3^
I
Рис. 6.7 Магнитная муфта сцепления. Механическая сила передается через намагниченную ферромагнитную жидкость:
| — магнетон в ферромагнитной жидкости
пластинами дисковой муфты. Поскольку вязкость суспензии определяется напряженностью поля, можно при помощи магнит ного поля изменять величину крутящего момента, передаваемого с ведущего вала на ведомый вал.
6.14. РЕЛЕ
Для поддержания магнитного поля в свободном пространстве затрачивается больше энергии, чем для его поддержания в маг нитном веществе. В результате этого между телами, состоящими из магнитного материала, всегда существует сила притяжения, если они находятся во внешнем намагничивающем поле. Как показано на рис. 6.8, зазор между ферромагнитными пружин ными пластинками закрывается, когда намагничивающая сила превышает силу пружины, и, наоборот, открывается, когда сила пружины преобладает. Такое закрывание и открывание зазора
Пит ание не*Включено
Рис. 6.8. Реле. Два ферромагнит ных элемента притягиваются один к другому, если они оба намагничены
ц р |
N 1 |
Пит ание включено
можно использовать соответственно для замыкания и размыка ния некоторой электрической цепи.
6.15. ЖИДКОСТНЫЙ ПУСКАТЕЛЬ
Рассмотрим капсулу со ртутью, находящуюся в магнитном поле. В капсулу вмонтированы электроды, как показано на рис. 6.9. Электрический ток, протекающий через ртуть, переме щает ее в один или другой конец капсулы в зависимости от направления тока. Если на одном конце капсулы имеется пара электродов, то электрический контакт между этими электродами можно создавать или нарушать, изменяя направление управля ющего тока, подаваемого на другую пару электродов.
Рис. 6.9. Жидкостный пускатель. Если поместить в магнитное поле жидкость, несущую электриче ский ток, то на нее будет дей ствовать механическая сила:
вверху — цепь замкнута; внизу — цепь разомкнута
6.16. ФЕРРОЖИДКОСТЬ
Феррожидкости — это жидкости, обладающие магнитными свойствами, но не изменяющие в сколько-нибудь значитель ной степени свои механические характеристики под влиянием магнитного поля. Магнитное поле можно использовать рля стабилизации положения феррожидкости в присутствии грави тационных, центробежных и других внешних сил. Кроме того, при помощи приложенного магнитного поля можно заставить всплывать в феррожидкости объекты, которые имеют большую плотность, чем феррожидкость.
Феррожидкости обязаны своими магнитными свойствами субмикроскопическим магнитным частицам, образующим с несу щей жидкостью коллоидную суспензию. Каждая такая частица меньше магнитного домена, который обычно имеет диаметр около
Рис. 6.10. Феррожидкость в поле Био — Савара. Показана фор ма, которую принимает ферро жидкость при совместном дейст вии силы тяжести и поля Био — Савара
10 нм. Жидкостные механические свойства сохраняются фер рожидкостью даже при магнитном насыщении, так как указан ные частицы обрабатываются поверхностно-активным веществом, которое поддерживает их диспергированное состояние в несущей жидкости. Феррожидкость намагничивается, когда частицы упорядочивают свои ориентации под влиянием приложенного магнитного поля.
На рис. 6.10 изображен стержень с текущим в нем электри ческим током, направленный вертикально и проходящий через кювету с феррожидкостью. Феррожидкость подтягивается к стержню, т. е. в направлении градиента поля, вследствие чего часть ее, находящаяся вблизи поверхности стержня, выталкива ется вверх вдоль стержня периферическими частями феррожид кости. В итоге образуется мениск конической формы.
6.17. МАГНИТНЫЙ ПОДВЕС
При помощи постоянных магнитов с соответствующей геомет рической формой и коэрцитивной силой можно сконструировать устройство, один из элементов которого поддерживается исклю чительно магнитными полями, т. е. его можно заставить «пла вать» в магнитном поле (рис. 6.11). Кольцеобразный магнит окружен полем в форме чашки. Хотя это поле обычно близко к тороидальному, оно имеет меньшую напряженность вдоль центральной линии, чем во всех других точках. Если плавающий магнит имеет достаточную мощность, чтобы преодолеть размаг ничивающую силу кольцеобразного магнита, и снабжен ограни-
Стержневой магнит с вольтой
коэрцитивной силой
Кольцеобразный
магнит
Рис. 6.11. Магнитный подвес. Ме ханическая структура может пол ностью удерживаться магнитны ми силами
чивающим устройством, предотвращающим его опрокидывание, то взаимное отталкивание между полями кольцеобразного и плавающего магнитов образует подвешивающую силу.
7. МАГНИТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ
Целью магнитных измерений является оценка силы магнит ных полей и степени намагниченности веществ.
Магнитное поле характеризуется его напряженностью, маг нитной индукцией, направлением и формой. Магнитная индукция и напряженность поля связаны между собой посредством коэф фициента, называемого магнитной проницаемостью, в соответст вии с уравнением (3.2). Для немагнитной среды, такой, например, как воздух, магнитная проницаемость равна единице, и термины «индукция» и «напряженность» можно использовать как равно значные. Но такое их применение нецелесообразно, так как оно может привести к некоторой путанице — неправильному исполь зованию единиц измерения, некорректным формулировкам и т. п.
Почти любым явлением, возникновение которого зависит от магнитного поля, можно воспользоваться для измерения напря женности этого поля в вакууме, в воздухе и во многих других немагнитных средах. Если все другие условия, которые могут оказать влияние на данное явление, остаются неизменными, то рассматриваемый здесь принцип преобразования отражает глав ным образом разность напряженностей магнитного поля. Исполь зуя напряженность одного поля в качестве стандартной вели чины, можно определить напряженность другого поля, выразив
ее через напряженность первого. Один довольно грубый способ измерения относительной напряженности магнитного поля осно ван на применении колеблющегося магнита.
Поскольку магнитное поле в каждой точке пространства имеет определенное направление, большинство устройств для измерения поля обладает чувствительностью к направлению поля. Они реагируют на вектор поля, ориентированный в опре деленном направлении, которое указывается характерной осью устройства. Например, ориентация свободно подвешенного стержневого магнита зависит от направления магнитного поля, в котором он помещен: ось магнита стремится расположиться параллельно вектору поля. На этом явлении основаны такие приборы, как компас и инклинатор, изображенный на рис. 7.1.
Некоторые принципы преобразования, например, связанные с магниторезистивными эффектами и магнитоиндуктивными эф фектами, теоретически остаются в силе при любом направлении поля. Однако вследствие анизотропии материала, из которого изготовляют указанные приборы, необходима калибровка в на правлении их действия. В то же время приборы, основанные на определении частоты Лармора, сравнительно малочувстви тельны к направлению, так как все участвующие в процессе магнетоны автоматически ориентируются в направлении поля, причем практически невозможно узнать, каково именно это на правление. Частота Лармора определяется только напряжен ностью магнитного поля и не зависит от его направления, но амплитуда результирующего сигнала является функцией направ ления поля. На самом деле частоту Лармора вообще невозможно определить, если переменное поле, возбуждающее прецессию Лармора, направлено так же, как и внешнее поле, в которое помещен прибор.
Форма поля не может быть определена при помощи какоголибо одного явления без механических манипуляций. Ее находят путем измерения напряженности поля в разных точках простран ства и по разным направлениям. Магнитометрами обычно называют приборы, предназначенные почти для любых видов магнитных измерений, и не дают для этих приборов каких-либо более узких определений. Нередко приборы, измеряющие напря женность магнитного поля (а не его индукцию), называют гауссметрами {рис. 7.3), хотя это не вполне соответствует современной терминологии.
Намагниченность вещества можно оценить по его способности изменять заданное стандартное магнитное поле или же по воз действию на вещество силы, возникающей при помещении ве щества в стандартное магнитное поле. Первый из этих подходов используется в конструкции с колеблющимся образцом, пока занной на рис. 7.4, на втором подходе основан метод Гюи, иллюстрируемый на рис. 7.6.