Файл: Руководство по разработке технологической карты по магнитопорошковому контролю, приведены тесты для подготовки к сдаче экзаменов по магнитному контролю.pdf

В случае действия на магнит поля напряженностью –
Н рабочей точкой станет точка
F. После устранения внешнего воздействия магнитное состояние объекта, изменяясь по прямой возврата
ЕF, будет определяться точкой F и индукцией
F
B , т. е. произошли необратимые изменения.
Рис. 1.54. К пояснению устранений магнитной нестабильности постоянного магнита
Одним из основных путей магнитной стабилизации является частичное размагничивание объекта путем воздействия переменного магнитного поля с убывающей до нуля амплитудой. Из рис. 1.54 видно, что при воздействии на объект убывающего переменного магнитного поля с начальной амплитудой


магнитное состояние, определяемое точкой
А, изменится, перейдя на прямую возврата
ЕК, и после снятия внешнего поля будет определяться точкой F. Если теперь на магнит будут воздействовать магнитные поля, меньшие


, то они вызовут только обратимые изменения. Следует отметить, что такого рада стабилизация вызывает уменьшение индукции от
A
B до
F
B .
Структурная нестабильность связана с кристаллическим строением, фазовыми превращениями, уменьшением внутренних напряжений и т. д. Изме- няющиеся в результате структурной нестабильности (старение) магнитные свойства могут быть восстановлены только регенерацией структуры. С этой целью выполняют, например, повторную термическую обработку металла.
Структурное старение различных материалов протекает по-разному.
Искусственное старение
мартенситных сталей выполняют, например, путем длительного выдерживания магнита при повышенной температуре. Магнит
62

на 10...15 ч помещают в кипящую воду. Это равносильно естественному старению в течение 10...15 лет.
Магниты из железоникельалюминиевых сталей искусственному старению чаще всего не подвергаются.
Для повышения стабильности магнитов из сплавов Fe–Ni–Al–Co они подвергаются отпуску с последующим медленным охлаждением.
Постоянный магнит имеет U-образную форму. Его полюсы соединили
пластиной (якорем) из магнитно-мягкого материала. Докажите, что если
увеличить зазор
0
l между пластиной и полюсами магнита, то это приведет
к уменьшению магнитной индукции по сравнению с остаточной индук-
цией
r
B в сердечнике, когда воздушный зазор между полюсами и якорем
отсутствует.
По закону полного тока имеем (рис. 1.55)
м
H
м
l
+ 2 0
H
0
l
+
я
H
я
l
= 0,
(1.7) где
м
H – напряженность поля в сердечнике магнита;
0
H
– напряженность поля в воздушном зазоре;
я
H
– напряженность поля в пластине (якоре);
0
,
м
l l
,
я
l
– длины участков магнитной цепи вдоль средней линии «магнит – якорь».
Рис. 1.55. Взаимное расположение постоянного магнита и ферромагнитного якоря
Пусть якорь выполнен из материала с высокой магнитной проницаемостью.
Тогда падением магнитного напряжения
я
H
я
l
можно пренебречь. В этом случае
0 0
;
2 0
м м
H l
H l


(1.8)
63

0 0
2
м
м
l
H
H
l
 
. (1.9)
Из выражения (1.9) видно, что направление вектора напряженности поля в сердечнике противоположно направлению поля
0
H
в зазоре, т. е. противо- положно вектору магнитной индукции в сердечнике. Таким образом, воздушный зазор оказывает размагничивающее действие на постоянный магнит.
Выберем произвольную точку
А
на кривой размагничивания гистерезисного цикла (см. рис. 1.52). Соединим эту точку с началом координат. Обозначим угол между этим лучом и осью ординат через

Тангенс этого угла называют коэффициентом размагничивания. tgα
м
м
H
N
B


. (1.10)
Из (1.9) следует, что
0 0
0 0
2 2
μ
м
м
м
м
l
B l
H
H
l
l


(1.11)
Откуда
0 0
1 2
tgα
μ
м
м
м
H
l
N
В
l



. (1.12)
Из выражения (1.12) следует, что коэффициент размагничивания тем больше, чем короче магнит и больше зазор
0
l .

где
k
– коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора системы единиц.
Закон Кулона выражается так просто только в том случае, когда полюсы можно считать точечными, т. е. если расстояние между взаимодействующими полюсами велико по сравнению с размерами полюсных областей.
В каких единицах измеряется количество магнетизма (магнитная
масса, магнитный заряд)?
Единицей измерения количества магнетизма в
СИ является
2 2
Дж кг м
В с
А
с
А

  

Можно ли изготовить магнит с двумя одноименными полюсами?
Магнит может иметь несколько полюсов. Например, стержневой или полосовой магнит может иметь четыре полюса, расположенные как
N – SS – N
(
N
– северный полюс,
S
– южный). Кроме того, один или несколько полюсов могут быть сосредоточены, а другие распределены в пространстве, и обнаружить это можно с помощью чувствительных приборов. Один же магнитный полюс
(монополь) в природе не существует.
Шар разрезали плоскостями, проходящими через его центр. Полученные
объемные фигуры в виде пирамид, основаниями которых являются шаровые
сегменты, по отдельности намагнитили так, что на шаровой поверхности
оказался один полюс, а на вершине пирамиды – второй. Затем из этих
намагниченных фрагментов составили шар. Будет ли в центре такого
ферромагнитного шара находиться один полюс магнита, а на поверхности
шара – второй?
После составления шара из отдельных объемных секторов, содержащих два полюса, поверхность шара окажется полностью размагниченной, т. к. магнитные полюсы окажутся полностью скомпенсированными.
Почему постоянные магниты рекомендуют хранить, складывая их в
пары, разноименными полюсами друг к другу?
Это позволяет более длительно сохранить остаточную намагниченность магнитов, т. к. для строгого выстраивания молекул внутри магнита необходимо создать замкнутую магнитную цепь. Поэтому при хранении магнитов их разноименные полюсы целесообразно еще замкнуть шунтами из магнито- мягкого материала.
65

Имеются два одинаковых стержня. Известно, что один из них –
постоянный магнит, а другой изготовлен из магнитного материала. Как
определить без вспомогательных средств (нити, магнитных опилок,
магнитных измерительных приборов и т. д.), который из них магнит?
Стержни можно расположить перпендикулярно друг к другу в виде буквы
Т
. Тогда, если они притягиваются, то магнитом будет тот, который является стойкой перпендикуляра (

, в противном случае – основанием.
Последнее явление объясняется следующим. Максимум напряженности магнитного поля наблюдается у полюсов магнита. По мере приближения к середине магнита напряженность магнитного поля уменьшается, в самой же середине величина ее равна нулю. Поэтому если основанием перпендикуляра будет магнит, то стержни не притянутся. Если же основанием будет пластина, изготовленная из магнитного материала, то она притянется к полюсу магнита.
Почему стрелка компаса располагается в направлении с севера на юг?
Стрелка компаса является постоянным магнитом. Земля – это огромный магнит. Она также имеет северный и южный магнитные полюсы. Разноименные полюсы этих магнитов притягиваются друг к другу. Поэтому стрелка компаса
(и любой подвижно установленный магнит) ориентируется с севера на юг.
Магнитная стрелка указывает на магнитный полюс, а не на географический.
Совпадают ли магнитные полюсы Земли с ее географическими
полюсами?
Магнитные полюсы Земли не совпадают с географическими полюсами.
Южный магнитный полюс Земли расположен в
северном
полушарии, а северный полюс –
в южном
полушарии (рис. 1.56). Поэтому стрелка компаса своим северным полюсом указывает на север, а южным – на юг. Вертикальная плоскость, в которой располагается продольная ось магнитной стрелки, называется плоскостью магнитного меридиана данной точки земной поверхности. Угол между географическим и магнитным меридианом данной местности называется
магнитным склонением.
Специалисты отмечают, что со времени своего открытия в 1831 г. северный магнитный полюс переместился на 2250 км.
Около 50 лет назад южный магнитный полюс Земли был расположен в
северном
полушарии примерно под 74° северной широты и 100° западной долготы, а северный полюс –
в южном
полушарии под 60° южной широты и 143°
восточной долготы.
В настоящее время северный полюс находится на значительном расстоя- нии от северного географического полюса и мигрирует со скоростью от 10 до рекордных 55 км/год в 2019 г.
66

Рис. 1.56. Картина магнитного поля Земли
Напряженность магнитного поля на экваторе Земли составляет около 0,27 А/см, а у полюсов – 0,53 А/см, в наших широтах – около 0,3 А/см.
Если магнитную стрелку прикрепить к пробке, плавающей в сосуде с
водой, то под действием магнитного поля Земли стрелка повернется и
расположится вдоль магнитного меридиана, однако перемешаться в южном
или северном направлении не будет. Если же недалеко от стрелки
расположить полюс полосового магнита, то под действием поля магнита
стрелка не только повернется в сторону магнита, но и начнет к нему
двигаться. Почему?
Магнитное поле Земли на отрезке, равном длине магнитной стрелки, почти однородно (напряженность постоянна по величине и направлению). Однородное поле действует на оба полюса стрелки равными, параллельными и противо- положно направленными силами, образующими пару сил. Такое поле, действуя на магнитную стрелку, может создать только вращающие моменты, но не может создать равнодействующей силы, отличной от нуля, т. е. не может вызвать ее поступательного перемещения (рис. 1.57). Вращающий момент пары сил определяется по формуле


Flsin, где
F – силы, действующие на полюсы (в однородном магнитном поле они равны по величине и противоположны по направлению).
Поле постоянного магнита на расстояниях, равных длине стрелки, неоднородно (его напряженность у одного конца стрелки больше, чем у другого).
67

Рис. 1.57. Силы, действующие на магнитную стрелку в однородном магнитном поле:
l – длина стрелки;   угол между направлением стрелки и направлением поля.
Сила, действующая на один полюс стрелки, больше силы, действующей на второй ее полюс. Равнодействующая сил уже не будет равна нулю. Поэтому поле постоянного магнита вызывает не только вращение стрелки, но и ее поступательное движение.
Аналогично можно объяснить скопление магнитного порошка над трещинами при магнитопорошковом контроле и отсутствие перемещения частиц порошка к полюсам намагничивающего устройства.
Полосовой магнит разрезали по нейтральному сечению, получив таким
образом два одинаковых магнита. Будет ли сила притяжения одного такого
магнита вдвое меньше силы притяжения исходного магнита?
Нет, такой магнит будет притягивать предметы почти с такой же силой. Это обусловлено тем, что количество магнетизма полюса магнита изменилось незначительно, а действием второго его полюса можно пренебречь.
Один из двух одинаковых ферромагнитных шариков поместили в слабое
магнитное поле, а второй – в сильное. При этом во втором случае на него
действовала меньшая сила, чем в первом. Объясните причину.
Причина в том, что во втором случае магнитное поле более однородное, чем в первом. На шарике, находящемся в магнитном поле, вследствие индукции образуются два противоположных полюса – северный и южный. Если поле однородно, то силы, действующие на полюсы, одинаковые и направлены противоположно. Они способны только повернуть шарик, т. к. равно- действующая этих сил равна нулю. В неоднородном поле эти силы различны. Их равнодействующая уже не будет равна нулю. Парадокс состоит в том, что во втором случае магнитное поле оказалось более однородным, чем в первом.
68