Měření velikosti magnetické síly
Pomůcky: Digitální váhy, distanční blok z polystyrenu, stojan s držáky, pravítko, zkoumaný magnet, feromagnetické těleso.
Prozkoumání závislosti magnetické síly mezi magnety na vzdálenosti lze provést podle metody [1] . Měření síly siloměrem je však většinou dost nepřesné a také potřebná aparatura je pro běžného učitele fyziky, který nemá k dispozici dílenské zázemí, dost složitá.
Jednodušší je k měření síly použít digitální váhy. Váhami vlastně normálně měříme tíhovou sílu, která působí na vážený předmět. Musíme jen si být vědomi, že údaj 100,0 g na stupnici vah znamená sílu 9,81 N působící na váhy. Digitální váhy mají tu výhodu, že pohyb stolku, na který pokládáme vážený předmět je prakticky neznatelný, jsou relativně přesné a dnes i cenově dostupné. Magnet ani zmagnetovaný materiál nelze pokládat na stolek vah přímo. Váhy samy obsahují feromagnetické části a pokud na ně působí magnetické pole, údaj na stupnici je chybný!
Obr. 1: Uspořádání experimentu při měření magnetické síly, kterou působí magnet na železnou kuličku. Magnet je podložen pásky skla. Kulička je poblíž netečného pásma magnetu. Distančním blokem oddělující kuličku od vah je plastový odměrný válec. Je lehký a dostatečně stabilní. V dané poloze přitahuje magnet kuličku silou 90 mN.
Na váhy položíme distanční blok zajišťující dostatečnou vzdálenost mezi vzorkem materiálu, na který budeme působit magnetickým polem a váhami. Něco lehkého, dostatečně rozměrného a pevného. Vhodný je blok polystyrenu, prázdná plastová či papírová krabice. Na blok položíme zkoumaný vzorek. Vytárujeme váhy. Nad zkoumaný vzorek umístíme do držáku na stojanu magnet. Pokud zkoumáme odpudivou sílu mezi magnety, není třeba dalších úprav. Pokud zkoumáme sílu přitažlivou, vložíme do mezery mezi magnety tenkou tlumící podložku, která v případě přiskočení magnetů k sobě ztlumí náraz. Stačí kousek vlnité lepenky. V případě větší přitažlivé síly než je tíha vzorku je nutné mít vzorek k distančnímu bloku připevněný a blok zatížený.
Zkoumaným vzorkem může být magnet, jakákoli feromagnetická látka či cívka s proudem. Při uvedeném postupu můžeme také nahradit magnet v držáku stojanu cívkou s proudem. Zkoumat pak silové účinky magnetického pole vytvořeného elektrickým proudem ve vodiči na druhý vodič, na feromagnetickou látku nebo permanentní magnet.
Obr. 2: Dva malé neodymové kroužky unesou přes 20 kg zátěže.
Uvedená sestava je vhodná pro přesná měření malých sil, řádově setiny až jednotky newtonů. Přídržná síla některých magnetů může být mnohonásobně vyšší. Na obr. 2 drží dva magnety na krátkém jádře I ze soupravy rozkladného transformátoru dvacetkilogramové litinové závaží. Při manipulaci s těmito magnety je třeba zvýšené opatrnosti. Při razantním přitažení k feromagnetické látce hrozí jejich poškození. Také pokud nás přicvaknou, je to stejné jako skřípnutí kleštěmi. Hrozí nepříjemné drobné úrazy.
Literatura:
[1] Sborník z konference Veletrh nápadů učitelů fyziky 6. Olomouc 2001, str. 93