Wie einfach, mit Standard DIY Geräte messen die Stärke des von einem Permanentmagneten erzeugten Magnetfelds?
Eingrenzen der „losen Sprache“ der oben genannten:
Stärke des Magnetfelds: entweder Flussdichte B an einem bestimmten Punkt relativ zum Magneten oder Magnetfluss Φ B über dem Bereich, der von einer Schleife aus Draht umschlossen ist – je nachdem, was einfacher zu messen ist, ist beides in Ordnung.
Standard-DIY-Ausrüstung: häufig vorkommende Haushaltsgegenstände, rudimentäre Bastelwerkzeuge. Lötwerkzeuge, Multimeter, einfache elektronische Teile oder vielleicht ein einfach herzustellender Dynamometer auf Federbasis – alles von dieser Komplexitätsklasse.
Der Messabstand ist so bemessen, dass das Feld durch einfachste Verfahren, z. Ein anderer in der Hand gehaltener Magnet übt eine wahrnehmbare Kraft aus – Abstand von höchstens 5 cm.
Die Messung muss nicht sehr genau sein – ein Fehler in der Größenordnung von 50% ist durchaus akzeptabel. Einfachheit wird Genauigkeit vorgezogen
Begründung: Ich versuche abzuschätzen, welche Spule ich benötige, um eine ausreichende Energiemenge zu erzeugen, um eine LED mit einem reibungslosen Generator basierend auf diesem Magneten zu beleuchten (Kenntnis der Bewegungsgeschwindigkeit des Magneten und der Position der Spule relativ zu den Weg des Magneten). Wenn Sie andere einfache Methoden kennen (ohne das Feld messen zu müssen), sind sie auch sehr willkommen.
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- Ein Magnetkompass schwingt, bevor er sich mit einem Magnetfeld ausrichtet. Das Quadrat der Frequenz ist proportional zur Feldstärke. Überprüfen Sie die Stärke und Neigung des Erdfelds in Ihrer Nähe und verwenden Sie die horizontale Komponente zum Kalibrieren Ihr Kompass.
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Für was es ist Wert: http://www.coolmagnetman.com/magmeter.htm – ein hausgemachtes Gerät, das auf einem Hall-Effekt-Gerät basiert – für ca. 40 USD.
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- Das ‚ ist ziemlich nett – ich ‚ Ich werde akzeptieren, wenn sich niemand etwas noch Einfacheres einfallen lässt.
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Die einfachste Methode ist, a zu setzen Magnetkompass auf einer der Symmetrieachsen des Magneten und richten Sie den Kompass und den Magneten so aus, dass das Feld des Magneten senkrecht zur Erde steht. Dann ist die Tangente des Ablenkwinkels gleich dem Verhältnis der Felder.
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- Das ‚ s geschickt, obwohl wahrscheinlich besser für schwächere Felder geeignet. Dennoch – um den absoluten Wert des Feldes aus dem Verhältnis zu kennen, sollte ich die lokale Stärke des Magnetfelds der Erde ‚ kennen. Wie würde ich vorgehen, um es zu finden?
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Der einfachste Weg, eine geeignete Spule herzustellen, ist experimentell. Schließlich möchten Sie keine Präzisionsmessung des Magneten, sondern nur die erforderliche Elektrizität für Ihre LED erzeugen, und dafür benötigen Sie keine Mathematik. Stellen Sie einfach aus einigen eine Spule her, die Ihrer Geometrie entspricht Draht mit angemessenem Widerstand. In diesem Fall würde ich schätzen, dass eine Spule mit einem Widerstand von etwa 1-10 Ohm Sie wahrscheinlich dorthin bringt. Fügen Sie Windungen hinzu und prüfen Sie, ob die LED optisch heller wird. Fügen Sie weitere hinzu, bis Sie mit dem Ergebnis zufrieden sind Eine größere Spule führt zu einem schlechteren Ergebnis. Nehmen Sie einige Umdrehungen, bis Sie zufrieden sind.
Als ich das letzte Mal so etwas gemacht habe, hat mich meine Intuition innerhalb von 10% des gewünschten Ergebnisses gebracht … ohne Berechnung. Und wie kommt man zu einer solchen Intuition? Wenn man sich ein Stück Draht schnappt und versucht, bis das, was man will, so funktioniert, wie man es will! Nach einiger Zeit werden Sie ziemlich gut darin sein, abzuschätzen, wie man mit diesen Dingen umgeht.
Nun … das ist nicht das, was ein Ingenieur tun wird, aber das ist so ziemlich das, was ein Exp. tun wird Ein experimenteller Physiker ist für eine unkritische Anwendung wie diese geeignet.
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Theoretischer Hintergrund
Wenn Es reicht aus, die Magnetstärke in relativen Einheiten zu messen – ausgedrückt als $ g $ „force“, dann ist hier eine sehr einfache Methode.
Kleben Sie kleine Magnete in eine lange gerade Linie, legen Sie sie auf einen Tisch und schieben Sie diese Linie langsam über die Tischkante nach vorne, bis bei einigen N-th die Integrität der Magnetkette bricht und zuerst N Magnete fallen aufgrund der Schwerkraft auf den Boden.
Schema:
Die Hauptgleichung, die wir hier lösen werden, ist die Tatsache, dass nahe dem „Bruchpunkt“ das Drehmoment des abfallenden COM gleich dem Drehmoment von 1 Magnetwürfel-Zugkraft ist:
Dies bedeutet, dass Sie zur Bewertung der Zugkraft des Magnetfelds in Bezug auf $ g $ nur das Minimum der erforderlichen Magnetwürfel zählen müssen fallen sie runter (Term $ N $ in Gleichung)!
Experimentelle Bewertung
Für Neodym-Magnete, d.h. „Haben wir gemessen, dass $ N = 23 $ , bedeutet dies, dass Neodym-Magnete eine gleich große Zugkraft haben zu $ 529g $ Kraft.
Gemäß dieser Spezifikation für Neodym-Magnete:
Mein vorhergesagter theoretischer Magnetstärkenfehler ist nur $ \ pm 0,2 $ %
Hoffe das hilft!