Lực hấp dẫn của nam châm và các thiết bị hút từ
Đối với các ứng dụng từ tính, mọi người đều rất quan tâm đến lực hút từ của nam châm. Lực hút của nam châm có thể được tính toán (sử dụng máy tính lực căng) và công thức sau đây có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng các điều kiện mặc định của công thức rất lý tưởng, nghĩa là phân bố từ trường rất đồng đều, độ từ thẩm của vật bị hút rất cao (không thể sử dụng các vật liệu từ yếu như thép không gỉ loại 300 và các hợp kim ferro khác) và độ dày và diện tích hấp phụ là đủ (tăng độ dày và diện tích sẽ không làm tăng thêm lực hút, nghĩa là không tính đến rò rỉ từ tính). Mặc dù vậy, giá trị tính toán chỉ có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo và không thể sử dụng để tính toán chính xác. F (N) = 2 * S (m ²) * B (T) ² / μ 0, trong đó S biểu thị diện tích hấp phụ, B biểu thị mật độ từ thông khe hở không khí và μ 0 là độ từ thẩm chân không (là hằng số, μ 0 = 4 π * 10-7).
Làm thế nào để tăng lực hút của nam châm? Từ công thức, ta thấy lực hút của nam châm tỉ lệ thuận với diện tích hấp phụ và mật độ từ thông khe hở không khí. Có thể thấy tăng diện tích hấp phụ và cải thiện mật độ từ thông khe hở không khí là hai cách chính để tăng lực hút của nam châm. 1. Tăng diện tích hấp phụ ít nhất phải bao phủ bề mặt hấp phụ từ tính, và nếu điều kiện cho phép, có thể tăng độ dày của vật liệu hấp phụ.
Khi nam châm bị hút vào tấm sắt: diện tích hấp phụ giữa tấm sắt và nam châm càng lớn thì lực hút giữa các nam châm càng lớn. Khi diện tích hấp phụ bằng diện tích của nam châm, xu hướng tăng lực hút sẽ dần chậm lại. Khi tấm sắt đủ lớn, việc tăng diện tích của tấm sắt có thể không làm tăng thêm lực hút; Khi diện tích của tấm sắt bằng nhau, việc tăng độ dày của tấm sắt có thể làm tăng lực hút. Khi tấm sắt dày hơn, việc tăng độ dày của tấm sắt sẽ dần làm phẳng sự gia tăng lực hút cho đến khi không còn cải thiện nữa.
2. Tăng mật độ từ thông khe hở không khí. Khi diện tích hấp phụ S không đổi, tìm cách tăng mật độ từ thông khe hở không khí và giảm từ thông rò rỉ là cách hiệu quả hơn để cải thiện lực hút. Từ hóa đa cực có thể làm giảm hiệu quả từ thông rò rỉ.
Từ sơ đồ mô phỏng từ trường, ta có thể thấy rằng sau khi thay đổi nam châm sang từ hóa lưỡng cực, từ trường rò rỉ giảm đáng kể và một phần lớn các đường sức từ tạo thành vòng mạch từ bên trong tấm sắt hấp phụ.
Nếu số cực tiếp tục tăng và thêm một tấm nam châm vào phía dưới nam châm, từ thông rò rỉ sẽ tiếp tục giảm và lực hút sẽ tiếp tục tăng.
Xu hướng hiện nay trong thiết kế các thành phần từ tính là tối đa hóa việc sử dụng từ trường bằng cách thiết kế mạch từ đa cực hoặc mạch từ Halbeck, hoặc sử dụng vật liệu có độ từ thẩm cao để dẫn từ trường càng nhiều càng tốt qua vật thể bị hút, tạo thành một vòng mạch từ. Các ứng dụng điển hình bao gồm: tấm từ cao su, được thiết kế để từ hóa nhiều giai đoạn, một số có đa cực hai mặt và một số có đa cực một mặt. Hiệu suất từ của nam châm cao su rất thấp, nhưng thông qua thiết kế mạch từ đa cực, từ trường được phân bố dày đặc trên bề mặt, dẫn đến rò rỉ từ tối thiểu trong quá trình hấp phụ và tạo ra hiệu ứng hấp phụ tốt;
Thiết kế các thành phần hút từ không thể tách rời khỏi việc xem xét khoảng cách hấp phụ. Những điều đã đề cập ở trên đều dựa trên hấp phụ tiếp xúc trực tiếp. Nếu khoảng cách thay đổi, lực hút thường thay đổi rất nhiều. Hình sau đây cho thấy một số thiết bị hút từ nam châm đơn điển hình và các thành phần từ đa cực tuân theo một quy tắc tương tự. Càng có nhiều cực, lực hút càng lớn ở khoảng cách 0, nhưng sự suy giảm càng rõ ràng khi khoảng cách tăng lên.