Intenzita magnetického pole permanentního magnetu

Použité senzory: Magnetometr

Kategorie: magnetismus

Potřeby: chytrý telefon s aplikací Phyphox, pravítko ,nebo metr, silný magnet (například neodymový)

Teorie:

Magnety, od tradičních tyčových magnetů po moderní neodymové magnety, fascinují lidi od jejich objevu. Síla přitažlivosti nebo odpudivosti mezi dvěma magnety (neboli magnetickými dipólu) se výrazně mění s jejich vzájemnou vzdáleností. Na rozdíl od bodového zdroje (například elektrického náboje), jehož pole klesá s druhou mocninou vzdálenosti, dipólové pole je složitější. Už v roce 1777 Charles Coulomb pomocí torzních vah ukázal, že intenzita pole permanentního magnetu klesá se třetí mocninou vzdálenosti. To můžeme vyjádřit vztahem

kde B je magnetická indukce a r je vzdálenost od magnetu. Pojďme si to nyní experimentálně ověřit.

Postup

Umístěte magnet na pevný povrch, například na stůl, a zajistěte, aby se během měření nepohyboval. Označte si referenční bod, od kterého budete měřit vzdálenost. Spusťte na svém telefonu aplikaci Phyphox a vyberte experiment "Magnetometr". Před zahájením měření zkalibrujte senzor podle pokynů, které najdete v záložce "Nápověda", aby byla zajištěna přesnost naměřených hodnot.

Umístěte telefon tak, aby byl ve vybrané vzdálenosti od magnetu (např. 5 cm). Zaznamenejte hodnotu magnetické indukce zobrazenou v aplikaci. Poté postupně zvyšujte vzdálenost (např. o 5 cm) a pro každou vzdálenost zaznamenejte příslušnou hodnotu magnetické indukce. Pokračujte v měření až do vzdálenosti, kde je magnetické pole srovnatelné s hodnotou okolního magnetického pole.

Získaná data zpracujte tak, že od naměřených hodnot magnetické indukce odečtete hodnotu okolního magnetického pole (tzv. pozadí), které zjistíte měřením ve velké vzdálenosti od magnetu.

Nyní máme v podstatě dvě možnosti, jak nasbíraná data zobrazit. Buď uděláme klasický graf, ve kterém na ose x vyneseme vzdálenost a na ose y magnetickou indukci. V tomto případě nám vyjde graf, který je možné nafitovat inverzní kubickou funkcí. Druhou možností je vykreslit graf závislosti magnetické indukce na třetí mocnině inverzní vzdálenosti. Pokud data sledují lineární trend, potvrzuje to platnost vztahu.

Poznámky:

!!! Při manipulaci se silnými magnety buďte opatrní, aby nedošlo k poranění prstů nebo poškození elektronických zařízení v blízkosti.!!!

Pokuste se minimalizovat rušení z okolních magnetických zdrojů, které by mohly ovlivnit výsledky. Pokud naměřené hodnoty neodpovídají očekávanému vztahu, zvažte možné zdroje chyb, jako je nepřesné měření vzdálenosti, přítomnost kovových předmětů v okolí nebo nesprávná kalibrace senzoru.