Линии магнитного поля это – Из чего состоят силовые линии магнитного поля? | «По жизни с паяльником…» Всё для радиолюбителя

Магнитное поле. Линии

Магнитные свойства вещества известны людям давно. Магниты получили своё название от античного города Магнесия: в его окрестностях был распространён минерал (названный впоследствии магнитным железняком или магнетитом), куски которого притягивали железные предметы.

3.17.1Взаимодействие магнитов

На двух сторонах каждого магнита расположены северный полюс и южный полюс. Два магнита притягиваются друг к другу разноимёнными полюсами и отталкиваются одноимёнными. Магниты могут действовать друг на друга даже сквозь вакуум! Всё это напоминает взаимодействие электрических зарядов, однако взаимодействие магнитов не является электрическим. Об этом свидетельствуют следующие опытные факты.

Магнитная сила ослабевает при нагревании магнита. Сила же взаимодействия точечных зарядов не зависит от их температуры.

Магнитная сила ослабевает, если трясти магнит. Ничего подобного с электрически заряженными телами не происходит.

Положительные электрические заряды можно отделить от отрицательных (например, при электризации тел). А вот разделить полюса магнита не получается: если разрезать магнит на две части, то в месте разреза также возникают полюса, и магнит распадается на два магнита с разноимёнными полюсами на концах (ориентированных точно так же, как и полюса исходного магнита).

Таким образом, магниты всегда двухполюсные, они существуют только в виде диполей. Изолированных магнитных полюсов (так называемых магнитных монополей аналогов электрического заряда) в природе не существует (во всяком случае, экспериментально они пока не обнаружены). Это, пожалуй, самая впечатляющая асимметрия между электричеством и магнетизмом.

Как и электрически заряженные тела, магниты действуют на электрические заряды. Однако магнит действует только на движущийся заряд; если заряд покоится относительно магнита, то действия магнитной силы на заряд не наблюдается. Напротив, наэлектризованное тело действует на любой заряд, вне зависимости от того, покоится он или движется.

По современным представлениям теории близкодействия, взаимодействие магнитов осуществляется посредством магнитного поля. А именно, магнит создаёт в окружающем пространстве магнитное поле, которое действует на другой магнит и вызывает видимое притяжение или отталкивание этих магнитов.

Примером магнита служит магнитная стрелка компаса. С помощью магнитной стрелки можно судить о наличии магнитного поля в данной области пространства, а также о направлении поля.

Наша планета Земля является гигантским магнитом. Неподалёку от северного географического полюса Земли расположен южный магнитный полюс. Поэтому северный конец стрелки компаса, поворачиваясь к южному магнитному полюсу Земли, указывает на географический север. Отсюда, собственно, и возникло название ¾северный полюс¿ магнита.

studfiles.net

Магнитное поле. Линии

Магнитные свойства вещества известны людям давно. Магниты получили своё название от античного города Магнесия: в его окрестностях был распространён минерал (названный впоследствии магнитным железняком или магнетитом), куски которого притягивали железные предметы.

17.1Взаимодействие магнитов

На двух сторонах каждого магнита расположены северный полюс и южный полюс. Два магнита притягиваются друг к другу разноимёнными полюсами и отталкиваются одноимёнными. Магниты могут действовать друг на друга даже сквозь вакуум! Всё это напоминает взаимодействие электрических зарядов, однако взаимодействие магнитов не является электрическим. Об этом свидетельствуют следующие опытные факты.

Магнитная сила ослабевает при нагревании магнита. Сила же взаимодействия точечных зарядов не зависит от их температуры.

Магнитная сила ослабевает, если трясти магнит. Ничего подобного с электрически заряженными телами не происходит.

Положительные электрические заряды можно отделить от отрицательных (например, при электризации тел). А вот разделить полюса магнита не получается: если разрезать магнит на две части, то в месте разреза также возникают полюса, и магнит распадается на два магнита с разноимёнными полюсами на концах (ориентированных точно так же, как и полюса исходного магнита).

Таким образом, магниты всегда двухполюсные, они существуют только в виде диполей. Изолированных магнитных полюсов (так называемых магнитных монополей аналогов электрического заряда) в природе не существует (во всяком случае, экспериментально они пока не обнаружены). Это, пожалуй, самая впечатляющая асимметрия между электричеством и магнетизмом.

Как и электрически заряженные тела, магниты действуют на электрические заряды. Однако магнит действует только на движущийся заряд; если заряд покоится относительно магнита, то действия магнитной силы на заряд не наблюдается. Напротив, наэлектризованное тело действует на любой заряд, вне зависимости от того, покоится он или движется.

По современным представлениям теории близкодействия, взаимодействие магнитов осуществляется посредством магнитного поля. А именно, магнит создаёт в окружающем пространстве магнитное поле, которое действует на другой магнит и вызывает видимое притяжение или отталкивание этих магнитов.

Примером магнита служит магнитная стрелка компаса. С помощью магнитной стрелки можно судить о наличии магнитного поля в данной области пространства, а также о направлении поля.

Наша планета Земля является гигантским магнитом. Неподалёку от северного географического полюса Земли расположен южный магнитный полюс. Поэтому северный конец стрелки компаса, поворачиваясь к южному магнитному полюсу Земли, указывает на географический север. Отсюда, собственно, и возникло название ¾северный полюс¿ магнита.

studfiles.net

The magnetic field of direct current. Magnetic lines

The existence of a magnetic field around wire with an electric current can be detected different ways. One such method is to use a small iron filings.

In a magnetic field, dust — small pieces of iron — and become magnetized magnetic arrows. The axis of each of the arrows in a magnetic field is established in the direction of the magnetic field strength.

On the image 278 It shows a picture of the magnetic field of direct current-carrying conductor. For such a picture straight wire is passed through the sheet of cardboard. On board sprinkled a thin layer of iron filings, They include current, sawdust and lightly shaken. Under the influence of the magnetic field of the current iron filings are placed around the conductor is not randomly, as concentric circles.

lines, along which are placed in a magnetic field axis of the small magnetic arrows, called magnetic lines of the magnetic field. chain, which form a magnetic field in the iron filings, show the shape of the magnetic lines of the magnetic field. Magnetic lines of the magnetic field current are closed curves, covering conductor.

With the help of the magnetic lines of the magnetic fields is convenient to represent graphically. Since the magnetic field exists in all the points of space, surrounding the conductor with a current, through any point, you can hold a magnetic line, but, to cover the current-carrying conductor.

On the image 219, and shows the location of the magnetic arrows around the current-carrying conductor. (The conductor is perpendicular to the drawing plane, Current it is directed away from us, that conventionally designated by a circle with a cross.) The axes of these arrows are installed along the magnetic lines of the magnetic field of direct current. If you change the direction of the current in the conductor, all the magnetic arrows rotated 180 ° (rice. 279,6; in this case the current in the conductor sent to us, that conditionally designated circle with the point). From this experience, we can conclude, that the direction of magnetic field lines of the magnetic current is associated with the direction of the current in a conductor.

questions. 1. Why iron filings can be used to study the magnetic field? 2. Like iron filings placed in a magnetic field is a direct tone? 3. What is called the magnetic lines of the magnetic field? 4. Why introduce the concept of magnetic field lines? 5. As the experience show, that the direction of magnetic field lines due to the current direction?

Поделиться ссылкой:

Liked this:

Like Loading…

Похожее

tehnar.net.ua

Что такое силовые линии магнитного поля

Дата публикации


Без сомнения, силовые линии магнитного поля сейчас известны всем. По крайней мере, еще в школе их проявление демонстрируют на уроках физики. Помните, как учитель под листом бумаги размещал постоянный магнит (или даже два, комбинируя ориентированность их полюсов), а сверху него насыпал металлические опилки, взятые в кабинете трудового обучения? Вполне понятно, что металл должен был удерживаться на листе, однако наблюдалось нечто странное – четко прослеживались линии, вдоль которых выстраивались опилки. Заметьте – не равномерно, а полосами. Это и есть силовые линии магнитного поля. Вернее, их проявление. Что же происходило тогда и как можно объяснить?

Начнем издалека. Вместе с нами в физическом мире видимом сосуществует особый вид материи – магнитное поле. Оно обеспечивает взаимодействие движущихся элементарных частиц или более крупных тел, обладающих электрическим зарядом или естественным магнитным моментом. Электрические и магнитные явления не только взаимосвязаны друг с другом, но и часто порождают сами себя. К примеру, провод, по которому протекает электрический ток, создает вокруг себя линии магнитного поля. Верно и обратное: воздействие переменных магнитных полей на замкнутый проводящий контур создает в нем движение носителей заряда. Последнее свойство применяется в генераторах, поставляющих электрическую энергию всем потребителям. Яркий пример электромагнитных полей – свет.

Силовые линии магнитного поля вокруг проводника вращаются или, что также верно, характеризуются направленным вектором магнитной индукции. Направление вращения определяют по правилу буравчика. Указываемые линии – условность, так как поле распространяется равномерно во все стороны. Все дело в том, что оно может быть представлено в виде бесконечного количества линий, некоторые из которых обладают более ярко выраженной напряженностью. Именно поэтому в опыте с магнитом и опилками четко прослеживаются некие «линии». Что интересно, силовые линии магнитного поля никогда не прерываются, поэтому нельзя однозначно сказать, где начало, а где конец.

В случае постоянного магнита (или подобного ему электромагнита), всегда есть два полюса, получившие условные названия Северного и Южного. Упомянутые линии в этом случае – это кольца и овалы, соединяющие оба полюса. Иногда это описывается с точки зрения взаимодействующих монополей, однако тогда возникает противоречие, согласно которому нельзя разделить монополя. То есть любая попытка деления магнита приведет к появлению нескольких двухполюсных частей.

Огромный интерес представляют свойства силовых линий. О непрерывности мы уже говорили, однако практический интерес представляет способность создавать в проводнике электродвижущую силу (ЭДС), следствием которой является электрический ток. Смысл этого заключается в следующем: если проводящий контур пересекают линии напряженности магнитного поля (или сам проводник движется в магнитном поле), то электронам на внешних орбитах атомов материала сообщается дополнительная энергия, позволяющая им начинать самостоятельное направленное движение. Можно сказать, что магнитное поле словно «выбивает» заряженные частицы из кристаллической решетки. Данное явление получило название электромагнитной индукции и в настоящий момент является основным способом получения первичной электрической энергии. Оно было открыто опытным путем в 1831 году английским физиком Майклом Фарадеем.

Изучение магнитных полей началось еще в 1269 году, когда П. Перегрин обнаружил взаимодействие шарообразного магнита со стальными иглами. Почти через 300 лет У. Г. Колчестер предположил, что Земной шар сам является огромным магнитом, обладающим двумя полюсами. Далее магнитные явления изучали такие известные ученые, как Лоренц, Максвелл, Ампер, Эйнштейн и пр.



Опубликовано в Образование и наука

Добавить комментарий

www.vigivanie.com

Магнитное поле. Линии

Магнитные свойства вещества известны людям давно. Магниты получили своё название от античного города Магнесия: в его окрестностях был распространён минерал (названный впоследствии магнитным железняком или магнетитом), куски которого притягивали железные предметы.

3.17.1Взаимодействие магнитов

На двух сторонах каждого магнита расположены северный полюс и южный полюс. Два магнита притягиваются друг к другу разноимёнными полюсами и отталкиваются одноимёнными. Магниты могут действовать друг на друга даже сквозь вакуум! Всё это напоминает взаимодействие электрических зарядов, однако взаимодействие магнитов не является электрическим. Об этом свидетельствуют следующие опытные факты.

Магнитная сила ослабевает при нагревании магнита. Сила же взаимодействия точечных зарядов не зависит от их температуры.

Магнитная сила ослабевает, если трясти магнит. Ничего подобного с электрически заряженными телами не происходит.

Положительные электрические заряды можно отделить от отрицательных (например, при электризации тел). А вот разделить полюса магнита не получается: если разрезать магнит на две части, то в месте разреза также возникают полюса, и магнит распадается на два магнита с разноимёнными полюсами на концах (ориентированных точно так же, как и полюса исходного магнита).

Таким образом, магниты всегда двухполюсные, они существуют только в виде диполей. Изолированных магнитных полюсов (так называемых магнитных монополей аналогов электрического заряда) в природе не существует (во всяком случае, экспериментально они пока не обнаружены). Это, пожалуй, самая впечатляющая асимметрия между электричеством и магнетизмом.

Как и электрически заряженные тела, магниты действуют на электрические заряды. Однако магнит действует только на движущийся заряд; если заряд покоится относительно магнита, то действия магнитной силы на заряд не наблюдается. Напротив, наэлектризованное тело действует на любой заряд, вне зависимости от того, покоится он или движется.

По современным представлениям теории близкодействия, взаимодействие магнитов осуществляется посредством магнитного поля. А именно, магнит создаёт в окружающем пространстве магнитное поле, которое действует на другой магнит и вызывает видимое притяжение или отталкивание этих магнитов.

Примером магнита служит магнитная стрелка компаса. С помощью магнитной стрелки можно судить о наличии магнитного поля в данной области пространства, а также о направлении поля.

Наша планета Земля является гигантским магнитом. Неподалёку от северного географического полюса Земли расположен южный магнитный полюс. Поэтому северный конец стрелки компаса, поворачиваясь к южному магнитному полюсу Земли, указывает на географический север. Отсюда, собственно, и возникло название ¾северный полюс¿ магнита.

studfiles.net

Линии магнитного поля

В § 17 мы познакомились с очень удобным и наглядным способом графического изображения электрического поля при помощи линий электрического поля. Этот же прием мы можем применять и к магнитному полю.

Как и в случае электрического поля, мы будем называть линиями магнитного поля линии, проведенные так, что касательные к ним в каждой точке указывают направление поля в этой точке (рис. 213). Иными словами, если мы представим себе, что в какой-нибудь точке магнитного поля находится свободная маленькая магнитная стрелка, то под действием поля она расположится по направлению касательной к линии поля в этой точке, причем ее северный конец укажет нам направление линии магнитного поля.


Рис. 213. Построение линий магнитного поля

Существует очень простой способ получения картин линий различных магнитных полей. Он аналогичен способу, которым мы получали картины линий электрических полей (§ 17). Положим на магнит лист гладкого картона или кусок стекла, насыпем на этот картон или стекло немного железных опилок и слегка встряхнем его, чтобы облегчить движение отдельных частиц этих опилок. Опилки расположатся в виде цепочек. Эти цепочки и показывают форму линий поля. Действительно, в поле магнита каждый кусочек железа намагничивается, превращается в маленькую магнитную стрелку и устанавливается по направлению магнитной индукции поля в соответствующей точке. На рис. 214 изображены полученные этаким способом картины линий поля в различных магнитных полях. Мы видим, какое ясное качественное представление о магнитном поле дают эти картины. Совершенно так же, как и для электрического поля, мы можем при помощи линий поля изображать не только направление магнитного поля, но и характеризовать модуль магнитной индукции поля. Для этого также условимся чертить линии поля с таким расчетом, чтобы их густота, т. е. число линий, проходящих через единицу площади, давала модуль магнитной индукции магнитного поля. Таким образом, мы будем получать «магнитные карты», способ построения и употребления которых аналогичен «электрическим картам» (§ 18). Однако по своему виду магнитные карты будут отличаться от электрических карт. Главное отличие магнитного поля то, что линии его всегда оказываются замкнутыми, как это видно из рис. 214.


Рис. 214. Картины линий магнитных полей, полученные при помощи железных опилок: а) магнитное поле вокруг проводника, по которому идет электрический ток; б) магнитное поле подковообразного магнита

sfiz.ru

Силовые линии магнитного поля

Спорт Силовые линии магнитного поля

просмотров — 186

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ. ОСНОВЫ ФЕРРОЗОНДОВОГО КОНТРОЛЯ

Мы живем в магнитном поле земли. проявлением магнитного поля является то, чтострелка магнитного компаса постоянно показывает направление на север. тот же результат можно получить, располагая стрелку магнитного компаса между полюсами постоянного магнита (рисунок 34).

Рисунок 34 — Ориентация магнитной стрелки около полюсов магнита

Обычно один из полюсов магнита (южный) обозначают буквой S, другой — (северный) — буквой N. На рисунке 34 изображены два положения магнитной стрелки. В каждом положении разноименные полюса стрелки и магнита притягиваются. По этой причине направление стрелки компаса изменилось, как только мы ее сдвинули из положения 1 в положение 2. Причиной притяжения к магниту и поворота стрелки является магнитное поле. Поворот стрелки при ее смещении вверх и вправо показывает, что направление магнитного поля в разных точках пространства не остается неизменным.

На рисунке 35 показан результат опыта с магнитным порошком, насыпанным на лист плотной бумаги, который расположен над полюсами магнита. Видно, что частицы порошка образуют линии.

Частицы порошка, попадая в магнитное поле, намагничиваются. У каждой частицы появляются северный и южный полюсы. Расположенные рядом частицы порошка не только поворачиваются в поле магнита͵ но и прилипают друг к другу, выстраиваясь в линии. Эти линии принято называть силовыми линиями магнитного поля.

Рисунок 35 Расположение частиц магнитного порошка на листе бумаги, расположенном над полюсами магнита

Помещая магнитную стрелку вблизи такой линии, можно заметить, что стрелка располагается по касательной. Цифрами 1, 2, 3 на рисунке 35 показана ориентация магнитной стрелки в соответствующих точках. Вблизи полюсов плотность магнитного порошка больше, чем в других точках листа. Это означает, что величина магнитного поля там имеет максимальное значение. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, магнитное поле в каждой точке определяется значением величины, характеризующей магнитное поле, и ее направлением. Такие величины принято называть векторами.

Расположим стальную деталь между полюсами магнита (рисунок 36). Направление силовых линий в детали показано стрелками. В детали также возникнут силовые линии магнитного поля, только их будет намного больше, чем в воздухе.

Рисунок 36 Намагничивание детали простой формы

Дело в том, что стальная деталь содержит желœезо, состоящее из микромагнитов, которые называются доменами. Приложение к детали намагничивающего поля приводит к тому, что они начинают ориентироваться в направлении этого поля и усиливают его во много раз. Видно, что силовые линии в детали параллельны друг другу, при этом магнитное поле постоянно. Магнитное поле, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ характеризуется прямыми параллельными силовыми линиями, проведенными с одинаковой плотностью, принято называть однородным.

10.2 Магнитные величины

Важнейшей физической величиной, характеризующей магнитное поле, является вектор магнитной индукции, который принято обозначать В. Для каждой физической величины принято указывать ее размерность. Так, единицей силы тока является Ампер (А), единицей магнитной индукции — Тесла (Тл). Магнитная индукция в намагниченных деталях обычно лежит в интервале от 0,1 до 2,0 Тл.

Магнитная стрелка, помещенная в однородное магнитное поле, будет поворачиваться. Момент сил, поворачивающий ее вокруг оси, пропорционален магнитной индукции. Магнитная индукция характеризует также степень намагниченности материала. Силовые линии, показанные на рисунках 34, 35, характеризуют изменение магнитной индукции в воздухе и материале (детали).

Магнитная индукция определяет магнитное поле в каждой точке пространства. Для того, чтобы характеризовать магнитное поле на какой–то поверхности (к примеру, в плоскости поперечного сечения детали), используется еще одна физическая величина, которая принято называть магнитным потоком и обозначается Φ.

Пусть однородно намагниченная деталь (рисунок 36) характеризуется значением магнитной индукции В, площадь поперечного сечения детали равна S, тогда магнитный поток определяется по формуле:

Φ = BS. (10.1)

Единица магнитного потока — Вебер (Вб).

Рассмотрим пример. Магнитная индукция в детали равна 0,2 Тл, площадь поперечного сечения — 0,01 м2. Тогда магнитный поток равен 0,002 Вб.

Поместим длинный цилиндрический желœезный стержень в однородное магнитное поле. Пусть ось симметрии стержня совпадает с направлением силовых линий. Тогда стержень будет почти везде намагничен однородно. Магнитная индукция в стержне будет много больше, чем в воздухе. Отношение магнитной индукции в материале Bмк магнитной индукции в воздухе Ввпринято называть магнитной проницаемостью:

μ=Bм / Bв. (10.2)

Магнитная проницаемость является безразмерной величиной. Для различных марок стали магнитная проницаемость лежит в интервале от 200 до 5 000.

Магнитная индукция зависит от свойств материала, что затрудняет технические расчеты магнитных процессов. По этой причине была введена вспомогательная величина, которая не зависит от магнитных свойств материала. Она принято называть вектором напряженности магнитного поля и обозначается H. Единица напряженности магнитного поля — Ампер/метр (А/м). При неразрушающем магнитном контроле деталей напряженность магнитного поля изменяется от 100 до 100 000 А/м.

Между магнитной индукцией В в и напряженностью магнитного поля Н в воздухе существует простая зависимость:

В в0H, (10.3)

где μ0 = 4π 10 –7 Генри/метр — магнитная постоянная.

Напряженность магнитного поля и магнитная индукция в материале связаны между собой соотношением:

B=μμ0H (10.4)

Напряженность магнитного поля Н — вектор. При феррозондовом контроле требуется определять составляющие этого вектора на поверхности детали. Эти составляющие можно определить, пользуясь рисунком 37. Здесь поверхность детали принята за плоскость xy, ось z перпендикулярна этой плоскости.

На рисунке 1.4 из вершины вектора H опущен перпендикуляр на плоскость x,y. В точку пересечения перпендикуляра и плоскости из начала координат проведен вектор Hкоторый принято называть тангенциальной составляющей напряженности магнитного поля вектора H. Опустив перпендикуляры из вершины вектора Hна оси x и y, определим проекции Hxи Hyвектора H. Проекция H на ось z принято называть нормальной составляющей напряженности магнитного поля Hn. При магнитном контроле чаще всœего измеряют тангенциальную и нормальную составляющие напряженности магнитного поля.

Рисунок 37 Вектор напряженности магнитного поля и его проекции на поверхности детали

10.3 Кривая намагничивания и петля гистерезиса

Рассмотрим изменение магнитной индукции первоначально размагниченного ферромагнитного материала при постепенном возрастании напряженности внешнего магнитного поля. График, отражающий эту зависимость, показан на рисунке 38 и принято называть кривой начального намагничивания. В области слабых магнитных полей наклон этой кривой сравнительно невелик, а затем он начинает возрастать, достигая максимального значения. При еще больших значениях напряженности магнитного поля наклон уменьшается так, что изменение магнитной индукции с ростом поля становится незначительным — происходит магнитное насыщение, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ характеризуется величиной BS. На рисунке 39 показана зависимость магнитной проницаемости от напряженности магнитного поля. Для этой зависимости характерны две величины: начальная μн и максимальная μм магнитная проницаемость. В области сильных магнитных полей проницаемость падает с ростом поля. При дальнейшем увеличении внешнего магнитного поля намагниченность образца практически не изменяется, а магнитная индукция растёт только за счёт внешнего поля.

Рисунок 38 Кривая первоначального намагничивания

Рисунок 39 Зависимость проницаемости от напряженности магнитного поля

Магнитнаяиндукция насыщения BSзависитв основномот химического состава материала и для конструкционных и электротехнических сталей составляет 1,6—2,1 Тл. Магнитная проницаемость зависит не только от химического состава, но и от термической и механической обработки.

.

Рисунок 40 Предельная (1) и частная (2) петли гистерезиса

По величинœе коэрцитивной силы магнитные материалы разделяют на магнитомягкие (Hc < 5 000 А/м) и магнитотвердые (Hc > 5 000 А/м).

Для магнитомягких материалов требуются сравнительно малые поля для получения насыщения. Магнитотвердые материалы трудно намагнитить и перемагнитить.

Большинство конструкционных сталей являются магнитомягкими материалами. Для электротехнической стали и специальных сплавов коэрцитивная силасоставляет 1—100 А/м, для конструкционных сталей — не более 5 000 А/м. В приставных устройствах с постоянными магнитами используются магнитотвердые материалы.

При перемагничивании материал вновь насыщается, но значение индукции имеет другой знак (–BS), соответствующий отрицательной напряженности магнитного поля. При последующем увеличении напряженности магнитного поля в сторону положительных значений индукция будет изменяться по другой кривой, называемой восходящей ветвью петли. Обе ветви: нисходящая и восходящая, образуют замкнутую кривую, называемую предельной петлей магнитногогистерезиса. Предельная петля имеет симметричную форму и соответствует максимальному значению магнитной индукции равному BS. При симметричном изменении напряженности магнитного поля в меньших пределах индукция будет изменяться по новой петле. Эта петля полностью располагается внутри предельной и принято называть симметричной частной петлей (рисунок 40).

Параметры предельной петли магнитного гистерезиса играют важную роль при феррозондовом контроле. При высоких значениях остаточной индукции и коэрцитивной силы возможно проведение контроля путем предварительного намагничивания материала детали до насыщения с последующим отключением источника поля. Намагниченность детали будет достаточной для выявления дефектов.

Вместе с тем явление гистерезиса приводит к крайне важности контроля магнитного состояния. При отсутствии размагничивания материал детали может оказаться в состоянии, соответствующем индукции –Br. Тогда, включив магнитное поле положительной полярности, к примеру, равное Hc, можно даже размагнитить деталь, хотя предполагается, что мы ее намагничиваем.

Важное значение имеет также магнитная проницаемость. Чем больше μ, тем меньше требуемое значение напряженности магнитного поля для намагничивания детали. По этой причине технические параметры намагничивающего устройства должны быть согласованы с магнитными параметрами объекта контроля.

10.4 Магнитное поле рассеяния дефектов

Магнитное поле дефектной детали имеет свои особенности. Возьмем намагниченное стальное кольцо (деталь) с узкой щелью. Эту щель можно рассматривать как дефект детали. В случае если накрыть кольцо листом бумаги с насыпанным магнитным порошком, можно увидеть картину, сходную с приведенной на рисунке 35. Лист бумаги расположен вне кольца, а между тем частицы порошка выстраиваются вдоль определœенных линий. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, силовые линии магнитного поля частично проходят вне детали, обтекая дефект. Эта часть магнитного поля принято называть полем рассеяния дефекта.

На рисунке 41 показана длинная трещина в детали, расположенная перпендикулярно силовым линиям магнитного поля, и картина силовых линий вблизи дефекта.

Рисунок 41 Обтекание силовыми линиями поверхностной трещины

Видно, что силовые линии магнитного поля обтекают трещину внутри детали и вне ее. Формирование магнитного поля рассеяния подповерхностным дефектом можно пояснить с помощью рисунка 42, где изображен участок намагниченной детали. Силовые линии магнитной индукции относятся к одному из трех участков поперечного сечения: над дефектом, в зоне дефекта и под дефектом. Произведение магнитной индукции на площадь поперечного сечения определяет магнитный поток. Составляющие полного магнитного потока на этих участках обозначены как Φ1,.., Часть магнитного потока Ф2, будет перетекать выше и ниже сечения S2. По этой причине магнитные потоки в сечениях S1 и S3 будут больше, чем у бездефектной детали. То же самое можно сказать и о магнитной индукции. Другой важной особенностью силовых линий магнитной индукции является их искривление над и под дефектом. В результате часть силовых линий выходит из детали, создавая магнитное поле рассеяния дефекта.

3.

Рисунок 42 Поле рассеяния подповерхностного дефекта

Количественно магнитное поле рассеяния можно оценить по магнитному потоку, выходящему из детали, который называют потоком рассеяния. Магнитный поток рассеяния тем больше, чем больше магнитный поток Φ2 в сечении S2. Площадь поперечного сечения S2пропорциональна косинусу угла , показанному на рисунке 42. При  = 90° эта площадь равна нулю, при =0° она имеет наибольшее значение.

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, для выявления дефектов крайне важно, чтобы силовые линии магнитной индукции в зоне контроля детали были бы перпендикулярны плоскости предполагаемого дефекта.

Распределœение магнитного потока по сечению дефектной детали аналогично распределœению потока воды в русле с преградой. Высота волны в зоне полностью погруженной преграды будет тем больше, чем ближе гребень преграды к поверхности воды. Аналогично этому подповерхностный дефект детали тем легче обнаружить, чем меньше глубина его залегания.

10.5 Обнаружение дефектов

Для обнаружения дефектов требуется прибор, позволяющий определить характеристики поля рассеяния дефекта. Это магнитное поле можно определить по составляющим Нх, Ну , Нz.

При этом поля рассеяния бывают вызваны не только дефектом, но и другими факторами: структурной неоднородностью металла, резким изменением сечения (в деталях сложной формы), механической обработкой, ударами, шероховатостью поверхности и т. д. По этой причине анализ зависимости даже одной проекции (к примеру, Hz) от пространственной координаты (x или y) может оказаться непростой задачей.

Рассмотрим магнитное поле рассеяния вблизи дефекта (рисунок 43). Здесь показана идеализированная бесконечно длинная трещина с ровными краями. Она вытянута вдоль оси y, которая направлена на рисунке к нам. Цифрами 1, 2, 3, 4 показано как меняется величина и направление вектора напряженности магнитного поля при приближении к трещинœе слева.

Рисунок 43 Магнитное поле рассеяния вблизи дефекта

Измерение магнитного поля происходит на некотором расстоянии от поверхности детали. Траектория, по которой проводятся измерения, изображена пунктиром. Величины и направления векторов справа от трещины можно построить аналогичным образом (или воспользоваться симметрией рисунка). Правее картины поля рассеяния показан пример пространственного положения вектора H и двух его составляющих Hx и Hz. Графики зависимостей проекций Hxи Hz поля рассеяния от координаты x показаны ниже.

Казалось бы, отыскивая экстремум Hx или ноль Hz, можно найти дефект. Но как уже отмечалось выше, поля рассеяния образуются не только от дефектов, но и от структурных неоднородностей металла, от следов механических воздействий и т. д.

Рассмотрим упрощенную картину формирования полей рассеяния на простой детали (рисунок 44) похожей на ту, что была изображена на рисунке 41, и графики зависимостей проекций Hz, Hx от координаты x (дефект вытянут вдоль оси y).

По графикам зависимостей Hx и Hz от x обнаружить дефект очень непросто, так как величины экстремумов Hx и Hz над дефектом и над неоднородностями соизмеримы.

Выход был найден, когда обнаружили, что в области дефекта максимальная скорость изменения (крутизна) напряженности магнитного поля какой-то координаты больше, чем другие максимумы.

Рисунок 44 показывает, что максимальная крутизна графика Hz(x) между точками x1 и x2(ᴛ.ᴇ. в зоне расположения дефекта) гораздо больше, чем в других местах.

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, прибор должен измерять не проекцию напряженности поля, а «скорость» ее изменения, ᴛ.ᴇ. отношение разности проекций в двух сосœедних точках над поверхностью детали к расстоянию между этими точками:

(10.5)

где Hz(x1), Hz(x2) — значения проекции вектора H на ось z в точках x1, x2 (левее и правее дефекта), Gz(x)принятоназывать градиентом напряженности магнитного поля.

Зависимость Gz(x) показана на рисунке 44. Расстояние Dx = x2 – x1 между точками, в которых измеряются проекции вектора H на ось z, выбирается с учетом размеров поля рассеяния дефекта.

Как следует из рисунка 44, и это хорошо согласуется с практикой, значение градиента над дефектом существенно больше его значения над неоднородностями металла детали. Именно это позволяет достоверно регистрировать дефект по превышению градиентом порогового значения (рисунок 44).

Выбирая крайне важное значение порога, можно свести ошибки контроля к минимальным значениям.

Рисунок 44 Силовые линии магнитного поля дефекта и неоднородностей металла детали.

10.6 Феррозондовый метод

Феррозондовый метод основан на измерении феррозондовым прибором градиента напряженности магнитного поля рассеяния, созданного дефектом в намагниченном изделии, и сравнении результата измерения с порогом.

Вне контролируемой детали существует определœенное магнитное поле, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ создается для ее намагничивания. Применение дефектоскопа — градиентометра обеспечивает выделœение сигнала, вызванного дефектом, на фоне довольно большой медленно изменяющейся в пространстве составляющей напряженности магнитного поля.

В феррозондовом дефектоскопе используется преобразователь, реагирующий на составляющую градиента нормальной составляющей напряженности магнитного поля на поверхности детали. Преобразователь дефектоскопа содержит два параллельно расположенных стержня из специального магнитомягкого сплава. При контроле стержни перпендикулярны поверхности детали, ᴛ.ᴇ. параллельны нормальной составляющей напряженности магнитного поля. Стержни имеют одинаковые обмотки, по которым протекает переменный ток. Эти обмотки соединœены последовательно. Переменный ток создает в стержнях переменные составляющие напряженности магнитного поля. Эти составляющие совпадают по величинœе и направлению. Вместе с тем, имеется постоянная составляющая напряженности магнитного поля детали в месте размещения каждого стержня. Величина Δx, которая входит в формулу (10.5), равна расстоянию между осями стержней и принято называть базой преобразователя. Выходное напряжение преобразователя определяется разностью переменных напряжений на обмотках.

Разместим преобразователь дефектоскопа на участке детали без дефекта͵ где значения напряженности магнитного поля в точках х1; х2(см. формулу (10.5)) одинаковы. Это означает, что градиент напряженности магнитного поля равен нулю. Тогда на каждый стержень преобразователя будут действовать одинаковые постоянная и переменная составляющие напряженности магнитного поля. Эти составляющие будут одинаково перемагничивать стержни, в связи с этим напряжения на обмотках равны между собой. Разность напряжений, определяющая выходной сигнал, равна нулю. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, преобразователь дефектоскопа не реагирует на магнитное поле, если нет градиента.

В случае если градиент напряженности магнитного поля не равен нулю, то стержни будут находиться в одинаковом переменном магнитном поле, но постоянные составляющие будут разными. Каждый стержень перемагничивается переменным током обмотки от состояния с магнитной индукцией –ВS до + ВS На основании закона электромагнитной индукции напряжение на обмотке может появиться только тогда, когда изменяется магнитная индукция. По этой причине период колебаний переменного тока может быть разбит на интервалы, когда стержень находится в насыщении и, следовательно, напряжение на обмотке равно нулю, и на промежутки времени, когда насыщения нет, а, значит, напряжение отличается от нуля. В те промежутки времени, когда оба стержня не намагничены до насыщения, на обмотках появляются одинаковые напряжения. В это время выходной сигнал равен нулю. То же самое будет при одновременном насыщении обоих стержней, когда напряжение на обмотках отсутствует. Выходное напряжение появляется тогда, когда один сердечник находится в насыщенном состоянии, а другой — в ненасыщенном.

Одновременное воздействие постоянной и переменной составляющей напряженности магнитного поля приводит к тому, что каждый сердечник находится в одном насыщенном состоянии более длительное время, чем в другом. Более длительному насыщению соответствует сложение постоянной и переменной составляющих напряженности магнитного поля, более короткому – вычитание. Разность между интервалами времени, которые соответствуют значениям магнитной индукции +ВS и –ВS, зависит от напряженности постоянного магнитного поля. Рассмотрим состояние с магнитной индукцией +ВS у двух стержней преобразователя. Неодинаковым значениям напряженности магнитного поля в точках х1и х2 будет соответствовать разная продолжительность интервалов магнитного насыщения стержней. Чем больше разность между этими значениями напряженности магнитного поля, тем больше различаются временные интервалы. В те промежутки времени, когда один стержень насыщен, а другой — ненасыщен, возникает выходное напряжение преобразователя. Это напряжение зависит от градиента напряженности магнитного поля.

Читайте также


  • — Силовые линии магнитного поля

    МАГНИТНОЕ ПОЛЕ. ОСНОВЫ ФЕРРОЗОНДОВОГО КОНТРОЛЯ

    Мы живем в магнитном поле земли. проявлением магнитного поля является то, чтострелка магнитного компаса постоянно показывает направление на север. тот же результат можно получить, располагая стрелку магнитного компаса… [читать подробенее]

  • — Что такое магнитное поле. Вектор . Силовые линии магнитного поля

    Опыты с проводниками, по которым течет ток, навели исследователей на мысль, что кроме электрического поля существует еще и так называемое магнитное поле – силовое поле, посредством которого взаимодействуют между собою проводники с током, движущиеся заряженные частицы,… [читать подробенее]

  • — Силовые линии магнитного поля

    Для визуального (графического) представления магнитных полей вводится понятие силовых линий или линий магнитной индукции вектора . Силовые линии магнитного поля – это линии, в любой точке которых вектор магнитной индукции направлен по касательной к этой линии. За… [читать подробенее]

  • — Силовые линии магнитного поля

    Для визуального (графического) представления магнитных полей вводится понятие силовых линий или линий магнитной индукции вектора . Силовые линии магнитного поля – это линии, в любой точке которых вектор магнитной индукции направлен по касательной к этой линии. За… [читать подробенее]

  • oplib.ru

    Отправить ответ

    avatar
      Подписаться  
    Уведомление о