L'acciaio blocca il campo magnetico o lo estende ulteriormente? Sembrano risultati opposti, quindi perché a volte è l'uno o l'altro? Non possono essere entrambe le cose, giusto? Forse è così...
Da un lato, un filo di graffette d'acciaio estende chiaramente l'attrazione di un magnete. Una graffetta attaccata a un magnete diventa temporaneamente essa stessa un magnete. L'ultima graffetta di una fila di graffette d'acciaio non può essere attratta dal magnete da così lontano senza che le altre graffette siano legate insieme. Il campo magnetico utile si estende certamente più lontano dal magnete.
D'altra parte, si dice che l'acciaio scherma, reindirizza o blocca i campi magnetici. Un magnete attaccato a una rondella d'acciaio non si attaccherà alla superficie d'acciaio come farebbe una rondella d'acciaio. La rondella d'acciaio blocca il campo magnetico, riducendo così la forza di attrazione.
Quando ci viene posto questo tipo di domanda, la nostra risposta è spesso un frustrante e vago "dipende". In questo articolo scaveremo un po' più a fondo e cercheremo di trovare una risposta più specifica a questo tipo di domanda.
Quando si attacca un magnete a un pezzo di ferro o di acciaio, l'acciaio si comporta temporaneamente come un magnete. Possiamo dire che ha poli nord e sud, proprio come gli altri magneti che vendiamo.
Chiamiamo questo pezzo d'acciaio "magnete temporaneo" perché quando rimuoviamo il magnete, l'effetto scompare. Ecco perché i magneti al neodimio sono chiamati "magneti permanenti". La magnetizzazione è permanente e non richiede un magnete esterno o un campo magnetico per essere mantenuta.
Informazioni sulla geometria
Arriviamo subito al punto: se avete una configurazione specifica, come fate a sapere se un pezzo di acciaio migliorerà o peggiorerà le prestazioni? Quando i nostri ingegneri dicono che la risposta dipende dai dettagli, in realtà si riferiscono alla geometria.
Quali sono le dimensioni e la forma dei magneti?
Quali sono le dimensioni e la forma dell'acciaio?
Come sono allineati tra loro? A cosa si attengono?
Qual è il loro effetto? Siete più interessati all'attrazione di un oggetto o alla forza del campo magnetico che attiva il sensore?
Per cercare di rispondere a questa domanda, allontaniamoci dalla graffetta e consideriamo uno scenario più generale.
Si inizia con un semplice magnete cilindrico, ad esempio un magnete D44 di 1/4″ di diametro x 1/4″ di spessore. Successivamente, applichiamo un disco/cilindro d'acciaio sulla parte superiore del magnete, con un diametro e uno spessore che possiamo specificare. Possiamo scegliere queste due dimensioni per considerare un cilindro alto, un disco sottile o una via di mezzo. In che modo le dimensioni influiscono sull'intensità del campo magnetico o sulla forza di attrazione che vediamo all'estremità del disco d'acciaio? Come si confrontano questi risultati con quelli ottenuti senza il disco d'acciaio?
Il selettore sottostante consente di provare cilindri di acciaio di diverse dimensioni posizionati sopra il magnete. Consente di stimare l'intensità del campo magnetico all'estremità del disco d'acciaio o la forza di attrazione sulla superficie del disco d'acciaio.
Rispondere alla domanda
Tutto questo è divertente, ma torniamo alla domanda iniziale: Se metto un pezzo di acciaio sopra questo magnete, aumenterà o diminuirà l'intensità del campo magnetico?
Iniziamo con una linea di base con cui confrontare i nostri risultati. La nostra linea di base è costituita dall'assenza di parti in acciaio. È possibile selezionare questa condizione selezionando il diametro "Nessuno". I risultati senza parti in acciaio sono gli stessi di un singolo magnete nello spazio libero, come descritto nell'articolo "Campi di superficie". Abbiamo semplicemente misurato l'intensità del campo magnetico a diverse distanze dalla superficie del magnete. L'intensità del campo magnetico è forte in prossimità della superficie del magnete e diminuisce rapidamente all'aumentare della distanza.
Nel grafico sottostante, abbiamo tracciato questi valori di base come linea blu scuro più spessa. I risultati sono gli stessi dello strumento selettore di cui sopra, solo che sono tracciati su un grafico.
Ora, cosa succede se, invece di lasciare un vuoto d'aria tra il magnete e il punto di misurazione, poniamo un disco o una barra d'acciaio del diametro di 1/4″ sopra il magnete? Come sono le misurazioni rispetto a quelle effettuate con la barra al posto del traferro? A seconda dell'altezza del disco di acciaio da 1/4″ di diametro, si ottengono risposte diverse.
Se l'altezza del cilindro d'acciaio è pari o inferiore a 1/8″, l'intensità di campo è debole. Il disco d'acciaio riduce l'intensità di campo nel punto di misura. È meglio lasciare solo un vuoto d'aria.
Se l'altezza è di 1/4″ o più, ci aspettiamo che l'intensità del campo sia più forte. Il disco di acciaio estende il campo forte più lontano dal magnete.
Nella figura, lo sfondo verde mostra i punti in cui l'intensità di campo aumenta quando si utilizza il disco d'acciaio (rispetto a quando non si utilizza alcun disco d'acciaio). Lo sfondo rosso mostra i punti in cui l'intensità di campo diminuisce. Dopo tutte queste ricerche, siamo tornati alla risposta iniziale: i risultati dipendono dalla geometria!
Ancora più complicato: la forza di trazione è diversa!
La forza di campo e la forza di trazione non sono la stessa cosa. Anche se questi numeri possono sembrare vagamente correlati, non esiste una relazione uno-a-uno tra i due. Sono misure molto diverse delle prestazioni di un magnete.
La figura seguente mostra la stessa serie di risultati, ma misurando la forza di trazione di una grande piastra d'acciaio invece dell'intensità di campo. Sebbene le forme siano simili, i risultati sono diversi. Non tutte le forme di acciaio che sono risultate più deboli nella precedente analisi della resistenza di campo daranno una forza di trazione più debole. Alcune forme possono dare una forza di trazione forte ma una resistenza di campo più debole. In altri casi è vero il contrario.
Nel nostro studio sull'intensità del campo magnetico, un disco o un cilindro con un diametro più piccolo forniva un campo magnetico più forte di uno con un diametro maggiore. Ma la forza di attrazione non è così semplice. Se si osserva il diametro da piccolo a grande, si nota che la forza di attrazione è più debole, raggiunge il massimo in corrispondenza di una lastra d'acciaio di 3/16 di pollice di diametro e poi diminuisce di nuovo. È davvero complicato!
Le prestazioni di un magnete dipendono non solo dalla forma del magnete e dall'oggetto in acciaio che lo circonda, ma anche dalla metrica delle prestazioni che si valuta.
