Sådan gør du det let ved hjælp af standard DIY udstyr måle styrken af magnetfeltet genereret af en permanent magnet?
Indskrænke det “løse sprog” i ovenstående:
styrke af magnetfeltet: enten fluxdensitet B på et givet punkt i forhold til magneten eller den magnetiske flux Φ B over det område, der er lukket af en løkke lavet af ledning – alt efter hvad der er lettere at måle, en af disse er fint.
standard DIY-udstyr: almindeligt forekommende husholdningsartikler, rudimentære tinkerværktøjer. Loddeværktøj, multimeter, enkle elektroniske dele eller måske et let at fremstille fjederbaseret dynamometer – hvad som helst af denne klasse af kompleksitet.
Måleafstanden er sådan, at marken let kan ses gennem de enkleste metoder, f.eks. en anden magnet, der holdes i hånden, udøver mærkbar kraft – afstand på måske højst 5 cm væk.
Målingen behøver ikke at være meget nøjagtig – fejlrækkefølge på 50% er helt acceptabel. Enkelhed foretrækkes frem for nøjagtighed .
Begrundelse: forsøger at estimere, hvilken spole jeg har brug for for at generere tilstrækkelig mængde strøm til at tænde en LED med en friktionsfri generator baseret på den magnet (kender magnetens bevægelseshastighed og spolens placering i forhold til stien til magneten). Hvis du kender andre enkle metoder til at gøre det (uden behov for at måle feltet), er de også meget velkomne.
Kommentarer
- Et magnetisk kompas svinger, inden det tilpasser sig et magnetfelt. Frekvensen af frekvensen er proportional med feltstyrken. Slå styrken og nedgangen i jordfeltet op i dit område og brug den vandrette komponent til at kalibrere dit kompas.
Svar
Til hvad det er værd: http://www.coolmagnetman.com/magmeter.htm – en hjemmelavet enhed baseret på en Hall-effekt-enhed – til omkring $ 40.
Kommentarer
- At ' er ret flot – jeg ' Jeg accepterer, hvis ingen finder på noget endnu mere simpelt.
Svar
Den nemmeste metode er at sætte en magnetisk kompas på en af magnetens symmetriakser, og orienter kompasset og magneten således, at magnetfeltet er vinkelret på jorden. Derefter er afbøjningsvinkelens tangent lig med forholdet mellem felterne.
Kommentarer
- At ' s nifty, selvom det sandsynligvis er bedre egnet til svagere felter. Stadig – for at kende feltets absolutte værdi ud fra forholdet, skal jeg kende jordens lokale styrke ' s magnetfelt. Hvordan skal jeg finde det?
Svar
Den nemmeste måde at fremstille en passende spole på er eksperimentel. Når alt kommer til alt, hvad du vil have, er ikke en præcisionsmåling af magneten, men alt hvad du ønsker er at generere den nødvendige elektricitet til din LED, og du behøver ikke nogen matematik til det. Lav bare en spole, der tilfredsstiller din geometri ud af nogle ledning med rimelig modstand. I dette tilfælde vil jeg estimere, at en spole med omkring 1-10 Ohm modstand sandsynligvis vil bringe dig der. Tilføj drejninger og se om LEDen bliver visuelt lysere. Bliv ved med at tilføje, indtil du er tilfreds med resultatet. Hvis større spole producerer et ringere resultat, tag nogle sving væk, indtil du er glad …
Sidste gang jeg gjorde noget som dette, fik min intuition mig inden for 10% af det krævede resultat … uden nogen beregning. Og hvordan får du en sådan intuition? Ved at gribe et stykke ledning og prøve, indtil det, du ønsker, fungerer som du vil have det! Efter nogen tid vil du blive ganske god til at estimere, hvordan du skal gå om disse ting.
Nu … det er ikke, hvad en ingeniør vil gøre, men det er stort set en exp erimental fysiker vil gøre for en ikke-kritisk applikation som denne.
Svar
Teoretisk baggrund
Hvis det er nok til at måle magnetstyrke i relative enheder – med hensyn til $ g $ “kraft”, så her er en meget nem metode.
Stick små magneter i en lang lige linje, læg den på et bord og skub langsomt linjen fremad over bordkanten, indtil magnetkædeintegriteten ved noget N-th brydes, og først N magneter vil falde ned til jorden på grund af tyngdekraften.
Skemaer:
Hovedligningen, som vi skal løse her, er det faktum, at nær det “brudpunkt”, er momentet for COM, der falder ned, lig med momentet på 1 magnetkubens trækkraft:
$$ NmgL = \ frac {d} {2} ma $$ , og erstatter $$ L = \ frac {dN} {2 } $$ og løsning for $ a $ giver: $$ a = N ^ 2g $$
Dette betyder, at til evaluering af magnetfeltets trækkraft i form af $ g $ skal du bare tælle minimum af magnetiske terninger, der kræves for at fald dem ned (udtryk $ N $ i ligning)!
Eksperimentel evaluering
For neodymmagneter, jeg “har målt, at $ N = 23 $ , det betyder, at neodymmagneter har trækkraft lig med til $ 529g $ kraft.
Ifølge disse fiskerimodeller af neodymmagneter:
Min forudsagte teoretiske magnetstyrkefejl er kun $ \ pm 0,2 $ %
Håber det hjælper!