磁力,在磁粉检测中,主要表现为:磁极对铁磁性材料(工件或磁粉)被磁化后形成异名磁极的吸引力。
那么,本文就说说“磁极”吧。如有不当,敬请专家和读者指正。
1 概述
磁体的端部,对外表现出磁力最强部位,称为磁极。
请读者注意,上面叙述中有“端部”、“对外”等字眼,这其中的含义是:如果把一块条形的永磁体假想做成一个无缝隙的圆环,那么,这个磁环,便没有磁极了,理论上对外不表现出磁性或磁力了。如果磁环有缝隙(空气隙或缺陷),甚至将其拉直,磁体上便有了两个端部,便有了N和S两个磁极。磁极是成对出现在同一个磁体两端的磁偶极子,再小的磁体,也有N和S两个磁极。N极是悬在空中、可以自由转动磁针的指北极,称为正磁极。
两个磁体,其同名磁极(比如N极对N极,或S对S极),它们的作用力为排斥力,一个或两个磁体的异名磁极(比如N极对s极),它们的作用力为吸引力。
2 磁极的单位
磁极的单位,也就是磁极强度的单位,它的实质就是磁路有气隙时的磁通量。它单位有两个:
2.1 绝对单位磁极
在高斯 (CGS)单位制中,经典磁学规定:在真空中(也可以近似认为在空气中),两个强弱相当的磁极,如果它们相距1cm,产生的相互作用力为1达因,则每个磁极强度就是1个绝对单位磁极。
笔者注:
1)什公是“两个强弱相当的磁极”?两个材质相同、直径相同、细而长的磁体的磁极,被认为是两个强弱相当的磁极。磁体要细而长的原因,是尽量减小同一磁体上另一磁极退磁场的作用力。
2)1达因(dyn)=10的负5次方牛顿;或1N=10的5次方dyn。
2.2 韦伯
在国际单位(SI)制中,磁极(强度)的单位是韦伯。韦伯的组成,很复杂,1韦伯=1Wb=N.m/A。这个单位表示:在磁场强度为1A/m(安/米)的磁场中,能够与之产生1牛顿作用力的磁极强度。
韦伯(Wb)这个单位很大:
1韦伯=10的8次方/(4π) 绝对单位磁极≈80X10的5次方绝对单位磁极。
3 磁库伦定律
3.1 磁库伦定律公式
人们发现两个磁极强度越小,它们之间的距离(空气隙长度)越大,它们之间的作用力越小。于是产生了磁库伦定律:
F=K.P1.P2/(r Xr) (1)
式中:F一在真空(空气)中的磁极相互作用力。在国际单位(SI)制中,单位为牛顿;在高斯 (cGS)单位制中,单位为达因;
K一比例系数,因式中其它参数单位不同而不同。在CGS单位制中,K=1;
P1、P2一分别代表两个磁极强度。它们的单位可以是韦伯或绝对单位。在CGS单位制中,单位为绝对单位磁极;
r一两磁极在真空(空气)中的距离。在CGS单位制中,单位为厘米。
3.2 磁库伦定律释义
1)两个磁极之间的作用力F,和两个磁极强度的乘积成正比。如果两个磁极强度相等,则磁力F和两个磁极强度的平方成正比。磁粉检测的许多措施是为提高磁极强度(即磁路中的磁通量)。
2)磁力F和两个磁极之间的距离r的平方成反比。如果是同一磁体,两极间的距离也可视为空气隙。气隙越小,磁作用力越大。
3) 对电流建立的磁场,两个磁极之间的作用力F,被原磁场(以磁场强度为代表),对进入其中一个磁极(通常是被磁化后工件的异名磁极)的作用力,取而代之了。这就出现了磁场强度、磁通量等更重要的术语。
4 后记
库伦定律涉及到的P1和P2,以及r三个参数,用电流建立磁回路的观点来看,会出现一个结果,也就是磁通量的大小。电流(单位为安或安匝)是磁动势(磁压),是产生P1(原磁场)的根源,铁磁性物质相对磁导率高,磁阻小,使回路中磁通量(磁流)变大(或者说,铁磁性工件被“感应”后产生异名磁极P2);而空气隙大,相对磁导率小,磁阻大,回路中磁通量(磁流)小,等于P1和P2之间距离r增大了。
当工件表面、近表面有缺陷时,相当这个局部有了气隙,形成了漏磁场,缺陷两侧也出现了N、S极,这是磁粉检测的基本原理,见资料〔1〕第42页图2-54。
参考文献:
资料〔1〕:宋志哲主编.磁粉检测〔M〕.北京:中国劳动社会保障出版社,2007.
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