Магнитного поля способы обнаружения – Как обнаружить магнитное поле 🚩 каким образом можно установить наличие магнитного поля 🚩 Естественные науки

Содержание

Обнаружение магнитного поля

При помощи органов чувств человек не может обнаружить магнитное поле. Наличие магнитного поля можно установить при его воздействии на:

  • магнитную стрелку,
  • проводник с током,
  • движущийся электрический заряд.

Так, магнитное поле способно поворачивать в пространстве магнитные стрелки и рамки с токами, то есть на данные объекты наше поле оказывает ориентирующее воздействие. На проводник с током и перемещающийся заряд в магнитном поле действуют магнитные силы, перпендикулярные направлению перемещения зарядов.

Ориентирующее действие магнитного поля

Поместим малую (пробную) рамку с током в магнитное поле.

Замечание 1

Пробная рамка с током отвечает следующим требованиям:

  1. Она имеет малые размеры, такие, что ее поведение отражало бы характер поля в точке.
  2. Сила тока в рамке должна быть малой, такой, что влияние этого тока на источники исследуемого магнитного поля было бы несущественным.

Повернем нашу рамку на некоторый угол $\alpha $ относительно ее положения равновесия. Тогда на рамку будет оказывать действие момент сил, зависящий от силы тока в рамке $I$, площади ее поверхности $S$:

$M\sim IS\sin {\alpha \, \left( 1 \right),}$

где $\alpha $ – угол поворота рамки.

Если рамку развернуть перпендикулярно силовым линиям поля, тогда $\alpha =\frac{\pi }{2},$, а вращающий момент сил становится наибольшим:

$M_{max}\sim IS\left( 2 \right)$.

Отношение $M_max$ к силе тока и площади сечения рамки будет характеристикой магнитного поля в точке расположения рамки:

$B=\frac{M_{max}}{IS}\left( 3 \right)$.

где $B$ – величина вектора магнитной индукции поля, являющаяся одним из основных параметров, описывающих поле.

Действие магнитного поля на заряженные частицы

Проведем следующий эксперимент. В трубке осциллографа получим прямолинейный пучок электронов, которые движутся по прямой линии. Падая на экран, этот пучок оставит лед в виде небольшого пятна. Приблизим к этому пучку снизу северный полюс линейного магнита. Пучок электронов сместится. Изменим полюс магнита, смещение пучка произойдет в противоположную сторону. Данный эксперимент указывает на то, что перемещающиеся электроны испытывают действие некоторой специфической силы в магнитном поле. Причем опыты показали, что эта сила пропорциональна скорости движения электронов. Подобным образом ведут себя любые другие заряженные частицы, перемещающиеся в магнитном поле.

Сила, действующая на заряженную частицу, перемещающуюся в магнитном поле, называется силой Лоренца, она равна:

$\vec{F}_{L}=q\left( \vec{v}\times \vec{B} \right)\left( 4 \right)$,

где характеристиками частицы являются:

  • $q$ – величина заряда частицы;
  • $\vec v$ - скорость движения частицы.

характеристикой поля является вектор магнитной индукции.

Выражение (4) является справедливым для постоянных и переменных магнитных полей.

Замечание 2

На заряд, находящийся в покое, магнитное поле не оказывает действия. Индикатором наличия магнитного поля служит перемещающийся заряд.

Формула (4) показывает принципиальный способ измерения индукции магнитного поля по силе воздействия поля на движущийся заряд.

С этой целью убеждаются в отсутствии электрического поля при помощи неподвижного заряда.

Находят такое направление скорости ($\vec v$), при котором сила Лоренца становится равной нулю. Это будет происходить, если вектор скорости сонаправлен или направлен в противоположную сторону вектору индукции. Так, с точностью до знака определяется направление магнитного поля.

Измеряют силу Лоренца при движении заряда нормально к вектору индукции поля. При этом:

$F_{L}=q\left( \vec{v}_{n}\times \vec{B} \right)\left( 5 \right)$,

где $\vec{v}_{n}\quad $ – скорость движения частицы перпендикулярная вектору поля ($\left( \vec{v}_{n}\vec{B} \right)=0)$. Следовательно:

$\vec{B}=\frac{1}{{qv}_{n}^{2}}\left( \vec{F}_{L}\times \vec{v}_{n}\right)\left( 6 \right)$.

Формула (6) однозначно определяет вектор магнитной индукции.

Действие магнитного поля на токи

Эксперименты, показывающие действие магнитного поля на движущиеся заряды, обычно проводят не с отдельными частицами, а с их потоками.

Пусть ток создают движущиеся одинаковые частицы с зарядом $q$. Тогда плотность этого тока выразим как:

$\vec{j}=nq\vec{v}\left( 7 \right)$.

Сила, которая действует в магнитном поле на элемент объема ($dV), равна:dV), равна:

$d\vec{F}=nq\left( \vec{v}\times \vec{B} \right)dV=(\vec{j}\times\vec{B})dV\left( 8 \right)$,

где $N=ndV$ - число частиц в объеме $dV$.

Если ток течет по очень тонкому проводу, площадь сечения которого равна $S$, длина его $dl$ (малая длина), тогда сила, действующая на него в магнитном поле равна:

$d\vec{F}=I\left( d\vec{l}\times \vec{B} \right)\left( 9 \right)$.

где $\vec jdV=I d\vec j$. Направление вектора $ d\vec j$ - совпадает с направлением силы тока.

Выражение (9) называется законом Ампера, а сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током, называется силой Ампера.

Так, обнаружить магнитное поле можно по его воздействию силой Ампера на проводник с током.

Для тока, текущего в прямом проводнике, находящегося в однородном магнитном: поле, силу Ампера можно определить как:

$\vec{F}_{A}=I\left( \vec{l}\times \vec{B} \right)\left( 10 \right)$,

где $l$ - длина прямого проводника.

Модуль силы Ампера из (10) равен:

$F_{A}=IBL\sin \left( \hat{\vec{l}\vec{B}} \right)\left( 11 \right)$.

Вектор силы Ампера перпендикулярен плоскости, в которой лежат $\vec l$ и $\vec B$ и направлен по правилу правого винта.

Магнитное поле, которое создается проводником с током можно обнаружить по его действию на другой проводник с током. Если токи в проводниках направлены в одну сторону, то проводники притягиваются. Будем считать, что наши проводники параллельны, и находятся в вакууме, тогда силы притяжения равны:

$dF=\frac{\mu_{0}I_{1}I_{2}}{2\pi R}dl\left( 12 \right)$,

где R – расстояние между проводниками, $dF$ - сила с которой один проводник действует на элемент ($dl$) другого проводника.

Если токи в проводниках направлены в противоположные стороны, тогда они отталкиваются.

Воздействие токов на магниты

Магниты оказывают действие на электрические токи. В свою очередь токи воздействуют на магниты.

Рассмотрим эксперимент, который проводил Эрстед. Ученый разместил над магнитной стрелкой прямой провод (рис.1) параллельно плоскости стрелки. Стал пропускать ток по проводнику. При этом стрелка, способная вращаться около вертикальной оси, отклонялась и устанавливалась нормально к проводнику. Эрстед изменял направление течения тока, стрелка поворачивалась на 180 °. Тот же эффект возникал, когда проводник переносили под стрелку. Опыт Эрстеда показал связь между электрическими и магнитными явлениями.

Рисунок 1. Эксперимент Эрстеда. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Магнитное поле однородное и неоднородное: характеристика и определение

Одним из основных понятий, используемых в физике, является магнитное поле. Оно воздействует на перемещающиеся электрические заряды. Незаметно и не ощущается человеком, однако его наличие можно выявить с помощью магнита или железа. Также достаточно легко понять, какое магнитное поле называется однородным и неоднородным.

Определение и способы обнаружения магнитного поля

Когда мы сталкиваемся с понятием магнитного поля, у нас возникает вопрос касательно того, какое это магнитное поле, однородное или неоднородное оно. Прежде чем дать ответ на такой вопрос, следует дать начальные определения терминам.

какое магнитное поле называется однородным и неоднородным

Магнитное поле полагается считать особым видом материи, существующим возле перемещающихся электрических зарядов, в особенности возле проводников с током. Обнаружить можно, используя магнитную стрелку или железные опилки.

Однородное поле

Встречается внутри полосового магнита и в соленоиде, когда его длина намного больше диаметра. В таком случае по правилу буравчика контуры магнитного поля будут направляться против часовой стрелки.

Магнитные линии параллельны и прямые, пустота между ними всегда одинакова, сила влияния на магнитную стрелку не различается во всех точках по своей величине и направлению.

Неоднородное поле

В случае с неоднородным полем магнитные линии будут искривляться, пустота между ними различается по величине, сила воздействия на магнитную стрелку различается в разных точках поля по своей величине и направлению. Также сила, действующая на помещённую в поле полосового магнита стрелку, действует в различные точки с разными по модулю и направлению силами. Это называют неоднородным полем. Линии такого поля искривлены, частота меняется от точки к точке.

магнитное поле однородное и неоднородное

Обнаружить такого рода поле возможно возле прямого проводника с током, полосового магнита и соленоида.

Что такое магнитные линии

В первую очередь при возникновении задачи следует определить, какое магнитное поле, однородное или неоднородное, образуется, следует узнать о магнитных линиях, по форме которых становится понятна характеристика поля.

примеры однородного и неоднородного магнитного поля

Чтобы изобразить магнитное поле, стали использовать магнитные линии. Они являются воображаемыми полосами, расположенными вдоль магнитной стрелки и размещенными в магнитном поле. Провести магнитную линию возможно сквозь любую точку поля, она будет иметь направление и всегда замыкаться.

Направление

Выходят из северного полюса магнита и направляются в южный. Изнутри самого магнита все строго наоборот. Сами линии не обладают началом или концом, сомкнуты или проходят из бесконечности в бесконечность.

За пределами магнита линии располагаются максимально густо возле полюсов. Из этого становится ясно, что наиболее сильно воздействие поля вблизи полюсов, и по мере удаления от низа оно слабеет. Учитывая, что магнитные полосы искривлены, то направление силы, которая действует на магнитную стрелку, тоже изменяется.

Как изобразить

Чтобы понять, чем отличаются однородные магнитные поля от неоднородных, необходимо их научиться изображать, используя магнитные линии.

Следует рассмотреть названный выше пример возникновения однородного магнитного поля в так называемом соленоиде, который представляет собой проволочную цилиндрическую катушку, через какую пускают ток. Внутри него магнитное поле может считаться однородным, при условии что длина намного больше диаметра (вне катушки поле будет неоднородным, магнитные линии будут располагаться так же, как и у полосового магнита).

Однородное поле также располагается в центре постоянного полосового магнита. В какой-либо ограниченной области в пространстве возможно воспроизвести и однородное магнитное поле, в котором силы воздействия на намагниченную стрелку будут одинаковы по модулю и направлению.

Чтобы изобразить магнитное поле, используют следующий пример. Если линии расположатся перпендикулярно к чертежной плоскости и направляются от смотрящего, то их изображают крестиками, если на смотрящего - точками. Как и с током, каждый крестик является как бы видимым хвостовым оперением летящей от смотрящего стрелы, а точка - острее стрелы, которая летит к нам.

чем отличаются однородные магнитные поля от неоднородных

Также требование "Изобразите однородное и неоднородное магнитное поле" легко выполнимо. Попросту нарисуйте эти магнитные линии, учитывая характеристики поля (однородность и неоднородность).

Однако существование неоднородных полей сильно усложняет задачу. В таком варианте получение какого-либо физического результата с использованием общего уравнения маловероятно.

Отличия

Ответ на вопрос о том, чем отличаются однородные магнитные поля от неоднородных, достаточно легко дать. В первую очередь это зависит от магнитных линий. В случае с однородным полем расстояние между ними будет одинаково, и они будут равномерно располагаться, с одной и той же силой действуя на приборы в любой точке. Для неоднородных полей все строго наоборот. Линии неравномерно расположены, в различных местах действуют с неодинаковой силой на приборы.

На практике достаточно часто встречается неоднородное поле, о чем также следует помнить, поскольку однородные поля могут встречаться разве что внутри предмета, вроде магнита или соленоида. Наружные же наблюдения зафиксируют неоднородность.

Обнаружение поля

Поняв, что такое однородные и неоднородные магнитные поля, и определения их разобрав, следует узнать, каким способом можно обнаружить их.

Наиболее простым для этого является опыт, проведенный Эрстедом. Заключается он в использовании магнитной стрелки, которая помогает определить существование электрического тока. Как только ток будет передвигаться по проводнику, расположенная рядом стрелка придет в движение, за счет того что существуют однородные и неоднородные магнитные поля.

Взаимодействие проводников с током

однородные и неоднородные магнитные поля

У каждого проводника с током наблюдается свое магнитное поле, воздействующее с определенной силой на ближайший. В зависимости от направления тока, проводники будут притягиваться или отталкиваться друг от друга. Поля, возникшие от различных источников, будут складываться и образовывать единое результирующее поле.

Как создаются и для чего

Примеры однородного и неоднородного магнитного поля, применяемые в электронно-лучевых приборах, создаются катушками, которые пропускают ток. Для получения необходимой формы магнитного поля применяют полочные наконечники и магнитные экраны, сделанные из материй, имеющих сильную магнитную проницаемость.

 какое магнитное поле однородное или неоднородное образуется

Влияние неоднородных магнитных полей способно изменить протекание необратимых явлений физико-химического характера, в основном гетерогенного процесса. Появление турбулентной диффузии ведет к увеличению на несколько порядков скорости перемещения газа из какой-либо жидкости к поверхности в виде микропузырьков. Эффект локальной дегидратации ионов и частиц обусловлен интенсификацией процесса микрокристаллизации. В проточных средах высокоэнергетические реакции способны создавать свободные радикалы, атомарный кислород, перекиси и азотистые соединения. Случается коагуляция, и в жидкости оказываются продукты, вызванные эрозионным разрушением.

Во время гидродинамической кавитации большая величина возникающих пузырьков и каверн усложняет их унос жидкостью из территории пониженного давления в зону большего давления, где ведется коллапсирование пузырьков. Во время коллапса пузырька малой величины имеется малое содержание воздуха и возникает сильная химическая реакция, схожая с плазменным разрядом. Присутствие неоднородных магнитных полей ведет к неустойчивости каверн, их распаду и возникновению мелкомасштабных вихрей и пузырьков. Учитывая, что давление в центре такого вихря понижено, он конверсирует газовые пузырьки незначительного размера.

Во время измерения индукции в неоднородном магнитном поле следует помнить, что напряжение Холла пропорционально усредненной величине индукции поля в пределах территории, ограниченной поверхностью преобразователя.

Чтобы сфокусировать параксиальные пучки, также используют неоднородные магнитные поля, образовываемые короткими катушками, являющимся многослойными соленоидами, длина коих соизмерима с их диаметром. На электрон, попадающий в такое поле, действуют силы, меняющие его направление. Электрон под влиянием такой силы приближается к оси линзы, при том плоскость, в которой находится его траектория, искривляется. Электрон продвигается по спиралевидному отрезку, который пересекает оси линзы в заданной точке.

Пространственный фактор увеличения вызван пространственным рассредотачиванием неоднородных полей на территории гетерогенной системы, запиленной жидкостью. Чтобы получить инверсию населенности уровней методом разделения, применяют неоднородные поля, созданные многополосным магнитом. Форма полюсов подобна стержням в квадрупольном конденсаторе молекулярного генератора на аммиаке.

Способы использования

Магнитно-порядковый способ дефектоскопии базируется на тяге магнитных частиц силами неоднородных полей, появляющихся над дефектами. По скоплению такого порошка выясняют присутствие дефекта, его величину и положение на проверяемой детали.

изобразите однородное и неоднородное магнитное поле

Немалым недостатком метода молекулярных пучков с применением сильных неоднородных магнитных полей считается малый эффект расщепления. Имеется простой и кажущийся неправдоподобным метод увеличения этого эффекта. Заключается он в применении легкого наружного магнитного поля. Последнее даст возможность увеличить область использования ядерных прецессионных магнитометров в сторону неоднородных магнитных полей.

Преимуществом такого метода является высокая разрешающая способность, дающая возможность фиксировать неоднородные магнитные поля, соразмерные с величиной частиц магнитного слоя ленты, а также возможность нахождения повреждений на сложных поверхностях и в тесных проемах.

Недостатками являются необходимость вторичной обработки информации, фиксируются лишь частицы магнитных полей вдоль ленты, сложность размагничивания и сохранения ленты, и необходимо предотвращать влияние внешних магнитных полей.

Магнитное поле однородное и неоднородное встречаются достаточно часто, несмотря на то, что незаметны простому обывателю. Примеры однородного и неоднородного магнитного поля можно обнаружить в полосовых магнитах и соленоидах. При этом заметить их можно, используя простейшую магнитную стрелку или железные опилки.

КАк можно обнаружить магнитное поле и определить его направление?

Как и и всякое поле, оно обнаруживается по действию, которое оказывает на различные объекты. Это может быть обыкновенный компас (магнитное поле вызывает появление вращающего момента и тем самым поворот стрелки) , а может быть специальный датчик - например, на эффекте Холла (наличие магнитного поля вызывает появление напряжения на выводах датчика) или магниторезистивный (магнитное поле вызывает изменение сопротивления датчика) Опыты показывают, что вокруг всякого движущегося заряда помимо электрического поля существует также и магнитное поле. Электрическое поле действует как на неподвижные, так и на движущиеся заряды. Важнейшая особенность магнитного поля состоит в том, что оно действует только на движущиеся в этом поле электрические заряды. Характер воздействия магнитного поля на ток зависит от формы проводника, по которому течет ток, от расположения проводника в силовом поле и от направления тока. Следовательно, чтобы охарактеризовать магнитное поле, надо рассмотреть его действие на определенный электрический ток. Подобно тому, как при исследовании электростатического поля использовались точечные электрические заряды, для обнаружения и исследования магнитного поля используется замкнутый плоский контур с током - рамка с током, размеры которой малы по сравнению с расстоянием до токов, создающих магнитное поле. Ориентация контура в пространстве характеризуется направлением нормали к плоскости рамки. В качестве положительного направления нормали принимается направление, связанное стоком правилом буравчика: за положительное направление нормали принимается направление поступательного движения винта, рукоятка (головка) которого вращается в направлении тока, текущего в рамке

Как определить магнитное поле смартфоном

Автор канала “Atom Duba” показал опыт с железными опилками, чтобы попытаться увидеть и измерить магнитное поле.
Вокруг любого магнита есть невидимое поле, которое обычно рисуют линиями, ведущими из одного полюса в другой. Как это увидеть?

Самый простой способ – взять железных опилок. Насыпаем их на стол. Берём магнит. Подносим под столом полюсом вверх. Что видим? Появились ежики из опилок. Двигаем под столом – ежики движутся вместе. На самом деле видим линии магнитного поля, выходящие из одного из полюсов.

Как измерить магнитное поле

Чтобы разглядеть с другого ракурса поле, магнит развернем набок. Попробуем магнитик поменьше и повторим эксперимент. Теперь наблюдаем магнитное поле с другого ракурса. Стрелка компаса поворачивается в ту же сторону, куда показывают железные опилки. Поэтому такими направленными линиями обозначают вектор магнитного поля. В каждой точке пространства направление свое.

Другой вариант этого эксперимента, где возьмем магнит и облепим опилками. В таком варианте эксперимента увидим поле в трехмерном пространстве. До этого видели его проекцию на плоскость, то есть 2D вариант, а сейчас в пространстве из одного полюса выходят линии по кругу в другой.

Кроме этого, магнитное поле бывает разной величины – посильнее или послабее. Сегодня измерить его величину может смартфон. Включаем программу, которая показывает информацию с датчиков.

Как измерить магнитное поле

Внутри смартфона датчики Холла измеряют магнитное поле вдоль трех координат X,Y, и Z. Можно поднести магнит и посмотреть, как растут показания. Отводим обратно – они уменьшаются. Или повертеть магнитом, стрелочка тоже будет крутиться. Интересно, а почему опилки выстроились вдоль линий?

Как определить магнитное поле

Чтобы прояснить этот вопрос, возьмем магнит. Это его северный полюс, а это южный полюс. Если поднести к нему монетку, то она прилипнет. Почему? Монетка намагнитилась и прилипла к северному полюсу своим южным. Возьмем вторую монетку. Она прилипает к первой. Можно так дальше продолжать. Они к друг другу липнут. Как такое получается? Дело в том, что кроме того, что монетки взаимодействуют с самим магнитом, они еще и сами на магнитились и взаимодействуют друг с другом. Тоже самое происходит с опилками. Они просто липнут к полюсам друг друга.

Каким образом можно обнаружить в пространстве наличие магнитного поля!? ответ пожалуйста с объяснением

В магнитном поле стрелка компаса поворачивается строго определённым образом, всегда параллельно силовым линиям поля.

магнитный компас уже не катит? тогда в смартах с GPS блоком помимо акселерометра обычно встраивают компас - им и проверь!

Про компас верно, но более обще - магнитом или проводником с током. При их перемещении в магнитном поле будут возникать силы. P.S. А в проводнике без тока ток и возникнет

Промышленные магнитометры используют: 1. "баллистические" магнитометры - регистрируют ток, который возникает в рамке с проводом при её резком повороте 2. "Частотные" - Регистрируется изменение магниной проницаемости ферромагнитного материала с сильно нелинейной зависимостью (по изменению индуктивности катушки, на сердечник из такого материала намотанной 3. С помощью "датчика Хола" - измеряется ЭДС, возникающая поперёк (полу) проводника с током 4. Типа компаса - "весы Фарадея" или "крутильные весы" - измеряется сила притяжения магнитного материала 5. самые очные - SQID - магнитометры, использующие эффект Джозефсона в контакте 2-х сверхпроводников, SQID - сверхпроводящий квантовый интерференционный детектор магнитного поля

Способ обнаружения магнитных объектов и устройство для его осуществления

 

Использование: в геофизике для обнаружения слабо- и сильномагнитных объектов. Сущность изобретения: при поиске магнитных объектов измеряют намагниченность насыщения горных пород. Устройство содержит зонд 1, в котором размещен датчик 2, состоящий из постоянного магнита 3 с полюсными наконечниками 4, образующими зазор 5, и катушки 6 индуктивности, соединенной с усилителями 7. Внутри зонда имеется электромотор 8, на валу которого размещены датчик и усилитель, выполненные с возможностью вращения, стабилизатор 10 напряжения, соединенный с электромотором и усилителем, а также тахометр 11. Снаружи зонд имеет прижимное устройство 12. Вне зонда размещены пиковый детектор 13, анализатор 14, счетчик 15 импульсов и регистрирующий прибор 16. 2 с. и 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к геофизике, в частности к магнитному каротажу, и может быть использовано для обнаружения как слабо-, так и сильномагнитных объектов и включений, расположенных в труднодоступных местах, а также для определения концентрации ферромагнетиков в исследуемых средах.

Известные методы магнитного каротажа основываются на измерениях магнитной восприимчивости () [1] Чувствительные элементы различных схем не позволяют иногда обнаруживать феppомагнетики, особенно при малой их концентрации. Причина этого заключается в слабом подмагничивании окружающей среды при измерениях .Кроме того, сильно зависит от размеров зерен ферромагнетика, этим резко ограничивается использование ее для количественных расчетов содержания ферромагнетика. Физической величиной, которая строго соответствует концентрации ферромагнетика в исследуемой среде, является намагниченность насыщения (Is). Однако, устройства, основанные на измерениях Is, в геофизике пока не применяются. Известен способ обнаружения магнитных объектов, включающий намагничивание объекта магнитным полем постоянного магнита при движении датчика вдоль исследуемого объекта. При перемещении датчика в катушке возникает индуктивный сигнал, пропорциональный градиенту магнитной восприимчивости [2] Известно устройство для осуществления способа, содержащее помещенные в зонд датчик, усилитель и расположенные вне зонда интегратор и регистрирующий прибор. Датчик содержит постоянный стержневой магнит с полюсными наконечниками и катушку индуктивности, соединенную с усилителем [2] Однако в этих способе и устройстве для его осуществления не достигается высокая точность обнаружения ферромагнетиков, из-за погрешности интегрирования сигнала, зависимости результатов от неучитываемой скорости движения зонда и слабого намагничивания окружающей среды. На чертеже изображена схема устройства для осуществления способа, который не исключает возможности осуществления его с помощью других устройств. Устройство содержит зонд 1, датчик 2, состоящий из постоянного магнита 3, полюсных наконечников 4, образующих магнитный зазор 5, и катушки 6 индуктивности, связанной с усилителем 7, электромотор 8, на валу 9 которого в данной схеме размещены датчик и усилитель, выполненные с возможностью вращения, стабилизатор 10 напряжения, соединенный с электромотором 8 и усилителем 7, и тахометр 11. Снаружи зонд снабжен прижимным устройством 12 и соединен с пиковым детектором 13, анализатором 14, соединенным со счетчиком 15 импульсов и регистрирующим прибором 16. При исследованиях скважин зонд имеет цилиндрическую форму и продольный выступ 17, расположенный со стороны прижимного устройства, а плоскость вращения магнитного зазора 5 перпендикулярна направлению исследования. Выход усилителя 7 соединен последовательно с пиковым детектором 13, анализатором 14 и регистрирующим прибором 16, а анализатор 14 соединен, кроме того, с тахометром 11 и счетчиком 15 импульсов. Устройство работает следующим образом. Вначале определяется величина постоянной k. Для этого намагничивающий зонд 1 с помощью прижимного устройства 12 прижимают к участку объекта с известной концентрацией ферромагнетика (С) или эталону, затем включают электромотор 8, под действием которого магнитный зазор 5 начинает прижиматься к участку объекта с заданной периодичностью с циклической частотой , намагничивая при этом до насыщения ферромагнетики участка между полюсными наконечниками 4 постоянного магнита 3. При определении k скорость (V1) перемещения магнита в направлении исследования равна нулю. Тахометром 11 измеряют угловую скорость периодического движения магнита, которая анализатором 14 преобразуется в вектор линейной скорости периодического движения магнитного зазора =R, где R радиус периодического движения магнита. Во время намагничивания вещества в зазоре магнита изменяется магнитный поток, и в катушке 6 индуктивности возникает импульс ЭДС индукции, амплитуда которого согласно закону электромагнитной индукции, когда объект намагничивается до насыщения, равна Emax (V2/k)C, где k постоянная, зависящая от параметров устройства и удельной намагниченности насыщения ферромагнетика. При измерениях в сильных полях с использованием параметра Is парамагнитная составляющая сигнала пренебрежимо мала по сравнению с ферромагнитной, так как рост намагниченности парамагнитного ансамбля зерен прямо пропорционален напряженности поля (Н), а для ферромагнитных частиц он растет пропорционально Н3, поэтому в данном способе очевидно достижение большей точности при обнаружении магнитных объектов. Затем полученный датчиком 2 импульс ЭДС индукции усиливается усилителем 7, выпрямляется пиковым детектором 13 в постоянное напряжение, которое преобразуется с учетом скорости V2 и хранится в анализаторе 14 до прихода следующего импульса и измеряется регистрирующим прибором 16. При определенной V2 и известной С, зная Emax, находят k, решая уравнение k (V2/Emax)C. Способ в режиме обнаружения магнитных объектов может осуществляться с каким-либо дискретным шагом между точками наблюдения, когда зонд 1 перемещается на расстояние, равное этому шагу, затем останавливается и производится измерение Emax и V2R с последующим обнаружением магнитного объекта и определением концентрации С ферромагнетика уже проградуированным прибором при V1 0 по формуле C kEmax/V2. Наиболее производительно устройство работает, когда зонд 1 непрерывно перемещается вдоль исследуемого объекта, т.е. при V1 > 0. Здесь возможны два основных варианта: V1 > 0 и V2 0; V1 0 и V2 > 0, причем движение магнитного зазора осуществляется в любой плоскости и в любую сторону с учетом того, что величина Emax помимо С зависит от суммарной скорости V1 + V2, определяемой путем их векторного сложения. В первом варианте, поскольку коэффициент k уже определен, V2 заменяется на V1, и Emax каждого импульса зависит от скорости V1 перемещения постоянного магнита вдоль исследуемого объекта и от соответствующего ей градиента изменения концентрации ферромагнетика dC/dt. В этом случае для измерения скорости V1 в устройство введен счетчик 15 импульсов, соединенный с анализатором 14. Таким образом, в первом случае полюсные наконечники постоянного магнита прижимают к исследуемому объекту постоянно, намагничивая при этом до насыщения ферромагнетики участка между полюсными наконечниками постоянного магнита, измеряют амплитуду индуктивного сигнала Emax и скорость V1 и определяют градиент концентрации ферромагнетика dC/dt k Emax/V1, а последующее обнаружение магнитных объектов проводят с учетом полученного результата определяемой величины dC/dt. Второй вариант используется для поиска ферромагнетиков в скважинах и т. д. Намагничивающий зонд 1, имеющий цилиндрическую форму и соединенный с помощью каротажного кабеля с входом пикового детектора 13, опускается в скважину. Зонд плотно прижимают к стенке скважины с помощью прижимного устройства 12. Относительно оси скважины зонд 1 оказывается смещенным в сторону действия прижимной силы (F). С противоположной стороны от линии касания зонда 1 со стенкой скважины его окружает немагнитная среда глубиной, превосходящей величину магнитного зазора 5. Периодическое прижатие магнитного зазора с циклической частотой осуществляется в скважине путем вращения магнита 3 и магнитного зазора 5 в плоскости, перпендикулярной ее оси. Начинают перемещать прижатый к стенке скважины зонд 1 вверх. В анализаторе 14 происходит измерение и векторное сложение скоростей и =R, там же с каждым циклом касания зазора магнита исследуемой среды формируется сигнал сброса показания регистрирующего прибора 16, а также происходит хранение и обработка принятого из пикового детектора 13 полезного сигнала. При возникновении в катушке 6 сигнала-помехи, например, за счет налипания посторонней ферромагнитной частицы на внешнюю поверхность зонда 1 в области действия магнитного зазора 5 изменяются форма и длительность импульса ЭДС индукции, а налипшая на корпус зонда частица перемещается вращающимся зазором магнита по полукругу до продольного выступа 17 на корпусе зонда, расположенного со стороны размещения прижимного устройства 12. В момент, когда зазор магнита, вращаясь, переместится за границу продольного выступа, на ферромагнитную частицу прекращает действовать сила притяжения зазора, и она, имея вес, падает с корпуса зонда, очищая зазор 5. Способ и устройство позволяют получить такую магнитную характеристику, по которой можно не только с высокой точностью осуществлять поиски магнитных объектов с малой концентрацией ферромагнетика, но и определить точное его содержание в исследуемой среде. Порог чувствительности способа для С (по магнетику) составляет 0,01% т.е. повышается по сравнению с известными устройствами как минимум в 50 раз. По производительности способ не уступает самым скоростным известным методам геофизических исследований скважин и морской геофизики. Если в известном способе возрастание линейной скорости движения зонда не приводит к увеличению величины измеряемого параметра, то, при той же С в предлагаемом способе чем больше суммарная скорость движения магнитного зазора относительно исследуемой среды, тем больше величина Emax, т. е. прямо пропорционально увеличивается чувствительность способа. Кроме того, на практике не всегда можно достичь оптимальной скорости движения магнита только за счет поступательного движения зонда. Например, корабль, сообщающий зонду это движение, не может двигаться со скоростью, превышающей его технические данные, поэтому, придавая магниту внутри зонда дополнительное периодическое движение, увеличивают чувствительность способа при обнаружении магнитных объектов.

Формула изобретения

1. Способ обнаружения магнитных объектов, включающий намагничивание исследуемого объекта магнитным полем постоянного магнита на участке между его полюсными наконечниками при перемещении постоянного магнита вдоль исследуемого объекта, регистрацию индуктивного сигнала с последующим обнаружением магнитных объектов, отличающийся тем, что полюсные наконечники постоянного магнита прижимают к исследуемому объекту с заданной периодичностью с циклической частотой или постоянно, намагничивая при этом до насыщения ферромагнетики участка между полюсными наконечниками постоянного магнита, измеряют амплитуду Emax индуктивного сигнала и скорость перемещения постоянного магнита вдоль исследуемого объекта, определяют содержание C ферромагнетика на участке исследуемого объекта при периодическом его намагничивании из соотношения где K постоянная, определяемая на объекте с известным содержанием ферромагнетика; R радиус периодического движения магнита,
а при постоянном намагничивании исследуемого объекта определяют градиент концентрации ферромагнетика последующее обнаружение магнитных объектов проводят с учетом полученных результатов определяемых величин. 2. Устройство для обнаружения магнитных объектов, содержащее зонд, в котором размещен датчик, состоящий из постоянного магнита с полюсными наконечниками и катушки индуктивности, соединенной с усилителем и регистрирующим прибором, отличающееся тем, что в устройство введены прижимное устройство зонда, электромотор, на валу которого размещены датчик и усилитель, выполненные с возможностью вращения постоянного магнита, стабилизатор напряжения, соединенный с электромотором и усилителем, тахометр, пиковый детектор, анализатор и счетчик импульсов, при этом усилитель, пиковый детектор, анализатор и регистрирующий прибор соединены последовательно, а анализатор соединен с тахометром и счетчиком импульсов. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что для исследования скважин зонд выполнен цилиндрической формы и снабжен продольным выступом со стороны размещения прижимного устройства, а датчик и усилитель выполнены с возможностью вращения постоянного магнита в плоскости, перпендикулярной продольной оси зонда.

РИСУНКИ

Рисунок 1

вопрос по физике. как можно обнаружить магнитное поле?=)

Опыты показывают, что вокруг всякого движущегося заряда помимо электрического поля существует также и магнитное поле. Электрическое поле действует как на неподвижные, так и на движущиеся заряды. Важнейшая особенность магнитного поля состоит в том, что оно действует только на движущиеся в этом поле электрические заряды. Характер воздействия магнитного поля на ток зависит от формы проводника, по которому течет ток, от расположения проводника в силовом поле и от направления тока. Следовательно, чтобы охарактеризовать магнитное поле, надо рассмотреть его действие на определенный электрический ток. Подобно тому, как при исследовании электростатического поля использовались точечные электрические заряды, для обнаружения и исследования магнитного поля используется замкнутый плоский контур с током - рамка с током, размеры которой малы по сравнению с расстоянием до токов, создающих магнитное поле. Ориентация контура в пространстве характеризуется направлением нормали к плоскости рамки. В качестве положительного направления нормали принимается направление, связанное стоком правилом буравчика: за положительное направление нормали принимается направление поступательного движения винта, рукоятка (головка) которого вращается в направлении тока, текущего в рамке

поднести магнит)

при помощи компАса 🙂

на бумажный листок насыпь железную стружку и под листком проведи магнитом и увидишь чудо

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *