Процесс намагничивания и перемагничивания.

Раздел 5 Магнитные материалы

                                                                 (Калинин стр.240; Колесов стр.460)

   Все вещества в природе являются магнитными, т.е. они взаимодействуют с внешним магнитным полем и обладают определёнными магнитными свойствами, которые обусловлены магнитными свойствами электронов. Электрон обладает орбитальным и спиновым магнитными моментами, которые, складываясь, создают результирующий момент атома. Суммарный магнитный момент всех атомов в единице объёма называется намагниченностью М (А/м). Намагниченность М=0 когда в пространстве, окружающем вещество внешнее магнитное поле отсутствует. При помещении вещества в магнитное поле с напряжённостью Н (А/м) происходит ориентация магнитных моментов атомов и намагниченность определяется соотношением

М = к_μ Н,

где к_μ – магнитная восприимчивость (величина безразмерная).

Тема 5.1 Классификация магнитных материалов

По силе взаимодействия с магнитным полем все вещества можно разделить на слабомагнитные и сильномагнитные.

 Слабомагнитныехарактеризуются величиной магнитной восприимчивости намного меньшей единицы (к_μ<<1). К ним относятся парамагнетики и диамагнетики.

Парамагнетики усиливают внутри себя внешнее магнитное поле (к_μ >1). Они притягиваются к магнитам и электромагнитам в тысячи раз слабее, чем ферромагнитные материалы. К нимотносят алюминий, олово, хром, марганец, платину, вольфрам, растворы солей железа и др. Это материалы, атомы которых имеют нечётное число электронов. Атомы парамагнетиков уже обладают собственным магнитным моментом, а при приложении магнитного поля их магнитные моменты ориентируются в направлении поля и усиливают его.

Диамагнетики ослабляют внутри себя действующее извне магнитное поле (к_μ < 1). Оник магнитам материалам не притягиваются, а отталкиваются. К ним относят медь, серебро, золото, свинец, цинк, смолу, воду, большую часть газов, воздух и др.. Это материалы, в которых при отсутствии внешнего магнитного поля существует только магнитный момент, наведенный внешним магнитным полем.

Сильномагнитные вещества характеризуются величиной магнитной восприимчивости намного большей единице (к_μ >>1). К ним относятся ферромагнетики и ферримагнетики.

Магнитные материалы подразделяют на магнитомягкие, магнитотвердые и материалы специализированного назначения.

К магнитомягким относят материалы с малой коэрцетивной силой (Н_с<800 А/м) и высокой магнитной проницаемостью. Они намагничиваются до насыщения в любых магнитных полях, обладают узкой петлей гистерезиса и малыми потерями на перемагничивание. Их используют в качестве сердечников дросселей, трансформаторов, электромагнитов и т.п.

К магнитотвердым относят материалы с большой коэрцитивной силой (Н_с>4кА/м). Они перемагничиваются в очень сильных магнитных полях и служат изготовления постоянных магнитов.

Среди материалов специализированного назначения в радиоэлектронике применяются материалы с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ), ферриты для устройств сверхвысокочастотного диапазона и магнитострикционные материалы.

Ферромагнитные, парамагнитные и диамагнитные материалы.
Все вещества – твердые, жидкие и газообразные в зависимости от магнитных свойств делят на три группы: ферромагнитные, парамагнитные и диамагнитные.

Ферромагнитные материалы (железо, кобальт, никель и их сплавы) обладают высокой магнитной проницаемостью, в тысячи и даже десятки тысяч раз большей магнитной проницаемости неферромагнитных веществ, и хорошо притягиваются к магнитам и электромагнитам.

Ферромагнитные материалы благодаря их способности намагничиваться широко применяют при изготовлении электрических машин, аппаратов в других электротехнических установок. Основными характеристиками их являются: кривая намагничивания, ширина петли гистерезиса и потери мощности при перемагничивании.

Процесс намагничивания и перемагничивания.

Процесс намагничивания ферромагнитного материала можно изобразить в виде кривой намагничивания (рис. 5.1, а), которая представляет собой зависимость индукции В от напряженности Н магнитного поля.

Кривую намагничивания можно разбить на три участка:

0-а –магнитная индукция возрастает почти пропорционально напряженности поля (намагничивающему току);

а-б –магнитная индукция замедляется («колено» кривой намагничивания);

б и далее – участок магнитного насыщения, где зависимость В от H становится опять прямолинейной, но характеризуется медленным нарастанием магнитной индукции при увеличении напряженности поля по сравнению с первым и вторым участками кривой.

 Рис.5.1 Кривая намагничивания ферромагнитного материала (а) и петля гистерезиса (б)

На рис. 5.1, б показан график изменения индукции при перемагничивании ферромагнитного материала. Как видно из этого графика, при одних и тех же значениях напряженности магнитного поля магнитная индукция, полученная при размагничивании ферромагнитного тела (участок а-б-в), будет больше индукции, полученной при намагничивании (участки 0-а и д-а). Когда напряженность поля будет доведена до нуля, индукция в ферромагнитном материале не уменьшится до нуля, а сохранит некоторое значение В_r соответствующее отрезку 0-б. Это значение В_r называется остаточной индукцией.