Magnetna permeabilnost. Magnetna svojstva supstanci

Magnetski moment je glavna vektorska veličina koja karakterizira magnetska svojstva tvari. Budući da je izvor magnetizma zatvorena struja, vrijednost magnetnog momenta M definiran kao proizvod snage struje I na područje koje pokriva strujni krug S:

M = I×S A × m 2 .

Elektronske ljuske atoma i molekula imaju magnetne momente. Elektroni i druge elementarne čestice imaju spin magnetni moment određen postojanjem vlastitog mehaničkog momenta - spina. Spin magnetni moment elektrona može se orijentisati u vanjskom magnetskom polju na način da su moguće samo dvije jednake i suprotno usmjerene projekcije momenta na smjer vektora magnetskog polja, jednake Bohr magneton- 9.274 × 10 -24 A × m 2.

1. Definirajte pojam "magnetizacije" supstance.

magnetizacija - J- je ukupni magnetni moment po jedinici zapremine supstance:

1. Definirajte pojam "magnetna osjetljivost".

Magnetna osjetljivost tvari, א v- omjer magnetizacije tvari i jačine magnetskog polja, po jedinici volumena:

אv = , bezdimenzionalna količina.

Specifična magnetna osetljivost, א – omjer magnetske osjetljivosti prema gustini tvari, tj. magnetna osjetljivost po jedinici mase, mjerena u m 3 /kg.

1. Definirajte pojam "magnetna permeabilnost".

magnetna permeabilnost, μ – ovo je fizička veličina koja karakterizira promjenu magnetske indukcije kada je izložena magnetskom polju . Za izotropne medije, magnetska permeabilnost jednaka je omjeru indukcije u mediju AT na jačinu spoljašnjeg magnetnog polja H i na magnetnu konstantu μ 0 :

Magnetna permeabilnost je bezdimenzionalna veličina. Njegova vrijednost za određeni medij je 1 veća od magnetske osjetljivosti istog medija:

μ = אv+1, budući da B = μ 0 (H + J).

1. Dajte klasifikaciju materijala prema njihovim magnetnim svojstvima.

Prema magnetnoj strukturi i vrijednosti magnetne permeabilnosti (osjetljivosti), materijali se dijele na:

Dijamagneti μ< 1 (materijal se "opire" magnetnom polju);

Paramagneti µ > 1(materijal slabo percipira magnetno polje);

feromagneti µ >> 1(magnetno polje u materijalu je pojačano);

Ferimagneti µ >> 1(magnetno polje u materijalu se povećava, ali se magnetna struktura materijala razlikuje od strukture feromagneta);

Antiferomagneti μ ≈ 1(materijal slabo reaguje na magnetsko polje, iako je magnetna struktura slična ferimagnetima).

1. Opišite prirodu dijamagnetizma.

Dijamagnetizam je svojstvo tvari da se magnetizira prema smjeru vanjskog magnetskog polja koje djeluje na nju (u skladu sa zakonom elektromagnetne indukcije i Lenzovim pravilom). Dijamagnetizam je karakterističan za sve supstance, ali se u svom "čistom obliku" manifestuje u dijamagnetima. Dijamagneti su supstance čiji molekuli nemaju svoje magnetne momente (njihov ukupni magnetni moment je nula), pa nemaju drugih svojstava osim dijamagnetizma. Primjeri dijamagneta:

Vodik, א = - 2×10 -9 m 3 /kg.

Voda, א = - 0,7×10 -9 m 3 /kg.

Diamond, א = - 0,5×10 -9 m 3 /kg.

Grafit, א = - 3×10 -9 m 3 /kg.

Bakar = - 0,09×10 -9 m 3 /kg.

Cink, א = - 0,17×10 -9 m 3 /kg.

Srebro = - 0,18×10 -9 m 3 /kg.

Zlato, א = - 0,14×10 -9 m 3 /kg.

43. Opišite prirodu paramagnetizma.

Paramagnetizam je svojstvo supstanci koje se nazivaju paramagneti, koje, kada se stave u vanjsko magnetsko polje, dobijaju magnetni moment koji se poklapa sa smjerom ovog polja. Atomi i molekuli paramagneta, za razliku od dijamagneta, imaju svoje magnetne momente. U odsustvu polja, orijentacija ovih momenata je haotična (zbog toplotnog kretanja) i ukupni magnetni moment supstance je nula. Kada se primeni spoljašnje polje, dolazi do delimične orijentacije magnetnih momenata čestica u pravcu polja, a magnetizacija J se dodaje jačini spoljašnjeg polja H: B = μ 0 (H+J). Indukcija u supstanci je pojačana. Primjeri paramagneta:

Kiseonik, א = 108×10 -9 m 3 /kg.

Titanijum = 3×10 -9 m 3 /kg.

Aluminijum, א = 0,6×10 -9 m 3 /kg.

Platina, א = 0,97×10 -9 m 3 /kg.

44. Opišite prirodu feromagnetizma.

Feromagnetizam je magnetski uređeno stanje materije, u kojem su svi magnetni momenti atoma u određenoj zapremini materije (domeni) paralelni, što uzrokuje spontanu magnetizaciju domena. Pojava magnetskog reda povezana je sa razmjenskom interakcijom elektrona, koja je elektrostatičke prirode (Coulombov zakon). U nedostatku vanjskog magnetskog polja, orijentacija magnetnih momenata različitih domena može biti proizvoljna, a volumen materije koji se razmatra može općenito imati slabu ili nultu magnetizaciju. Kada se primeni magnetno polje, magnetni momenti domena su orijentisani duž polja što je veća jačina polja. U tom slučaju se mijenja vrijednost magnetske permeabilnosti feromagneta i povećava se indukcija u tvari. Primjeri feromagneta:

Gvožđe, nikl, kobalt, gadolinijum

i legure ovih metala između sebe i drugih metala (Al, Au, Cr, Si, itd.). μ ≈ 100…100000.

45. Opišite prirodu ferimagnetizma.

Ferimagnetizam je magnetski uređeno stanje materije, u kojem magnetni momenti atoma ili iona formiraju u određenom volumenu materije (domen) magnetne podrešetke atoma ili iona s ukupnim magnetskim momentima koji nisu međusobno jednaki i usmjereni su antiparalelno. Ferimagnetizam se može smatrati najopštijim slučajem magnetno uređenog stanja, a feromagnetizam slučajem sa jednom podrešetom. Sastav feromagneta nužno uključuje atome feromagneta. Primjeri ferimagneta:

Fe 3 O 4 ; MgFe2O4; CuFe 2 O 4 ; MnFe 2 O 4 ; NiFe 2 O 4 ; CoFe2O4 …

Magnetska permeabilnost feromagneta je istog reda kao i feromagneta: μ ≈ 100…100000.

46. ​​Opišite prirodu antiferomagnetizma.

Antiferomagnetizam je magnetski uređeno stanje tvari koje karakterizira činjenica da su magnetni momenti susjednih čestica tvari orijentirani antiparalelno, a u odsustvu vanjskog magnetskog polja, ukupna magnetizacija tvari je nula. Antiferomagnet u odnosu na magnetsku strukturu može se smatrati posebnim slučajem ferimagneta u kojem su magnetni momenti podrešetka jednaki po apsolutnoj vrijednosti i antiparalelni. Magnetska permeabilnost antiferomagneta je blizu 1. Primjeri antiferomagneta:

Cr2O3; mangan; FeSi; Fe 2 O 3 ; NIO……… μ ≈ 1.

47. Kolika je vrijednost magnetske permeabilnosti materijala u supravodljivom stanju?

Superprovodnici ispod temperature superprijelaza su idealni dijamagneti:

א= - 1; μ = 0.

Magnetika

Sve tvari u magnetskom polju su magnetizirane (u njima nastaje unutrašnje magnetsko polje). Ovisno o veličini i smjeru unutrašnjeg polja, tvari se dijele na:

1) dijamagneti,

2) paramagneti,

3) feromagneti.

Magnetizaciju supstance karakteriše magnetna permeabilnost,

Magnetna indukcija u materiji,

Magnetna indukcija u vakuumu.

Svaki atom se može okarakterisati magnetnim momentom .

Struja u krugu, - površina kruga, - vektor normale na površinu kola.

Mikrostruja atoma nastaje kretanjem negativnih elektrona duž orbite i oko sopstvene ose, kao i rotacijom pozitivnog jezgra oko sopstvene ose.

1. Dijamagneti.

Kad nema vanjskog polja, u atomima dijamagneti kompenziraju se struje elektrona i jezgra. Ukupna mikrostruja atoma i njegov magnetni moment jednaki su nuli.

U vanjskom magnetskom polju, elementarne struje različite od nule se induciraju (induciraju) u atomima. U ovom slučaju, magnetni momenti atoma su suprotno orijentirani.

Stvara se malo vlastito polje, usmjereno suprotno od vanjskog i slabi ga.

u dijamagnetima.

Jer< , то для диамагнетиков 1.

2. Paramagneti

AT paramagneti mikrostruje atoma i njihovi magnetni momenti nisu jednaki nuli.

Bez vanjskog polja, ove mikrostruje se nalaze nasumično.

U vanjskom magnetskom polju, mikrostruje paramagnetnih atoma su orijentirane duž polja, pojačavajući ga.

U paramagnetu, magnetna indukcija = + malo prelazi .

Za paramagnete, 1. Za dija- i paramagnete, možete brojati 1.

Tabela 1. Magnetna permeabilnost para- i dijamagneta.

Magnetizacija paramagneta zavisi od temperature, jer. toplotno kretanje atoma onemogućava uređeni raspored mikrostruja.

Većina supstanci u prirodi su paramagnetne.

Intrinzično magnetsko polje u dija- i paramagnetima je beznačajno i uništava se ako se supstanca ukloni iz vanjskog polja (atomi se vraćaju u prvobitno stanje, supstanca se demagnetizira).

3. Feromagneti

Magnetna permeabilnost feromagneti dostiže stotine hiljada i zavisi od veličine magnetizirajućeg polja ( visoko magnetne supstance).

Feromagneti: željezo, čelik, nikl, kobalt, njihove legure i spojevi.

U feromagnetima postoje područja spontane magnetizacije ("domeni"), u kojima su sve mikrostruje atoma orijentirane na isti način. Veličina domene dostiže 0,1 mm.

U nedostatku vanjskog polja, magnetni momenti pojedinačnih domena su nasumično orijentirani i kompenzirani. U vanjskom polju, oni domeni u kojima mikrostruje pojačavaju vanjsko polje povećavaju svoju veličinu na račun susjednih. Rezultirajuće magnetno polje = + u feromagnetima je mnogo jače nego u para- i dijamagnetima.

Domeni koji sadrže milijarde atoma imaju inerciju i ne vraćaju se brzo u prvobitno neuređeno stanje. Stoga, ako se feromagnet ukloni iz vanjskog polja, tada se njegovo vlastito polje čuva dugo vremena.

Magnet se demagnetizira tokom dugotrajnog skladištenja (s vremenom se domeni vraćaju u haotično stanje).

Druga metoda demagnetizacije je grijanje. Za svaki feromagnet postoji temperatura (naziva se „Kirijeva tačka“) na kojoj se veze između atoma uništavaju u domenima. U tom slučaju, feromagnet se pretvara u paramagnet i dolazi do demagnetizacije. Na primjer, Curiejeva tačka za željezo je 770°C.

nazvana magnetna permeabilnost . Apsolutno magnetnopropusnost okruženje je omjer B prema H. ​​Prema Međunarodnom sistemu jedinica, mjeri se u jedinicama koje se nazivaju 1 henri po metru.

Njegova numerička vrijednost izražava se omjerom njegove vrijednosti i vrijednosti magnetne permeabilnosti vakuuma i označava se sa µ. Ova vrijednost se zove relativno magnetnopropusnost(ili jednostavno magnetska permeabilnost) medija. Kao relativna veličina, nema mjernu jedinicu.

Prema tome, relativna magnetna permeabilnost µ je vrijednost koja pokazuje koliko je puta indukcija polja datog medija manja (ili veća) od indukcije vakuumskog magnetnog polja.

Kada je tvar izložena vanjskom magnetskom polju, postaje magnetizirana. Kako se to dešava? Prema Ampereovoj hipotezi, mikroskopske električne struje konstantno kruže u svakoj supstanci, uzrokovane kretanjem elektrona po njihovim orbitama i prisustvom njihovih vlastitih.U normalnim uslovima to kretanje je poremećeno, a polja se međusobno "gase" (kompenzuju) . Kada se tijelo stavi u vanjsko polje, struje se uređuju i tijelo postaje magnetizirano (to jest, ima svoje polje).

Magnetska permeabilnost svih supstanci je različita. Na osnovu svoje veličine, tvari se mogu podijeliti u tri velike grupe.

At dijamagneti vrijednost magnetne permeabilnosti µ je nešto manja od jedinice. Na primjer, bizmut ima µ = 0,9998. Dijamagneti uključuju cink, olovo, kvarc, bakar, staklo, vodonik, benzol i vodu.

Magnetna permeabilnost paramagneti nešto više od jedinice (za aluminijum, µ = 1,000023). Primeri paramagneta su nikl, kiseonik, volfram, ebonit, platina, azot, vazduh.

Konačno, treća grupa uključuje brojne tvari (uglavnom metale i legure), čija magnetna permeabilnost značajno (za nekoliko redova veličine) premašuje jedinicu. Ove supstance su feromagneti. To uglavnom uključuje nikl, željezo, kobalt i njihove legure. Za čelik µ = 8∙10^3, za leguru nikla i željeza µ=2,5∙10^5. Feromagneti imaju svojstva koja ih razlikuju od drugih supstanci. Prvo, imaju rezidualni magnetizam. Drugo, njihova magnetna permeabilnost ovisi o veličini indukcije vanjskog polja. Treće, za svaku od njih postoji određeni temperaturni prag, tzv Curie point, pri čemu gubi svoja feromagnetna svojstva i postaje paramagnet. Za nikl je Kirijeva tačka 360°C, za gvožđe je 770°C.

Svojstva feromagneta određuju ne samo magnetska permeabilnost, već i vrijednost I, tzv. magnetizacija ove supstance. Ovo je složena nelinearna funkcija magnetne indukcije, rast magnetizacije je opisan linijom tzv krivulja magnetizacije. U ovom slučaju, nakon dostizanja određene točke, magnetizacija praktički prestaje rasti (dolazi magnetno zasićenje). Zaostajanje vrijednosti magnetizacije feromagneta od rastuće vrijednosti indukcije vanjskog polja naziva se magnetna histereza. U ovom slučaju postoji ovisnost magnetskih karakteristika feromagneta ne samo o njegovom trenutnom stanju, već i o njegovoj prethodnoj magnetizaciji. Grafički prikaz krivulje ove zavisnosti naziva se histerezna petlja.

Zbog svojih svojstava, feromagneti se široko koriste u inženjerstvu. Koriste se u rotorima generatora i elektromotora, u proizvodnji jezgara transformatora i u proizvodnji dijelova za elektronička računala. feromagneti se koriste u magnetofonima, telefonima, magnetnim trakama i drugim medijima.

6. MAGNETNI MATERIJALI

Sve tvari su magnetne i magnetizirane su u vanjskom magnetskom polju.

Prema svojim magnetnim svojstvima, materijali se dijele na slabo magnetne ( dijamagneti i paramagneti) i jako magnetna ( feromagneti i ferimagneti).

Dijamagnetiμ r < 1, значение которой не зависит от напряженности внешнего магнитного поля. Диамагнетиками являются вещества, атомы (молекулы) которых в отсутствие намагничивающего поля имеют магнитный момент равный нулю: водород, инертные газы, большинство органических соединений и некоторые металлы ( Cu, Zn, Ag, Au, Hg) i takođe AT i, Ga, Sb.

Paramagneti- supstance sa magnetskom permeabilnostiμ r> 1, što u slabim poljima ne zavisi od jačine spoljašnjeg magnetnog polja. Paramagneti uključuju tvari čiji atomi (molekuli) u odsustvu magnetizirajućeg polja imaju magnetni moment različit od nule: kisik, dušikov oksid, soli željeza, kobalta, nikla i rijetkih zemalja, alkalni metali, aluminij, platina.

Za dijamagnete i paramagnete, magnetska permeabilnostμ rblizu jedinstva. Primjena u inženjerstvu kao magnetnih materijala je ograničena.

U visoko magnetnim materijalima, magnetska permeabilnost je mnogo veća od jedinice (μ r >> 1) i zavisi od jačine magnetnog polja. To uključuje: željezo, nikal, kobalt i njihove legure, kao i legure hroma i mangana, gadolinij, ferite različitih sastava.

6.1. Magnetne karakteristike materijala

Magnetna svojstva materijala procjenjuju se fizičkim veličinama koje se nazivaju magnetne karakteristike.

Magnetna permeabilnost

Razlikovati relativno i apsolutno magnetna permeabilnost tvari (materijala) koje su međusobno povezane odnosom

μa = μ o μ, H/m

μoje magnetna konstanta,μo = 4π 10 -7 Gn/m;

μ – relativna magnetna permeabilnost (bezdimenzionalna vrijednost).

Za opis svojstava magnetnih materijala koristi se relativna magnetna permeabilnostμ (češće se naziva magnetska permeabilnost), a za praktične proračune koristite apsolutnu magnetnu permeabilnostμa, izračunato po jednačini

μa = AT /H,H/m

H– jačina magnetizirajućeg (eksternog) magnetnog polja, A/m

AT – indukcija magnetnog polja u magnetu.

Velika vrijednostμ pokazuje da se materijal lako magnetizira u slabim i jakim magnetnim poljima. Magnetska permeabilnost većine magneta ovisi o jačini magnetizirajućeg magnetnog polja.

Za karakterizaciju magnetnih svojstava široko se koristi bezdimenzionalna veličina, tzv magnetna osetljivost χ .

μ = 1 + χ

Temperaturni koeficijent magnetne permeabilnosti

Magnetna svojstva materije zavise od temperatureμ = μ (T) .

Da opišem prirodu promjenemagnetna svojstva sa temperaturomkoristiti temperaturni koeficijent magnetne permeabilnosti.

Ovisnost magnetske osjetljivosti paramagneta o temperaturiTopisano Curiejevim zakonom

gdje C - Curie konstanta .

Magnetne karakteristike feromagneta

Ovisnost magnetnih svojstava feromagneta ima složeniji karakter, prikazan na slici, i dostiže maksimum na temperaturi blizuQ to.

Temperatura pri kojoj se magnetska susceptibilnost naglo smanjuje, gotovo na nulu, naziva se Curiejeva temperatura -Q to. Na temperaturama iznadQ to proces magnetizacije feromagneta se poremeti usled intenzivnog toplotnog kretanja atoma i molekula, a materijal prestaje da bude feromagnet i postaje paramagnet.

Za gvožđe Q k = 768 ° C , za nikal Q k = 358 ° C , za kobalt Q k = 1131 ° C.

Iznad Curie temperature, ovisnost magnetske osjetljivosti feromagneta o temperaturiTopisano Curie-Weissovim zakonom

Proces magnetizacije visoko magnetnih materijala (feromagneta) ima histereza. Ako je demagnetizirani feromagnet magnetiziran u vanjskom polju, onda je magnetiziran uzduž krivulja magnetizacije B = B(H) . Ako onda, počevši od neke vrijednostiHpočeti smanjivati ​​jačinu polja, zatim indukcijuBsmanjit će se s određenim zakašnjenjem ( histereza) u odnosu na krivu magnetizacije. Sa povećanjem polja u suprotnom smjeru, feromagnet se tada demagnetizira remagnetizira, a novom promjenom smjera magnetskog polja može se vratiti na početnu tačku odakle je započeo proces demagnetizacije. Rezultirajuća petlja prikazana na slici se zove histerezna petlja.

Pri nekoj maksimalnoj napetostiH m magnetizirajuće polje, tvar se magnetizira do stanja zasićenja, u kojem indukcija dostiže vrijednostAT H , koji se zoveindukcija zasićenja.

Preostala magnetna indukcija AT O – uočeno u feromagnetnom materijalu, magnetiziranom do zasićenja, kada je demagnetiziran, kada je jačina magnetnog polja nula. Za demagnetizaciju uzorka materijala potrebno je da jačina magnetnog polja obrne svoj smjer (-H). Jačina poljaH To , za koje je indukcija nula, naziva se prisilna sila(sila zadržavanja) .

Preokret magnetizacije feromagneta u naizmeničnim magnetnim poljima uvek je praćen gubicima toplotne energije, koji su posledica gubitak histereze i dinamički gubici. Dinamički gubici su povezani s vrtložnim strujama induciranim u volumenu materijala i ovise o električnom otporu materijala, koji se smanjuje s povećanjem otpora. Gubitak histerezeW u jednom ciklusu preokretanja magnetizacije određena površinom histerezne petlje

i može se izračunati za jediničnu zapreminu supstance empirijskom formulom

J/m 3

gdje η - koeficijent u zavisnosti od materijala,B H je maksimalna indukcija postignuta tokom ciklusa,n- eksponent jednak 1,6 u zavisnosti od materijala¸ 2.

Specifični gubici energije zbog histereze R G – gubici potrošeni na preokret magnetizacije jedinice mase u jedinici zapremine materijala u sekundi.

gdje f – AC frekvencija,Tje period oscilovanja.

Magnetostrikcija

Magnetostrikcija - fenomen promjene geometrijskih dimenzija i oblika feromagneta sa promjenom veličine magnetnog polja, tj. tokom magnetizacije. Relativna promjena dimenzija materijalaΔ l/ lmože biti pozitivan i negativan. Za nikl je magnetostrikcija manja od nule i dostiže vrijednost od 0,004%.

U skladu sa Le Chatelierovim principom o otpornosti sistema na uticaj spoljašnjih faktora koji imaju tendenciju da promene ovo stanje, mehanička deformacija feromagneta, koja dovodi do promene njegove veličine, treba da utiče na magnetizaciju ovih materijala.

Ako tokom magnetizacije tijelo doživi smanjenje svoje veličine u datom smjeru, tada primjena mehaničkog tlačnog naprezanja u tom smjeru doprinosi magnetizaciji, a napetost otežava magnetiziranje.

6.2. Klasifikacija feromagnetnih materijala

Svi feromagnetni materijali mogu se podijeliti u dvije grupe prema njihovom ponašanju u magnetskom polju.

Soft magnetic – sa visokom magnetnom permeabilnostiμ i mala sila prinudeH To< 10A/m. Lako se magnetiziraju i demagnetiziraju. Imaju male gubitke na histerezi, tj. uska histerezisna petlja.

Magnetske karakteristike zavise od hemijske čistoće i stepena izobličenja kristalne strukture. Što manje nečistoća(OD, R, S, O, N ) , što je viši nivo karakteristika materijala, stoga je potrebno ukloniti njih i okside u proizvodnji feromagneta, i pokušati ne narušiti kristalnu strukturu materijala.

Tvrdi magnetni materijali - imati superH K > 0,5 MA/m i zaostala indukcija (AT O ≥ 0,1T). Oni odgovaraju širokoj histerezisnoj petlji. Magnetiziraju se s velikim poteškoćama, ali magnetsku energiju mogu skladištiti nekoliko godina, tj. služe kao izvor konstantnog magnetnog polja. Stoga se od njih prave trajni magneti.

Po sastavu, svi magnetni materijali se dijele na:

· metal;

· nemetalni;

· magnetodielektrici.

Metalni magnetni materijali - to su čisti metali (gvožđe, kobalt, nikal) i magnetne legure nekih metala.

do nemetalnih materijali uključuju feriti, dobiveni iz prahova željeznih oksida i drugih metala. Presuju se i peku na 1300 - 1500°C i pretvaraju se u čvrste monolitne magnetne dijelove. Feriti, poput metalnih magnetnih materijala, mogu biti magnetski meki i magnetski tvrdi.

Magnetodielektrici – to su kompozitni materijali od 60 - 80% praha magnetnog materijala i 40 - 20% organskog dielektrika. Feriti i magnetodielektrici imaju veliku vrijednost električne otpornosti (ρ \u003d 10 ÷ 10 8 Ohm m), Visoka otpornost ovih materijala osigurava niske dinamičke gubitke energije u naizmjeničnim elektromagnetnim poljima i omogućava im široku upotrebu u visokofrekventnoj tehnologiji.

6.3. Metalni magnetni materijali

6.3.1. metal meki magnet materijala

Metalni meki magnetni materijali uključuju karbonilno željezo, permaloju, alsifere i niskougljične silicijumske čelike.

karbonil gvožđe – dobijeno termičkom razgradnjom pentakarbonila tečnog željezaF e( CO) 5 za dobijanje čestica čistog gvožđa u prahu:

F e( CO ) 5 → Fe+ 5 CO,

na temperaturi od oko 200°Ci pritisak od 15 MPa. Čestice gvožđa su sferične, veličine 1–10 µm. Da bi se riješili čestica ugljika, željezni prah se podvrgava toplinskoj obradi u okruženju H 2 .

Magnetska permeabilnost karbonilnog gvožđa dostiže 20000, koercitivna sila je 4,5¸ 6,2A/m. Gvozdeni prah se koristi za pravljenje visokofrekventnih magnetodielektrični jezgra, kao punilo u magnetnim trakama.

Permalloys -legure nodularnog gvožđa i nikla. Da poboljšate svojstva, unesite Mo, OD r, Cu, dobijanje dopiranih permaloja. Imaju visoku plastičnost, lako se valjaju u listove i trake do 1 mikrona.

Ako je sadržaj nikla u permaloju 40 - 50%, onda se naziva nisko-nikl, ako je 60 - 80% - visokog nikla.

Permalloje imaju visok nivo magnetnih karakteristika, što je obezbeđeno ne samo sastavom i visokom hemijskom čistoćom legure, već i posebnom termičkom obradom u vakuumu. Permalloje imaju veoma visok nivo početne magnetne permeabilnosti od 2000 do 30000 (u zavisnosti od sastava) u oblasti niskog polja, što je posledica niske magnetostrikcije i izotropije magnetnih svojstava. Supermalloy ima posebno visoke karakteristike, čija je početna magnetna permeabilnost 100.000, a maksimalna dostiže 1,5 10 6 at B= 0,3 T

Permalloje se isporučuju u obliku traka, listova i šipki. Permalloje sa niskim sadržajem nikla koriste se za proizvodnju induktorskih jezgara, malih transformatora i magnetnih pojačala, visokog nikla permalloys – za dijelove opreme koji rade na zvučnim i nadzvučnim frekvencijama. Magnetne karakteristike permaloja su stabilne na –60 +60°C.

alsifera – nesavitljivo krhko legure sastava Al – Si– Fe , koji se sastoji od 5,5 - 13%Al, 9 – 10 % Si, ostalo je gvožđe. Alsifer je po svojstvima blizak permaloju, ali je jeftiniji. Od njega se izrađuju livena jezgra, lijevaju se magnetni ekrani i drugi šuplji dijelovi debljine stijenke od najmanje 2-3 mm. Krhkost alsifera ograničava opseg njegove primjene. Koristeći prednost krhkosti alsifera, melje se u prah, koji se koristi kao feromagnetno punilo u presovanom visokofrekventnom magnetodielektrici(jezgra, prstenovi).

Silicijum niskougljični čelik (električni čelik) – legura gvožđa i silicijuma (0,8 - 4,8%Si). Glavni magnetno mekani materijal masovne primjene. Lako se valja u listove i trake od 0,05 - 1 mm i jeftin je materijal. Silicij, koji se nalazi u čeliku u otopljenom stanju, obavlja dvije funkcije.

· Povećanjem otpornosti čelika, silicij uzrokuje smanjenje dinamičkih gubitaka povezanih s vrtložnim strujama. Otpor se povećava za formiranje silicijum dioksida SiO 2 kao rezultat reakcije

2 FeO + Si→ 2Fe+ SiO 2 .

· Prisustvo silicijuma otopljenog u čeliku doprinosi razgradnji cementita Fe 3 C - štetna nečistoća koja smanjuje magnetne karakteristike, te oslobađanje ugljika u obliku grafita. U tom slučaju nastaje čisto željezo čiji rast kristala povećava nivo magnetnih karakteristika čelika.

Unošenje silicija u čelik u količini većoj od 4,8% se ne preporučuje, jer poboljšanjem magnetnih karakteristika silicij naglo povećava lomljivost čelika i smanjuje njegova mehanička svojstva.

6.3.2. Metalni tvrdi magnetni materijali

Tvrdi magnetni materijali - to su feromagneti s visokom koercitivnom silom (više od 1 kA / m) i velikom vrijednošću preostale magnetske indukcijeAT O. Koriste se za izradu trajnih magneta.

Dijele se ovisno o sastavu, stanju i načinu dobivanja na:

· legirani martenzitni čelici;

· livene tvrde magnetne legure.

Legirani martenzitni čelici – radi se o ugljičnim čelicima i čelicima, legiranimCr, W, Co, Mo . ugljenični brzo stare i mijenjaju njihova svojstva, pa se rijetko koriste za proizvodnju trajnih magneta. Za proizvodnju trajnih magneta koriste se legirani čelici - volfram i krom (H S ≈ 4800 A/m,AT Oko ≈ 1 T), koji se izrađuju u obliku šipki različitih oblika poprečnog presjeka. Kobaltni čelik ima veću prisilnu silu (H S ≈ 12000 A/m,AT Oko ≈ 1 T) u poređenju sa volframom i hromom. Prinudna sila H OD kobalt čelik raste sa povećanjem sadržaja OD o .

Livene tvrde magnetne legure. Poboljšana magnetna svojstva legura su zahvaljujući posebno odabranom sastavu i posebnoj obradi - hlađenju magneta nakon livenja u jakom magnetskom polju, kao i posebnoj višestepenoj termičkoj obradi u obliku kaljenja i kaljenja u kombinaciji sa magnetnim tretman, koji se naziva precipitacijsko stvrdnjavanje.

Za proizvodnju trajnih magneta koriste se tri glavne grupe legura:

· Legura željezo - kobalt - molibden tip remalloy sa prinudnom silomH K \u003d 12 - 18 kA / m.

· Grupa legura:

§ bakar - nikl - gvožđe;

§ bakar - nikl - kobalt;

§ gvožđe - mangan, dopedaluminijum ili titanijum;

§ gvožđe - kobalt - vanadijum (F e- Co - V).

Zove se legura bakar-nikl-gvožđe kunife (OD u– Ni - Fe). Legura F e– Ko – V (gvožđe - kobalt - vanadijum) se zove wicala . Legure ove grupe imaju koercitivnu silu H To = 24 – 40 kA/m. Izdaju se u obliku žice i u listovima.

· System Alloys gvožđe - nikl - aluminijum(F e – Ni– Al), ranije poznat kao legura alni. Legura sadrži 20-33% Ni + 11 - 17% Al, ostalo je gvožđe. Dodavanje kobalta, bakra, titana, silicijuma, niobijuma legurama poboljšava njihova magnetna svojstva, olakšava tehnologiju proizvodnje, osigurava ponovljivost parametara i poboljšava mehanička svojstva. Moderna oznaka brenda sadrži slova koja označavaju dodane metale (Yu - aluminijum, N - nikal, D - bakar, K - kobalt, T - titan, B - niobijum, C - silicijum), brojeve - sadržaj elementa, čije slovo dolazi ispred broja, na primjer UNDK15.

Legure imaju visoku vrijednost prisilne sile H To = 40 - 140 kA/m i velika pohranjena magnetna energija.

6.4. Nemetalni magnetni materijali. Feriti

Feriti su keramički feromagnetni materijali niske elektronske električne provodljivosti. Niska električna provodljivost u kombinaciji sa visokim magnetnim karakteristikama omogućava široku upotrebu ferita na visokim frekvencijama.

Feriti se izrađuju od mješavine praha koji se sastoji od željeznog oksida i posebno odabranih oksida drugih metala. Presuju se i zatim sinteruju na visokim temperaturama. Opšta hemijska formula je:

Meo Fe 2 O 3 ili MeFe 2 O 4,

gdje Jasimbol dvovalentnog metala.

Na primjer,

ZnO Fe 2 O 3 ili

NiO Fe 2 O 3 ili NiFe 2 O 4

Feriti imaju kubičnu rešetku tipa spinelaMgOAl 2O3 - magnezijum aluminat.Nisu svi feriti magnetni. Prisustvo magnetnih svojstava povezano je sa rasporedom metalnih jona u kubičnoj spinelnoj rešetki. Dakle sistemZnFe 2 O 4 nema feromagnetna svojstva.

Feriti se proizvode keramičkom tehnologijom. Početni metalni oksidi u prahu se usitnjavaju u kugličnim mlinovima, presuju i peku u pećima. Sinterirani briketi se melju u fini prah, dodaje se plastifikator, na primjer, otopina polivinil alkohola. Iz nastale mase presuju se feritni proizvodi - jezgre, prstenovi, koji se peku na zraku na 1000 - 1400 ° C. Nastali tvrdi, lomljivi proizvodi, uglavnom crni, mogu se obraditi samo brušenjem i poliranjem.

Soft magnetic feriti

Soft magneticFeriti se široko koriste u oblasti visokih frekvencija elektronske tehnike i instrumentacije za proizvodnju filtera, transformatora za pojačivače niske i visoke frekvencije, antena za radio predajnike i radio prijemne uređaje, impulsnih transformatora i magnetnih modulatora. Industrija proizvodi sljedeće vrste mekih magnetnih ferita sa širokim spektrom magnetnih i električnih svojstava: nikl - cink, mangan - cink i litijum - cink. Gornja granična frekvencija upotrebe ferita ovisi o njihovom sastavu i varira za različite vrste ferita od 100 kHz do 600 MHz, koercitivna sila je oko 16 A/m.

Prednost ferita je stabilnost magnetnih karakteristika, relativna lakoća proizvodnje radio komponenti. Kao i svi feromagnetni materijali, feriti zadržavaju svoja magnetna svojstva samo do Curie temperature, koja zavisi od sastava ferita i kreće se od 45° do 950°C.

Tvrdi magnetni feriti

Za proizvodnju trajnih magneta koriste se tvrdi magnetni feriti; barijumski feriti (VAO 6 Fe 2 O 3 ). Imaju heksagonalnu kristalnu strukturu sa velikimH To . Barijum feriti su polikristalni materijal. Mogu biti izotropne - sličnost svojstava ferita u svim smjerovima je zbog činjenice da su kristalne čestice proizvoljno orijentirane. Ako se u procesu presovanja magneta praškasta masa izloži vanjskom magnetskom polju visokog intenziteta, tada će kristalne čestice ferita biti orijentirane u jednom smjeru, a magnet će biti anizotropan.

Feriti barijuma odlikuju se dobrom stabilnošću svojih karakteristika, ali su osjetljivi na temperaturne promjene i mehanička naprezanja. Barijum feritni magneti su jeftini.

6.5. Magnetodielektrici

Magnetodielektrici - to su kompozitni materijali koji se sastoje od fino dispergiranih čestica magnetno mekog materijala međusobno povezanih organskim ili anorganskim dielektrikom. Karbonil gvožđe, alsifer i neke vrste permaloje, usitnjene u prah, koriste se kao meki magnetni materijali.

Kao dielektrici koriste se polistiren, bakelitne smole, tečno staklo itd.

Svrha dielektrika nije samo da poveže čestice magnetskog materijala, već i da ih izoluje jedne od drugih i, posljedično, naglo povećati električnu otpornost magnetodielektrični. Specifični električni otporrmagnetodielektricije 10 3 – 10 4 oma× m

Magnetodielektricikoristi se za proizvodnju jezgri visokofrekventnih komponenti radio opreme. Proces proizvodnje proizvoda je jednostavniji nego od ferita, jer. ne zahtijevaju termičku obradu na visokim temperaturama. Proizvodi iz magnetodielektrici odlikuju se visokom stabilnošću magnetnih svojstava, visokom klasom završne obrade površine i preciznošću dimenzija.

Najveće magnetne karakteristike imaju magnetodielektrici punjeni molibden permalojom ili karbonilnim željezom.

Ukupni magnetni fluks koji prodire u sve zavoje naziva se fluks veza kola.

Ako su svi zavoji isti, onda je ukupni magnetni tok, tj. veza toka:

gdje
- magnetni tok kroz jedan okret; - broj okreta. Zbog toga, fluks veza solenoida, na primjer, tijekom indukcije AT=0,2 T, broj obrtaja solenoida
i dio prozora solenoida
dm 2 će biti Wb.

Apsolutna magnetna permeabilnost mjereno u jedinicama "henry po metru"
.

Magnetna permeabilnost vakuum u SI sistemu jedinica uzima se jednakim
H/m

Stav
apsolutna magnetna permeabilnost na magnetnu permeabilnost vakuuma naziva se relativna magnetna permeabilnost .

Prema vrijednosti  Svi materijali su podijeljeni u tri grupe:

Ako se dija- i paramagnetne tvari stave u jednolično magnetsko polje, tada će u dijamagnetnom polje biti oslabljeno, a u paramagnetnom će se pojačati. To se objašnjava činjenicom da su u dijamagnetnoj tvari polja elementarnih struja usmjerena prema vanjskom polju, au paramagnetnoj tvari - prema njemu.

U tabeli. 1 prikazane su vrijednosti relativne magnetske permeabilnosti nekih materijala. Može se vidjeti da se vrijednosti relativne magnetske permeabilnosti dijamagnetnih i paramagnetnih materijala vrlo malo razlikuju od jedinice, pa se za praksu pretpostavlja da je njihova magnetna permeabilnost jedinica.

Dimenzija jačine polja H(Tabela 2):

.

1 auto - je intenzitet takvog magnetnog polja čija je indukcija u vakuumu jednaka
Tl.

Tabela 1. Relativna magnetna permeabilnost nekih materijala

Ponekad se mjeri i jačina polja u

"oerstedach" (E),

"ampera po centimetru" (A / cm),

"kiloampera po metru" (kA/m).

Odnos između ovih vrijednosti je sljedeći:

1 A/cm = 100 A/m; 1 E \u003d 0,796 A / cm; 1 kA/m = 10 A/cm;

1 A/cm = 0,1 kA/m; 1 E \u003d 79,6 A / cm; 1 kA/m = 12,56 Oe;

1 A/cm = 1,256 Oe; 1 E \u003d 0,0796 kA / cm; 1 kA/m = 1000 A/m.

Zanimljivo je znati jačine nekih magnetnih polja.

Intenzitet Zemljinog polja u Moskovskoj oblasti je 0,358 A/cm.

Jačina polja za magnetiziranje dijelova konstrukcijskog čelika je 100...200 A/cm,

na polovima trajnog magneta - 1000 ... 2000 A / cm.

Ponekad koriste tzv magnetni moment
kola sa strujom . Jednaka je proizvodu struje Na trg , omeđen konturom
(Sl. 4).

Kada se magnet podijeli na dijelove, svaki od njih je magnet sa dva pola. To se može vidjeti sa sl. 5. Prema tabeli. 2 može se utvrditi da je jedna jedinica magnetskog momenta jednaka 1
m 2 \u003d 1
. Ova jedinica se zove "amper-kvadratni metar". Amper kvadratni metar je magnetni moment kola kroz koji teče struja od 1 A i koji ograničava površinu jednaku 1 m 2.

Rice. 4. Krug (1) sa strujom ; Rice. 5. Podjela trajnog magneta na dijelove.

2 - izvor struje:

- magnetni moment;

- jačina polja.

Tabela 2. Osnovne i izvedene mjerne jedinice SI sistema koji se koriste u ispitivanju bez razaranja

Elektronski magnetni moment jednaki

, jer
, a
,
.

Relativno nedavno, interakcija polova magneta objašnjena je prisustvom posebne supstance - magnetizma. Razvojem nauke pokazalo se da nikakva supstanca ne postoji. Izvor magnetnih polja su električne struje. Stoga, kada se permanentni magnet podijeli na svaki komad, struje elektrona stvaraju magnetsko polje (slika 5). Magnetski naboj se smatra samo kaoneka matematička veličina koja nema fizičkucal content.

Jedinica magnetnog naboja može se dobiti po formuli:

,
,

gdje - rad na zaobilaženju magnetnog pola oko provodnika strujom .

Jedna konvencionalna jedinica magnetnog naboja će biti
.

U Gaussovom sistemu jedinicom magnetnog naboja uzima se takva vrijednost koja djeluje na jednako magnetno naelektrisanje na udaljenosti od 1 cm u vakuumu sa silom od 1 dina.

Sposobnost materijala da se magnetiziraju objašnjava se postojanjem struja u njima:

rotacija elektrona oko jezgra u atomu,

oko sopstvene ose (spin elektrona) i

rotacija elektronskih orbita (precesija elektronskih orbita) (slika 6).

Feromagnetni materijal se sastoji od malih područja (s linearnim dimenzijama od oko 0,001 mm) u kojima se elementarne struje usmjeravaju spontano. Ove područja spontane magnetizacije nazivaju se domeni. U svakom domenu se formira rezultujuće polje elementarnih struja.

U demagnetiziranom materijalu, magnetna polja domena su haotično usmjerena i međusobno se kompenzuju tako da je rezultujuće polje u dijelu gotovo jednako nuli.

Kao rezultat vanjskog djelovanja, polja pojedinih regija (domena) se postavljaju u smjeru vanjskog polja i tako se formira jako polje magnetiziranog dijela.

shodno tome, magnetizacija - je stepenvezana orijentacija magnetska polja domena u metalu, ili na drugi način, ovo je indukcija koju stvaraju elementarne struje.

Pošto elementarne struje imaju magnetne momente, magnetizacija se definiše i kao odnos ukupnog magnetskog momenta tela i njegove zapremine, tj.

.

Magnetizacija mjereno u "amperima po metru" (A/m).

Znak promjenjivo opterećenje metalne konstrukcije, na primjer, u lopaticama turbine koje neprekidno rade, u vijcima itd. dijelova dovodi do određenog uređenja unutrašnjeg magnetnog polja u zoni opterećenja, do pojave tragova ovog polja na površini dijela. Ovaj fenomen se koristi za procjenu preostalog vijeka trajanja, za određivanje mehaničkih naprezanja.

Magnetizacija dio koji se testira ovisi o jačini polja
, djelujući na ovom dijelu. Feromagnetna svojstva materijala zavise i od temperature. Za svaki feromagnetni materijal postoji temperatura na kojoj se područja spontane magnetizacije uništavaju toplinskim kretanjem i feromagnetni materijal postaje paramagnetski. Ova temperatura se naziva Curie tačka. Kirijeva tačka za gvožđe je 753 0 C. Kada ova temperatura padne ispod ove tačke, magnetna svojstva se vraćaju.

Rice. 6. Vrste elementarnih struja:

a - kretanje elektrona 1 oko jezgra 4;

b - rotacija elektrona oko svoje ose;

c - precesija elektronske orbite;

5 - elektronska orbita;

6 - ravan orbite elektrona;

8 - putanja precesijskog kretanja elektronske orbite.

Indukcija rezultujuće polje dijela može se odrediti poznatom formulom:

,

gdje - magnetizacija, tj. indukcija koju stvaraju molekularne struje;
je jačina spoljašnjeg polja. Iz gornje formule može se vidjeti da je indukcija u dijelu zbir dvije komponente:
- određeno spoljnim poljem
i - magnetizacija, koja takođe zavisi od
.

Na sl. 7 prikazuje zavisnosti
, i
feromagnetnog materijala od jakosti vanjskog polja.

Rice. 7. Ovisnost magnetske indukcije i magnetizacija od magnetizirajućeg polja
.

Curve
pokazuje da pri relativno slabim poljima magnetizacija raste vrlo brzo (sekcija a-b) . Tada se rast usporava (odjeljak b-c) . Dalji rast opadajuća, kriva
ide u pravu liniju , ima blagi nagib prema horizontalnoj osi
. Istovremeno, vrijednost
postepeno se približava svojoj granici
. Komponenta
varira proporcionalno jačini polja
. Na sl. 7 ova zavisnost je prikazana pravom linijom o-e .

Da biste dobili krivu magnetne indukcije na jačinu vanjskog polja potrebno je dodati odgovarajuće ordinate krivulja
i
. Ova zavisnost je predstavljena krivom
, naziva se početna kriva magnetizacije. Za razliku od magnetizacije, magnetna indukcija raste sve dok vrijednost
, pošto prestane rast magnetizacije, količina
nastavlja da raste proporcionalno
.

Remagnetizacija dijela se događa naizmjeničnim ili periodično promjenjivim konstantnim poljem u smjeru.

Na sl. 8 prikazuje kompletan magnetni odgovor uzorka - petlju histeze. U početnom stanju, uzorak je demagnetiziran. Struja u namotu se povećava u pravoj liniji 0-8 . Jačina polja stvorenog ovom strujom mijenja se pravolinijski 0-1. Istovremeno, indukcija i magnetizacija u uzorku će se povećati duž krivulja početne magnetizacije 16 i 17 do tačaka 16 "i 17", što odgovara magnetskom zasićenju, u kojem su sva magnetna polja domena usmjerena duž vanjskog polja.

Sa smanjenjem struje u pravoj liniji 8-9 jačina polja se smanjuje za 1-0 (slika 8, a). Istovremeno, indukcija i magnetizacija promijeniti u vrijednost .

Kako struja raste u negativnom smjeru za 9-10, jačina polja se također povećava u negativnom smjeru za 0-2 , remapiranje uzorka.

U tački 6 indukcija
, jer
, one.
. Jačina polja koja odgovara tački 6 , nazvana prisilna sila
indukcijom.

U tački 4 magnetizacija
, a
.

Jačina polja koja odgovara tački 4, nazvana prisilna sila H si magnetizacijom. Sa magnetskom kontrolom, izračunava se sila koerciva
.

Sa daljim povećanjem jačine polja do tačke 2, indukcija i magnetizacija dostižu najveće negativne vrijednosti
i
(tačke 16" i 17") koje odgovaraju magnetskom zasićenju
uzorak. Sa smanjenjem struje u pravoj liniji 10-11 indukcija i magnetizacija će uzeti vrijednosti koje odgovaraju
.

Dakle, kao rezultat promjene vanjskog polja
duž 0-1, 1-0, 0-2, 2-0 (slika 8), a magnetsko stanje uzorka se mijenja duž zatvorene krive - petlje magnetske histereze.

Rice. 8. Zavisnost od indukcije i magnetizacija od napetosti
(a), promjena struje u namotu magnetizacije (b).

Petlja magnetske histereze određuje sljedeće karakteristike koje se koriste u magnetskom ispitivanju:

H t - maksimalna jačina magnetnog polja pri kojoj se postiže stanje zasićenja uzorka;

AT r - zaostala indukcija u uzorku nakon uklanjanja polja;

H With - koercitivna sila je jačina magnetnog polja koja se mora primijeniti suprotno od magnetizacije uzorka da bi se on potpuno demagnetizirao;

AT t - tehnička indukcija zasićenja. Smatra se da jeste AT t = 0,95 B max, gdje B max- teoretski moguća indukcija zasićenja početne magnetizacije.

Ako je feromagnetno tijelo izloženo poljima istog predznaka, onda se petlja histereze, koja je u ovom slučaju asimetrična u odnosu na ishodište, naziva privatnom (slika 9).

Postoje statičke i dinamičke histerezne petlje.

Statička petlja histereze naziva se petlja dobijena polaganim mijenjanjem H, pri čemu se efekat vrtložnih struja može zanemariti.

Dinamička petlja histereze naziva se petlja dobijena periodičnim mijenjanjem H sa nekom konačnom brzinom pri kojoj uticaj vrtložnih struja postaje značajan. Ovo rezultira dinamičkom petljom koja ima mnogo veću širinu od statičke petlje. Sa povećanjem amplitude primijenjenog napona, širina petlje dinamičke histereze se povećava.

Na sl. 10 pokazuje zavisnost
. At H=0 magnetna permeabilnost jednaka je njegovoj početnoj vrijednosti.

Rice. 9. Asimetrične histerezne petlje 1-3 - međupetlje; 4 - granična petlja; 5 - kriva početne magnetizacije.

Duž krivulje magnetizacije H(H) apsolutna magnetna permeabilnost u datom polju H definisano kao
, i relativna kao
.

Često se spominje diferencijalna magnetna permeabilnost:

.

Prvi od njih jednak je tangenti nagiba prave 1, a drugi je jednak tangenti nagiba tangente 2.

Magnetomotorna sila (mfs) je jednaka F = Iw, trenutni proizvod I u namotaju za njegov broj zavoja.

Magnetski fluks je:

gdje F - MDS, mjereno u amper-zavojima; l sri- dužina središnje linije magnetnog kola, m; S - poprečni presjek magnetskog kola, m 2.

Vrijednost
određuje magnetni otpor R m .

Rice. 10. Magnetna permeabilnost , i indukcija AT jačina polja
:
,
;
.

Magnetski fluks je direktno proporcionalan struji I i obrnuto proporcionalno magnetskom otporu R m . Pretpostavimo da trebamo odrediti jačinu struje u toroidnom namotu od 10 zavoja kabela da magnetiziramo prsten ležaja pri indukciji od 1 T.

Koristeći formulu F = F/ R m , nađi:

Obrazac polja oko provodnika je koncentrična kružnica sa središtem na osi provodnika (slika 11).

Rice. 11. Obrazac raspodjele praha (a) i indukcija oko vodiča sa strujom (b)

Smjer polja oko vodiča ili solenoida stvorenog namotajima kabela može se odrediti pravilom gimleta.

Ako postavite vadičep duž osi vodiča i zarotirate ga u smjeru kazaljke na satu tako da se njegovo translacijsko kretanje poklopi sa smjerom struje u vodiču, tada će smjer rotacije ručke vadičepa pokazivati ​​smjer polja.

Promjena jačine polja H unutarnji i vanjski provodnik 3 kada jednosmjerna struja prolazi kroz njega iz daljine od merne tačke do ose provodnika sa poluprečnikom prikazano na sl. 12.

Fig.12. Raspodjela jačine polja H unutar (1) i izvan (2) provodnika sa strujom.

Odakle se vidi da je polje na osi provodnika nula, a unutar provodnika (na > ) mijenja se linearno:

,

i izvan njega (sa > ) hiperbolom
, gdje - rastojanje od ose provodnika do tačke merenja, m; - struja u provodniku, A.

Ako je data jačina polja H u tački koja se nalazi na udaljenosti od ose žice, a zatim da bi se dobio ovaj intenzitet, jačina struje se određuje pomoću formule:

,

gdje H[A/m], [m].

Ako je strujni provodnik prolazi kroz šuplji dio, na primjer, prsten ležaja, tada se, za razliku od prethodnog slučaja, indukcija naglo povećava u zoni feromagnetnog dijela (Sl. 13).

Rice. 13- Indukcija tokom magnetizacije dijela kada struja prolazi kroz centralni provodnik.

Polje se mijenja u oblastima: 0-1 u zakonu H =0 ; 1-2 po zakonu
; 2-3 po zakonu
.

Magnetna indukcija B izmjene: u tački 0-2 prema zakonu
; u odjeljcima 2-3; 6-7 po zakonu
.

Indukcioni skokovi AT u odjeljcima 3-4; 5-6 zbog feromagnetizma dijela 8 (- radijus provodnika; - udaljenost od centra provodnika).

Pretpostavimo da je cilindrični šuplji dio magnetiziran središnjim vodičem. Odredite jačinu struje u vodiču da biste dobili indukciju AT= 12,56 mT na unutrašnjoj površini dijela prečnika 80 mm.

Jačina struje u vodiču određena je formulom:

Raspodjela polja unutar i izvan šupljeg dijela 4, magnetiziran propuštanjem struje kroz njega, prikazan na sl. 14. Vidi se da je polje unutar dijela sa radijusom R 1 jednako nuli. Polje u parceli 1-2 (unutar materijala dijela) varira u skladu sa zakonom

i u odjeljku 2-3 - u zakonu
. Ova formula određuje jačinu polja na vanjskoj površini dijela ili na nekoj udaljenosti od njega.

Rice. 14. Raspodjela polja H unutar i izvan dijela.

Ako se kroz cilindrični dio promjera 50 mm provuče struja od 200,0 A i potrebno je odrediti jačinu polja u tačkama koje se nalaze na udaljenosti od 100 mm od površine dijela. Jačina polja na udaljenosti od 100 mm od površine dijela određuje se formulom:

.

Jačina polja na površini dijela bit će:

.

Na sl. 15 prikazuje dijagram magnetnog polja oko i unutar solenoida. Slika također pokazuje da su magnetske linije sile unutar solenoida usmjerene duž njegove uzdužne ose. Na izlaznim prozorima solenoida formiraju se magnetni polovi N i S.

Jačina polja u centru na osi na rubu solenoida određena je gornjim formulama.

Jačina polja u centru zavojnice sa radijusom R određena formulom H = I/ R, A/m, gdje I- struja u zavojnici provodnika, A.

Ako je potrebno odrediti jačinu polja u centru priključenog solenoida sa strujom od 200 A, a istovremeno i broj zavoja w = = -6, dužina 210 mm, prečnik 100 mm, tada će jačina polja biti:

.

Ako je struja u solenoidu 200 A, a dužina solenoida 400 mm, prečnik je 100 mm, broj zavoja je 8,
,
(vidi sliku 15), tada je moguće izračunati snagu na pojedinim tačkama solenoida.

Raspodjela jačine polja unutar solenoida je:

a - u sredini solenoida:

,

gdje H - jačina polja u centar solenoida, A/cm; l, With- dužina i poluprečnik solenoida, cm; w- broj okreta;

b - na osi solenoida:

,

gdje l- dužina solenoida, cm;

in - na ivici solenoida:

,

gdje l , sa - dužina i polumjer solenoida, cm; w- broj okreta.

Jačina polja koju stvara struja u toroidnom namotu:
, A/cm; I- struja, A; l- dužina srednje linije namotaja, cm; w - broj okreta. u ovom primjeru:

a) napetost H 1 , u centru na osi solenoida:

b) jačina polja u tački A - H 2 :

c) jačina polja na ivici solenoida - H 3:

Ako je prečnik zavojnice 160 mm sa ukupnom strujom od 180,0 A, tada će jačina polja u centru zavojnice biti:

Rice. 15. Magnetno polje solenoida i raspodjela snage u njegovom centru (a), na osi (b) i na rubu (c).