à des températures élevées que les autres matériaux.
Étape 3. Comptez le nombre de tours dans la bobine de l'électro-aimant
Plus il y a de tours par longueur de noyau, plus la force du champ magnétique est grande. Les électro-aimants commerciaux ont un noyau réglable de l'un des matériaux magnétiques décrits ci-dessus et une grande bobine autour de celui-ci. Cependant, un simple électro-aimant peut être fabriqué en enroulant un fil autour d'un clou et en attachant les extrémités à une batterie de 1,5 volts.
Étape 4. Vérifiez la quantité de courant circulant dans la bobine électromagnétique
Nous vous recommandons d'utiliser un multimètre. Plus le courant est élevé, plus le champ magnétique produit est fort.
L'ampère par mètre (A/m) est une autre unité utilisée pour mesurer la force d'un champ magnétique. Cette unité indique que si le courant, le nombre de bobines ou les deux sont augmentés, la force du champ magnétique augmente également
Méthode 2 sur 3: Test de la portée du champ magnétique avec un trombone
Étape 1. Fabriquez un support pour la barre magnétique
Vous pouvez fabriquer un simple support magnétique à l'aide de pinces à linge et d'un gobelet en polystyrène. Cette méthode est la plus appropriée pour enseigner les champs magnétiques aux élèves du primaire.
- Collez une longue extrémité d'une corde à linge au fond de la tasse.
- Renversez la tasse avec les pinces à linge dessus et placez-la sur la table.
- Fixez les aimants aux pinces de la corde à linge.
Étape 2. Pliez le trombone dans un crochet
La façon la plus simple de le faire est de tirer sur le bord extérieur du trombone. Ce crochet accrochera beaucoup de trombones.
Étape 3. Continuez à ajouter des trombones pour mesurer la force de l'aimant
Attachez un trombone plié à l'un des pôles de l'aimant. la partie du crochet doit pendre librement. Accrochez le trombone au crochet. Continuez jusqu'à ce que le poids du trombone laisse tomber le crochet.
Étape 4. Notez le nombre de trombones qui ont fait tomber le crochet
Lorsque le crochet tombe sous le poids qu'il porte, notez le nombre de trombones accrochés au crochet.
Étape 5. Collez le ruban de masquage sur la barre magnétique
Attachez 3 petites bandes de ruban adhésif à la barre aimantée et accrochez les crochets.
Étape 6. Ajoutez un trombone sur le crochet jusqu'à ce qu'il tombe de l'aimant
Répétez la méthode du trombone précédente à partir du crochet initial du trombone, jusqu'à ce qu'il tombe enfin de l'aimant.
Étape 7. Notez le nombre de clips nécessaires pour lâcher le crochet
Assurez-vous d'enregistrer le nombre de bandes de ruban adhésif et de trombones utilisés.
Étape 8. Répétez l'étape précédente plusieurs fois avec plus de ruban de masquage
À chaque fois, notez le nombre de trombones nécessaires pour tomber de l'aimant. Vous devriez remarquer qu'à chaque fois que la bande est ajoutée, moins de clip est nécessaire pour laisser tomber le crochet.
Méthode 3 sur 3: Test d'un champ magnétique avec un gaussmètre
Étape 1. Calculez la base ou la tension/tension initiale
Vous pouvez utiliser un gaussmètre, également appelé magnétomètre ou détecteur de champ électromagnétique (CEM), qui est un appareil portable qui mesure la force et la direction d'un champ magnétique. Ces appareils sont généralement faciles à acheter et à utiliser. La méthode du gaussmètre convient à l'enseignement des champs magnétiques aux collégiens et lycéens. Voici comment l'utiliser:
- Réglez la tension maximale de 10 volts DC (courant continu).
- Lisez l'affichage de la tension avec le compteur éloigné de l'aimant. Il s'agit de la tension de base ou initiale, représentée par V0.
Étape 2. Touchez le capteur du compteur à l'un des pôles magnétiques
Dans certains gaussmètres, ce capteur, appelé capteur Hall, est conçu pour intégrer une puce de circuit électrique afin que vous puissiez toucher une barre magnétique au capteur.
Étape 3. Enregistrez la nouvelle tension
La tension représentée par V1 augmentera ou diminuera, en fonction de la barre magnétique qui touche le capteur Hall. Si la tension augmente, le capteur touche le pôle magnétique du chercheur sud. Si la tension chute, cela signifie que le capteur touche le pôle magnétique du chercheur du nord.
Étape 4. Trouvez la différence entre la tension initiale et la nouvelle tension
Si le capteur est calibré en millivolts, divisez par 1 000 pour convertir les millivolts en volts.
Étape 5. Divisez le résultat par la valeur de sensibilité du capteur
Par exemple, si le capteur a une sensibilité de 5 millivolts par gauss, divisez par 10. La valeur obtenue est l'intensité du champ magnétique en gauss.
Étape 6. Répétez le test d'intensité du champ magnétique à différentes distances
Placez les capteurs à différentes distances des pôles magnétiques et enregistrez les résultats.
