Magnetiline läbilaskvus. Ainete magnetilised omadused

Magnetmoment on peamine vektori suurus, mis iseloomustab aine magnetilisi omadusi. Kuna magnetismi allikaks on suletud vool, siis magnetmomendi väärtus M defineeritud kui voolutugevuse korrutis I vooluahelaga kaetud alale S:

M = I × S A × m 2 .

Aatomite ja molekulide elektronkihtidel on magnetmomendid. Elektronidel ja teistel elementaarosakestel on spinni magnetmoment, mille määrab nende endi mehaanilise momendi – spinni – olemasolu. Elektroni spin-magnetmomenti saab välises magnetväljas orienteerida nii, et on võimalik ainult kaks võrdset ja vastandsuunalist momendi projektsiooni magnetvälja vektori suunale, mis on võrdsed Bohri magneton- 9,274 × 10 -24 A × m 2.

1. Defineerige aine "magnetiseerimise" mõiste.

Magnetiseerimine - J- on kogu magnetmoment aine ruumalaühiku kohta:

1. Defineerige mõiste "magnetiline vastuvõtlikkus".

Aine magnetiline tundlikkus, א v- aine magnetiseerumise ja magnetvälja tugevuse suhe ruumalaühiku kohta:

אv = , mõõtmeteta kogus.

Spetsiifiline magnetiline tundlikkus, א – magnetilise vastuvõtlikkuse ja aine tiheduse suhe, s.o. magnetiline vastuvõtlikkus massiühiku kohta, mõõdetuna m 3 /kg.

1. Defineerige mõiste "magnetiline läbilaskvus".

Magnetiline läbilaskvus, μ – see on füüsikaline suurus, mis iseloomustab magnetilise induktsiooni muutumist magnetväljaga kokkupuutel . Isotroopse keskkonna puhul on magnetiline läbilaskvus võrdne induktsiooni suhtega keskkonnas AT välise magnetvälja tugevusele H ja magnetkonstandile μ 0 :

Magnetiline läbilaskvus on mõõtmeteta suurus. Selle väärtus konkreetse kandja puhul on 1 võrra suurem kui sama kandja magnetiline tundlikkus:

μ = אv+1, kuna B \u003d μ 0 (H + J).

1. Andke materjalide klassifikatsioon nende magnetiliste omaduste järgi.

Vastavalt magnetilisele struktuurile ja magnetilise läbilaskvuse (vastuvõtlikkuse) väärtusele jagunevad materjalid:

Diamagnetid μ< 1 (materjal "vastupanu" magnetväljale);

Paramagnetid µ > 1(materjal tajub magnetvälja nõrgalt);

ferromagnetid µ >> 1(materjalis olev magnetväli võimendub);

Ferrimagnetid µ >> 1(magnetväli materjalis suureneb, kuid materjali magnetiline struktuur erineb ferromagnetite struktuurist);

Antiferromagnetid μ ≈ 1(materjal reageerib nõrgalt magnetväljale, kuigi magnetiline struktuur on sarnane ferrimagnetitega).

1. Kirjeldage diamagnetismi olemust.

Diamagnetism on aine omadus magnetiseerida sellele mõjuva välise magnetvälja suunas (vastavalt elektromagnetilise induktsiooni seadusele ja Lenzi reeglile). Diamagnetism on omane kõikidele ainetele, kuid "puhtal kujul" avaldub see diamagnetites. Diamagnetid on ained, mille molekulidel ei ole oma magnetmomente (nende kogumagnetmoment on null), seega pole neil muid omadusi peale diamagnetismi. Diamagnetite näited:

Vesinik, א = - 2×10 -9 m 3 /kg.

Vesi, א = - 0,7×10 -9 m 3 /kg.

Teemant, א = - 0,5×10 -9 m 3 /kg.

Grafiit, א = - 3×10 -9 m 3 /kg.

Vask = - 0,09×10 -9 m 3 /kg.

Tsink, א = - 0,17×10 -9 m 3 /kg.

Hõbedane = - 0,18×10 -9 m 3 /kg.

Kuld, א = - 0,14×10 -9 m 3 /kg.

43. Kirjeldage paramagnetismi olemust.

Paramagnetism on ainete omadus, mida nimetatakse paramagnetiteks ja mis välisesse magnetvälja asetades omandavad magnetmomendi, mis langeb kokku selle välja suunaga. Paramagnetite aatomitel ja molekulidel on erinevalt diamagnetitest oma magnetmomendid. Välja puudumisel on nende momentide orientatsioon kaootiline (termilise liikumise tõttu) ja aine kogumagnetmoment on null. Välise välja rakendamisel toimub osakeste magnetmomentide osaline orienteerumine välja suunas ning välisvälja H tugevusele lisandub magnetiseerumine J: B = μ 0 (H + J). Aine induktsioon suureneb. Paramagnetite näited:

Hapnik, א = 108×10 -9 m 3 /kg.

Titaan = 3×10 -9 m 3 /kg.

Alumiinium, א = 0,6×10 -9 m 3 /kg.

Plaatina, א = 0,97×10 -9 m 3 /kg.

44. Kirjelda ferromagnetismi olemust.

Ferromagnetism on aine magnetiliselt järjestatud olek, milles teatud ainemahus (domeenis) on kõik aatomite magnetmomendid paralleelsed, mis põhjustab domeeni spontaanse magnetiseerumise. Magnetjärjestuse ilmnemine on seotud elektronide vahetusinteraktsiooniga, mis on elektrostaatilise iseloomuga (Coulombi seadus). Välise magnetvälja puudumisel võib erinevate domeenide magnetmomentide orientatsioon olla suvaline ning vaadeldav aine maht võib üldjuhul olla nõrga või nullmagnetiseeritusega. Magnetvälja rakendamisel orienteeruvad domeenide magnetmomendid piki välja, mida rohkem, seda suurem on väljatugevus. Sel juhul muutub ferromagneti magnetilise läbilaskvuse väärtus ja suureneb induktsioon aines. Ferromagnetite näited:

Raud, nikkel, koobalt, gadoliinium

ja nende metallide sulamid omavahel ja teiste metallidega (Al, Au, Cr, Si jne). μ ≈ 100…100000.

45. Kirjelda ferrimagnetismi olemust.

Ferrimagnetism on aine magnetiliselt järjestatud olek, milles aatomite või ioonide magnetmomendid moodustavad teatud ainemahus (domeenis) aatomite või ioonide magnetilised alamvõred, mille kogumagnetmomendid ei ole üksteisega võrdsed ja on suunatud antiparalleelselt. Ferrimagnetismi võib pidada magnetiliselt järjestatud oleku kõige üldisemaks juhuks ja ferromagnetismi ühe alamvõrega juhtumiks. Ferrimagnetite koostis sisaldab tingimata ferromagnetite aatomeid. Ferrimagnetite näited:

Fe304; MgFe2O4; CuFe204; MnFe204; NiFe2O4; CoFe2O4…

Ferrimagnetite magnetiline läbilaskvus on samas suurusjärgus kui ferromagnetitel: μ ≈ 100…100000.

46. ​​Kirjeldage antiferromagnetismi olemust.

Antiferromagnetism on aine magnetiliselt järjestatud olek, mida iseloomustab asjaolu, et aine naaberosakeste magnetmomendid on orienteeritud antiparalleelselt ning välise magnetvälja puudumisel on aine kogumagnetiseerumine null. Antiferromagneti magnetstruktuuri suhtes võib käsitleda kui ferrimagneti erijuhtu, mille puhul alamvõrede magnetmomendid on absoluutväärtuselt võrdsed ja antiparalleelsed. Antiferromagnetite magnetiline läbilaskvus on lähedane 1-le. Antiferromagnetite näited:

Cr2O3; mangaan; FeSi; Fe203; NIO……… μ ≈ 1.

47. Kui suur on ülijuhtivas olekus materjalide magnetilise läbilaskvuse väärtus?

Ülijuhid, mis jäävad alla supersiirdetemperatuuri, on ideaalsed diamagnetid:

א= - 1; μ = 0.

Magnetid

Kõik magnetväljas olevad ained on magnetiseeritud (neis tekib sisemine magnetväli). Sõltuvalt sisevälja suurusest ja suunast jaotatakse ained:

1) diamagnetid,

2) paramagnetid,

3) ferromagnetid.

Aine magnetiseerimist iseloomustab magnetiline läbilaskvus,

Magnetiline induktsioon aines,

Magnetiline induktsioon vaakumis.

Iga aatomit saab iseloomustada magnetmomendiga .

Vooluring vooluringis, - vooluringi pindala, - vooluringi pinna normaalvektor.

Aatomi mikrovool tekib negatiivsete elektronide liikumisel mööda orbiiti ja ümber oma telje, samuti positiivse tuuma pöörlemisel ümber oma telje.

1. Diamagnetid.

Kui välist välja pole, siis aatomites diamagnetid elektronide ja tuumade voolud kompenseeritakse. Aatomi kogumikrovool ja selle magnetmoment on võrdne nulliga.

Välises magnetväljas indutseeritakse (indutseeritakse) aatomites nullist erinevad elementaarvoolud. Sel juhul on aatomite magnetmomendid orienteeritud vastupidiselt.

Tekib väike omaväli, mis on suunatud välisele vastupidiselt ja nõrgendab seda.

diamagnetides.

Sest< , то для диамагнетиков 1.

2. Paramagnetid

AT paramagnetid aatomite mikrovoolud ja nende magnetmomendid ei ole võrdsed nulliga.

Ilma välise väljata paiknevad need mikrovoolud juhuslikult.

Välises magnetväljas on paramagnetiliste aatomite mikrovoolud orienteeritud piki välja, võimendades seda.

Paramagnetis ületab magnetinduktsioon = + veidi .

Paramagnetite puhul 1. Dia- ja paramagnetite puhul saate lugeda 1.

Tabel 1. Para- ja diamagnetite magnetiline läbilaskvus.

Paramagnetite magnetiseerumine sõltub temperatuurist, sest. aatomite soojusliikumine takistab mikrovoolude korrastatud paigutust.

Enamik looduses leiduvaid aineid on paramagnetilised.

Dia- ja paramagnetite sisemine magnetväli on ebaoluline ja hävib, kui aine eemaldatakse välisväljast (aatomid naasevad algsesse olekusse, aine demagnetiseeritakse).

3. Ferromagnetid

Magnetiline läbilaskvus ferromagnetid ulatub sadadesse tuhandetesse ja sõltub magnetiseeriva välja suurusest ( väga magnetilised ained).

Ferromagnetid: raud, teras, nikkel, koobalt, nende sulamid ja ühendid.

Ferromagnetites on spontaanse magnetiseerumise piirkonnad ("domeenid"), milles kõik aatomite mikrovoolud on orienteeritud ühtemoodi. Domeeni suurus ulatub 0,1 mm-ni.

Välise välja puudumisel on üksikute domeenide magnetmomendid juhuslikult orienteeritud ja kompenseerivad. Välisväljas suurendavad need domeenid, milles mikrovoolud välisvälja võimendavad, oma suurust naaberväljade arvelt. Ferromagnetites tekkiv magnetväli = + on palju tugevam kui para- ja diamagnetites.

Miljardeid aatomeid sisaldavad domeenid on inertsiga ja ei naase kiiresti algsesse korrastamata olekusse. Seega, kui ferromagnet välisväljast eemaldada, säilib tema enda väli pikka aega.

Magnet demagnetiseerub pikaajalisel säilitamisel (aja jooksul naasevad domeenid kaootiilisse olekusse).

Teine demagnetiseerimise meetod on kuumutamine. Iga ferromagneti jaoks on temperatuur (seda nimetatakse Curie punktiks), mille juures aatomitevahelised sidemed domeenides hävivad. Sel juhul muutub ferromagnet paramagnetiks ja toimub demagnetiseerumine. Näiteks raua Curie punkt on 770 °C.

nimetatakse magnetiliseks läbilaskvuseks . Absoluutne magnetilineläbilaskvus keskkond on B ja H suhe. Rahvusvahelise mõõtühikute süsteemi kohaselt mõõdetakse seda ühikutes, mida nimetatakse 1 henry meetri kohta.

Selle arvväärtust väljendatakse selle väärtuse ja vaakumi magnetilise läbilaskvuse suhtega ja tähistatakse µ-ga. Seda väärtust nimetatakse suhteline magnetilineläbilaskvus(või lihtsalt magnetiline läbilaskvus). Suhtelise suurusena pole sellel mõõtühikut.

Seetõttu on suhteline magnetiline läbilaskvus µ väärtus, mis näitab, mitu korda on antud keskkonna välja induktsioon väiksem (või rohkem) vaakumi magnetvälja induktsioonist.

Kui aine puutub kokku välise magnetväljaga, siis see magnetiseerub. Kuidas see juhtub? Ampere'i hüpoteesi kohaselt ringlevad igas aines pidevalt mikroskoopilised elektrivoolud, mis on põhjustatud elektronide liikumisest nende orbiitidel ja nende omade olemasolust.Tavalistes tingimustes on see liikumine häiritud ning väljad “kustutavad” (kompenseerivad) üksteist. . Kui keha asetatakse välisvälja, on voolud järjestatud ja keha magnetiseerub (st tal on oma väli).

Kõigi ainete magnetiline läbilaskvus on erinev. Suuruse järgi jagunevad ained kolme suurde rühma.

Kell diamagnetid magnetilise läbitavuse µ väärtus on veidi väiksem kui ühtsus. Näiteks vismutil on µ = 0,9998. Diamagnetite hulka kuuluvad tsink, plii, kvarts, vask, klaas, vesinik, benseen ja vesi.

Magnetiline läbilaskvus paramagnetid veidi rohkem kui ühtsus (alumiiniumi puhul µ = 1,000023). Paramagnetid on näiteks nikkel, hapnik, volfram, eboniit, plaatina, lämmastik, õhk.

Lõpuks, kolmandasse rühma kuuluvad mitmed ained (peamiselt metallid ja sulamid), mille magnetiline läbilaskvus ületab oluliselt (mitu suurusjärku) ühtsust. Need ained on ferromagnetid. Nende hulka kuuluvad peamiselt nikkel, raud, koobalt ja nende sulamid. Terase puhul µ = 8∙10^3, nikli-raua sulami puhul µ=2,5∙10^5. Ferromagnetitel on omadused, mis eristavad neid teistest ainetest. Esiteks on neil jääkmagnetism. Teiseks sõltub nende magnetiline läbilaskvus välisvälja induktsiooni suurusest. Kolmandaks, igaühe jaoks on teatud temperatuurilävi, nn Curie punkt, mille juures see kaotab oma ferromagnetilised omadused ja muutub paramagnetiks. Nikli puhul on Curie punkt 360 °C, raua puhul 770 °C.

Ferromagnetite omadusi ei määra mitte ainult magnetiline läbilaskvus, vaid ka I väärtus, nn. magnetiseerimine sellest ainest. See on magnetilise induktsiooni keeruline mittelineaarne funktsioon, magnetiseerumise kasvu kirjeldatakse joonega nimega magnetiseerimiskõver. Sel juhul, olles jõudnud teatud punkti, lõpetab magnetiseerimine praktiliselt kasvamise (seal tuleb magnetiline küllastus). Ferromagneti magnetiseerituse väärtuse mahajäämist välisvälja induktsiooni kasvavast väärtusest nimetatakse magnethüsterees. Sel juhul on ferromagneti magnetilised omadused sõltuvad mitte ainult selle hetkeseisundist, vaid ka varasemast magnetiseerimisest. Selle sõltuvuse kõvera graafilist esitust nimetatakse hüstereesi silmus.

Tänu oma omadustele kasutatakse ferromagneteid laialdaselt tehnikas. Neid kasutatakse generaatorite ja elektrimootorite rootorites, trafosüdamike valmistamisel ja elektroonikaarvutite osade valmistamisel. ferromagneteid kasutatakse magnetofonides, telefonides, magnetlintides ja muudes andmekandjates.

6. MAGNETIMATERJALID

Kõik ained on magnetilised ja magnetiseeritakse välises magnetväljas.

Vastavalt nende magnetilistele omadustele jagunevad materjalid nõrgalt magnetilisteks ( diamagnetid ja paramagnetid) ja tugevalt magnetiline ( ferromagnetid ja ferrimagnetid).

Diamagnetidμ 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 ) ja ka AT i, Ga, Sb.

Paramagnetid- magnetilise läbilaskvusega ainedμ r> 1, mis nõrkades väljades ei sõltu välise magnetvälja tugevusest. Paramagnetite hulka kuuluvad ained, mille aatomitel (molekulidel) magnetvälja puudumisel on nullist erinev magnetmoment: hapnik, lämmastikoksiid, rauasoolad, koobalt, nikkel ja haruldased muldmetallid, leelismetallid, alumiinium, plaatina.

Diamagnetite ja paramagnetite puhul magnetiline läbilaskvusμ rühtsusele lähedane. Magnetmaterjalide kasutamine tehnikas on piiratud.

Väga magnetiliste materjalide puhul on magnetiline läbilaskvus palju suurem kui ühtsus (μ r >> 1) ja sõltub magnetvälja tugevusest. Nende hulka kuuluvad: raud, nikkel, koobalt ja nende sulamid, samuti kroomi ja mangaani sulamid, gadoliinium, erineva koostisega ferriidid.

6.1. Materjalide magnetilised omadused

Materjalide magnetilisi omadusi hinnatakse füüsikaliste suuruste abil, mida nimetatakse magnetilisteks omadusteks.

Magnetiline läbilaskvus

Eristama sugulane ja absoluutne magnetiline läbilaskvus ained (materjal), mis on omavahel seotud suhtega

μa = μ o μ, H/m

μoon magnetkonstant,μo = 4π 10-7 Gn/m;

μ – suhteline magnetiline läbilaskvus (mõõtmeteta väärtus).

Magnetmaterjalide omaduste kirjeldamiseks kasutatakse suhtelist magnetilist läbilaskvustμ (sagedamini nimetatakse seda magnetiliseks läbilaskvuseks), ja praktilisteks arvutusteks kasutage absoluutset magnetilist läbilaskvustμa, arvutatakse võrrandiga

μa = AT /H,H/m

H– magnetiseeriva (välise) magnetvälja tugevus, A/m

AT – magnetvälja induktsioon magnetis.

Suur väärtusμ näitab, et materjal on nõrkade ja tugevate magnetväljade korral kergesti magnetiseeritav. Enamiku magnetite magnetiline läbilaskvus sõltub magnetiseeriva magnetvälja tugevusest.

Magnetiliste omaduste iseloomustamiseks kasutatakse laialdaselt dimensioonita suurust, nn magnetiline tundlikkus χ .

μ = 1 + χ

Magnetilise läbilaskvuse temperatuuritegur

Aine magnetilised omadused sõltuvad temperatuuristμ = μ (T) .

Muutuse olemuse kirjeldamiseksmagnetilised omadused temperatuurigakasutada magnetilise läbilaskvuse temperatuurikoefitsienti.

Paramagnetite magnetilise vastuvõtlikkuse sõltuvus temperatuuristTkirjeldatud Curie seaduses

kus C - Curie konstant .

Ferromagnetite magnetilised omadused

Ferromagnetite magnetiliste omaduste sõltuvus on keerulisema iseloomuga, nagu on näidatud joonisel ja saavutab maksimumi temperatuuril, mis on lähedalK juurde.

Temperatuuri, mille juures magnetiline vastuvõtlikkus väheneb järsult, peaaegu nullini, nimetatakse Curie temperatuuriks.K juurde. Kõrgematel temperatuuridelK juurde ferromagneti magnetiseerumisprotsess on aatomite ja molekulide intensiivse soojusliikumise tõttu häiritud ning materjal lakkab olemast ferromagnetiline ja muutub paramagnetiks.

Raua jaoks K k = 768 ° C nikli jaoks K k = 358 ° C , koobalti jaoks K k = 1131 ° C.

Üle Curie temperatuuri ferromagneti magnetilise tundlikkuse sõltuvus temperatuuristTkirjeldatud Curie-Weissi seadusega

Väga magnetiliste materjalide (ferromagnetite) magnetiseerimisprotsess on hüsterees. Kui demagnetiseeritud ferromagnet magnetiseeritakse välisväljas, siis magnetiseeritakse see ka mööda magnetiseerimiskõver B = B(H) . Kui siis mingist väärtusest alustadesHhakata vähendama väljatugevust, seejärel induktsiooniBväheneb mõne viivitusega ( hüsterees) magnetiseerimiskõvera suhtes. Vastassuunalise välja suurenemisega ferromagnet demagnetiseerub ümbermagnetiseerub, ja magnetvälja suuna uue muutusega võib see naasta alguspunkti, kust algas demagnetiseerimisprotsess. Saadud joonisel näidatud silmust nimetatakse hüstereesi silmus.

Mingi maksimaalse pinge juuresH m magnetiseeriv väli, aine magnetiseeritakse küllastusseisundisse, milles induktsioon saavutab väärtuseAT H , mida nimetatakseküllastuse induktsioon.

Jääkmagnetiline induktsioon AT O – täheldatakse ferromagnetilises materjalis, magnetiseeritud küllastuseni, kui see on demagnetiseeritud, kui magnetvälja tugevus on null. Materjali näidise demagnetiseerimiseks on vajalik, et magnetvälja tugevus muudaks selle suuna (-H). Välja tugevusH To , mille puhul induktsioon on null, nimetatakse sundjõud(hoidev jõud) .

Ferromagneti magnetiseerimise ümberpööramisega vahelduvates magnetväljades kaasnevad alati soojusenergia kaod, mis on tingitud hüstereesi kadu ja dünaamilised kaotused. Dünaamilised kaod on seotud materjali mahus indutseeritud pöörisvooludega ja sõltuvad materjali elektritakistusest, vähenedes takistuse kasvades. Hüstereesi kaduW ühes magnetiseerimise ümberpööramise tsüklis määratakse hüstereesi ahela pindala järgi

ja seda saab arvutada aine ruumalaühiku kohta empiirilise valemiga

J/m 3

kus η - koefitsient olenevalt materjalist,B H on tsükli jooksul saavutatud maksimaalne induktsioon,n- eksponent võrdub 1,6 olenevalt materjalist¸ 2.

Hüstereesist tingitud spetsiifilised energiakadud R G – kaod, mis kuluvad materjali mahuühikus sekundis oleva massiühiku magnetiseerimise ümberpööramisele.

kus f - vahelduvvoolu sagedus,Ton võnkeperiood.

Magnetostriktsioon

Magnetostriktsioon - ferromagneti geomeetriliste mõõtmete ja kuju muutumise nähtus koos magnetvälja suuruse muutumisega, s.o. magnetiseerimise ajal. Materjali mõõtmete suhteline muutusΔ l/ lvõib olla positiivne ja negatiivne. Nikli puhul on magnetostriktsioon väiksem kui null ja jõuab väärtuseni 0,004%.

Vastavalt Le Chatelier' põhimõttele süsteemi vastupidavuse kohta välistegurite mõjule, mis kipuvad seda olekut muutma, peaks ferromagneti mehaaniline deformatsioon, mis põhjustab selle suuruse muutumise, mõjutama nende materjalide magnetiseerimist.

Kui magnetiseerimise käigus keha suurus teatud suunas väheneb, siis mehaanilise survepinge rakendamine selles suunas aitab kaasa magnetiseerimisele ja pinge muudab magnetiseerimise keeruliseks.

6.2. Ferromagnetiliste materjalide klassifikatsioon

Kõik ferromagnetilised materjalid võib nende käitumise järgi magnetväljas jagada kahte rühma.

Pehme magnetiline – kõrge magnetilise läbilaskvusegaμ ja väike sunnijõudH To< 10Olen. Neid on lihtne magnetiseerida ja demagnetiseerida. Neil on madalad hüstereesikaod, st. kitsas hüstereesisilmus.

Magnetilised omadused sõltuvad keemilisest puhtusest ja kristallstruktuuri moonutuse astmest. Mida vähem lisandeid(ALT, R, POEG ) , mida kõrgem on materjali omaduste tase, seetõttu tuleb ferromagneti tootmisel eemaldada need ja oksiidid ning püüda mitte moonutada materjali kristallstruktuuri.

Kõvad magnetilised materjalid - on suurepäraneH K > 0,5 MA/m ja jääkinduktsioon (AT O ≥ 0,1 T). Need vastavad laiale hüstereesiahelale. Neid magnetiseeritakse suurte raskustega, kuid nad suudavad salvestada magnetenergiat mitu aastat, s.t. toimib pideva magnetvälja allikana. Seetõttu valmistatakse neist püsimagneteid.

Kompositsiooni järgi jagunevad kõik magnetmaterjalid järgmisteks osadeks:

· metall;

· mittemetallne;

· magnetodielektrikud.

Metallist magnetilised materjalid - need on puhtad metallid (raud, koobalt, nikkel) ja mõnede metallide magnetsulamid.

mittemetalliks materjalid hõlmavad ferriidid, saadakse raudoksiidide ja muude metallide pulbritest. Neid pressitakse ja põletatakse temperatuuril 1300–1500 °C ning need muutuvad tahketeks monoliitseteks magnetosadeks. Ferriidid, nagu metallilised magnetmaterjalid, võivad olla magnetiliselt pehmed ja magnetiliselt kõvad.

Magnetodielektrikud – need on komposiitmaterjalid 60–80% magnetilise materjali pulbrist ja 40–20% orgaanilisest dielektrikust. Ferriidid ja magnetodielektrikud neil on suur elektritakistuse väärtus (ρ \u003d 10 ÷ 10 8 Ohm m), Nende materjalide kõrge vastupidavus tagab madala dünaamilise energiakao vahelduvates elektromagnetväljades ja võimaldab neid laialdaselt kasutada kõrgsagedustehnoloogias.

6.3. Metallist magnetilised materjalid

6.3.1. metallist pehme magnetiline materjalid

Metallist pehmete magnetiliste materjalide hulka kuuluvad karbonüülraud, permalloid, alsiferid ja madala süsinikusisaldusega räniterased.

karbonüülraud – saadakse vedela raua pentakarbonüüli termilisel lagundamiselF e( CO ) 5 puhta pulbrilise raua osakeste saamiseks:

F e( CO ) 5 → Fe+ 5 CO,

temperatuuril umbes 200°Cja rõhk 15 MPa. Rauaosakesed on sfäärilised, suurusega 1–10 µm. Süsinikuosakestest vabanemiseks töödeldakse rauapulbrit keskkonnas kuumtöötlusega H 2 .

Karbonüülraua magnetiline läbilaskvus ulatub 20 000-ni, sundjõud on 4,5¸ 6,2Olen. Rauapulbrit kasutatakse kõrgsagedusliku tootmiseks magnetodielektriline südamikud, magnetlintide täiteainena.

Permalloid -kõrgtugeva malmi-nikli sulamid. Omaduste parandamiseks sisestage Mo, FROM r, Cu, legeeritud permalloide saamine. Neil on kõrge plastilisus, neid on lihtne rullida kuni 1 mikroni suurusteks lehtedeks ja ribadeks.

Kui permalloy niklisisaldus on 40–50%, siis nimetatakse seda madala niklisisaldusega, kui 60–80% - kõrge niklisisaldusega.

Permalloidel on kõrged magnetilised omadused, mille tagavad mitte ainult sulami koostis ja kõrge keemiline puhtus, vaid ka spetsiaalne termiline vaakumtöötlus. Permalloidel on väga kõrge algse magnetilise läbilaskvuse tase 2000 kuni 30 000 (olenevalt koostisest) madala väljaga piirkonnas, mis on tingitud madalast magnetostriktsioonist ja magnetiliste omaduste isotroopsusest. Supermalloy on eriti kõrgete omadustega, mille esialgne magnetiline läbilaskvus on 100 000 ja maksimum ulatub 1,5-ni 10 6 kl B= 0,3 T

Permalloyid tarnitakse ribade, lehtede ja varraste kujul. Madala niklisisaldusega permalloide kasutatakse induktiivpooli südamike, väikese suurusega trafode ja magnetvõimendite valmistamiseks, kõrge niklisisaldusega permalloid – heli- ja ülehelisagedustel töötavate seadmete osade jaoks. Permalloide magnetilised omadused on stabiilsed –60 +60°С juures.

alsifera – mittemalmistuv rabe sulamid koostisega Al - Si– Fe , mis koosneb 5,5–13%Al, 9 – 10 % Si, ülejäänu on raud. Alsifer on omadustelt lähedane permalloyle, kuid odavam. Sellest valmistatakse valatud südamikud, valatakse magnetekraanid ja muud õõnsad seinapaksusega vähemalt 2–3 mm. Alsiferi haprus piirab selle rakendusala. Alsiferi haprust kasutades jahvatatakse see pulbriks, mida kasutatakse kõrgsageduspressimisel ferromagnetilise täiteainena magnetodielektrikud(südamikud, rõngad).

Silikoonist madala süsinikusisaldusega teras (elektriline teras) – raua ja räni sulam (0,8–4,8%Si). Peamine magnetiliselt pehme massrakenduse materjal. Seda on lihtne rullida 0,05–1 mm paksusteks lehtedeks ja ribadeks ning see on odav materjal. Räni, mis on terases lahustunud olekus, täidab kahte funktsiooni.

· Suurendades terase takistust, põhjustab räni pöörisvooludega seotud dünaamiliste kadude vähenemist. Vastupidavus suureneb ränidioksiidi moodustumine SiO 2 reaktsiooni tulemusena

2 FeO + Si→ 2Fe+ SiO 2 .

· Terases lahustunud räni olemasolu aitab kaasa tsementiidi lagunemisele Fe 3 C - kahjulik lisand, mis vähendab magnetilisi omadusi ja süsiniku eraldumist grafiidi kujul. Sel juhul moodustub puhas raud, mille kristallide kasv suurendab terase magnetiliste omaduste taset.

Räni lisamine terasesse üle 4,8% ei ole soovitatav, kuna parandades magnetilisi omadusi, suurendab räni järsult terase haprust ja vähendab selle mehaanilisi omadusi.

6.3.2. Metallist kõvad magnetmaterjalid

Kõvad magnetilised materjalid - need on ferromagnetid, millel on suur sundjõud (üle 1 kA / m) ja suur jääkmagnetilise induktsiooni väärtusAT O. Neid kasutatakse püsimagnetite valmistamiseks.

Need jagunevad sõltuvalt koostisest, seisundist ja saamise meetodist järgmisteks osadeks:

· legeeritud martensiiterased;

· valatud kõvad magnetsulamid.

Legeeritud martensiiterased – siin on tegemist süsinikterasest ja legeeritud terasestKr, W, Co, Mo . süsinikku sisaldav kiiresti vananema ja muudavad nende omadusi, mistõttu neid kasutatakse püsimagnetite valmistamiseks harva. Püsimagnetite valmistamiseks kasutatakse legeeritud terast - volframi ja kroomi (HС ≈ 4800 Olen,AT Umbes ≈ 1 T), mis on valmistatud erineva ristlõike kujuga varraste kujul. Koobaltterasel on suurem sundjõud (HС ≈ 12000 Olen,AT Umbes ≈ 1 T) võrreldes volframi ja kroomiga. Sunnijõud H FROM koobaltteras suureneb sisalduse suurenemisega FROM umbes .

Valatud kõvad magnetsulamid. Sulamite paranenud magnetilised omadused tulenevad spetsiaalselt valitud koostisest ja spetsiaalsest töötlemisest – magnetite jahutamisest pärast valamist tugevas magnetväljas, samuti spetsiaalsest mitmeastmelisest kuumtöötlusest karastamise ja karastamise näol koos magnetiga. töötlemine, mida nimetatakse sademete kõvenemiseks.

Püsimagnetite valmistamiseks kasutatakse kolme peamist sulamite rühma:

· Raua-koobalti-molübdeeni sulam tüüp remalloy sundjõugaH K \u003d 12-18 kA / m.

· Sulamirühm:

§ vask - nikkel - raud;

§ vask - nikkel - koobalt;

§ raud - mangaan, dopingugaalumiinium või titaan;

§ raud - koobalt - vanaadium (F e- Co - V).

Vase-nikli-raua sulamit nimetatakse kunife (FROM u– Ni - Fe). Sulam F e– Kaas – V (raud - koobalt - vanaadium) nimetatakse wicala . Selle rühma sulamitel on sundjõud H To = 24 – 40 kA/m. Väljastatakse traadi kujul ja lehtedena.

· Süsteemi sulamid raud - nikkel - alumiinium(F e – Ni– Al), varem tuntud kui sulam alni. Sulam sisaldab 20-33% Ni + 11–17% Al, ülejäänu on raud. Koobalti, vase, titaani, räni, nioobiumi lisamine sulamitele parandab nende magnetilisi omadusi, hõlbustab tootmistehnoloogiat, tagab parameetrite korratavuse, parandab mehaanilisi omadusi. Kaubamärgi kaasaegne märgistus sisaldab tähti, mis näitavad lisatud metalle (Yu - alumiinium, N - nikkel, D - vask, K - koobalt, T - titaan, B - nioobium, C - räni), numbreid - elemendi sisaldust, mille täht on enne numbrit, näiteks UNDK15.

Sulamitel on suur sunnijõu väärtus H To = 40 - 140 kA/m ja suur salvestatud magnetenergia.

6.4. Mittemetallilised magnetmaterjalid. Ferriidid

Ferriidid on keraamilised ferromagnetilised materjalid, millel on madal elektrooniline elektrijuhtivus. Madal elektrijuhtivus koos kõrgete magnetiliste omadustega võimaldab ferriite laialdaselt kasutada kõrgetel sagedustel.

Ferriidid on valmistatud pulbrisegust, mis koosneb raudoksiidist ja teiste metallide spetsiaalselt valitud oksiididest. Neid pressitakse ja seejärel paagutatakse kõrgel temperatuuril. Üldine keemiline valem on:

Meo Fe 2 O 3 või MeFe 2 O 4,

kus Minakahevalentse metalli sümbol.

Näiteks,

ZnO Fe2O3 või

NiO Fe2O3 või NiFe 2 O 4

Ferriitidel on kuubikujuline spinell-tüüpi võreMgOAl 2O3 - magneesiumaluminaat.Mitte kõik ferriidid pole magnetilised. Magnetiliste omaduste olemasolu on seotud metalliioonide paigutusega kuubilises spinellvõres. Seega süsteemZnFe 2 O 4 ei oma ferromagnetilisi omadusi.

Ferriidid on valmistatud keraamilise tehnoloogia abil. Esialgsed pulbrilised metallioksiidid purustatakse kuulveskites, pressitakse ja põletatakse ahjudes. Paagutatud brikett jahvatatakse peeneks pulbriks, lisatakse plastifikaatorit, näiteks polüvinüülalkoholi lahust. Saadud massist pressitakse ferriittooted - südamikud, rõngad, mis põletatakse õhus temperatuuril 1000–1400 ° C. Saadud kõvasid, rabedaid, enamasti musti tooteid saab töödelda ainult lihvimise ja poleerimisega.

Pehme magnetiline ferriidid

Pehme magnetilineferriite kasutatakse laialdaselt elektroonikatehnika ja instrumentide kõrgsageduste valdkonnas filtrite, madal- ja kõrgsagedusvõimendite trafode, raadiosaate- ja raadiovastuvõtuseadmete antennide, impulsstrafode ja magnetmodulaatorite tootmiseks. Tööstus toodab järgmist tüüpi pehmeid magnetilisi ferriite, millel on lai valik magnetilisi ja elektrilisi omadusi: nikkel - tsink, mangaan - tsink ja liitium - tsink. Ferriidi kasutamise ülemine piirsagedus sõltub nende koostisest ja varieerub erinevate ferriitide klasside puhul vahemikus 100 kHz kuni 600 MHz, sundjõud on umbes 16 A / m.

Ferriitide eeliseks on magnetiliste karakteristikute stabiilsus, raadiokomponentide valmistamise suhteline lihtsus. Nagu kõik ferromagnetilised materjalid, säilitavad ferriidid oma magnetilised omadused ainult kuni Curie temperatuurini, mis sõltub ferriitide koostisest ja jääb vahemikku 45–950 °C.

Kõvad magnetilised ferriidid

Püsimagnetite valmistamiseks kasutatakse kõvasid magnetferriite; baariumferriite (VAO 6 Fe2O3 ). Neil on kuusnurkne kristallstruktuur, millel on suurH To . Baariumferriidid on polükristallilised materjalid. Need võivad olla isotroopsed – ferriidi omaduste sarnasus igas suunas tuleneb sellest, et kristalsed osakesed on meelevaldselt orienteeritud. Kui magnetite pressimise käigus puutub pulbriline mass kokku suure intensiivsusega välise magnetväljaga, siis on ferriidi kristalsed osakesed orienteeritud ühes suunas ja magnet on anisotroopne.

Baariumferriitid eristuvad nende omaduste hea stabiilsuse poolest, kuid on tundlikud temperatuurimuutuste ja mehaanilise pinge suhtes. Baariumferriitmagnetid on odavad.

6.5. Magnetodielektrikud

Magnetodielektrikud - need on komposiitmaterjalid, mis koosnevad magnetiliselt pehme materjali peeneks hajutatud osakestest, mis on omavahel ühendatud orgaanilise või anorgaanilise dielektrikuga. Pehme magnetmaterjalina kasutatakse karbonüülrauda, ​​alsiferit ja mõnda pulbriks purustatud permalloid.

Dielektrikutena kasutatakse polüstüreeni, bakeliitvaikusid, vedelat klaasi jne.

Dielektriku eesmärk ei ole mitte ainult magnetmaterjali osakeste ühendamine, vaid ka nende üksteisest eraldamine ja sellest tulenevalt elektrilise takistuse järsu suurendamine. magnetodielektriline. Elektriline eritakistusrmagnetodielektrikudon 10 3–10 4 oomi× m

Magnetodielektrikudkasutatakse raadioseadmete kõrgsageduslike komponentide südamike valmistamiseks. Toodete tootmisprotsess on lihtsam kui ferriitidest, sest. need ei vaja kuumtöötlust kõrgel temperatuuril. Tooted alates magnetodielektrikud iseloomustab kõrge magnetiliste omaduste stabiilsus, kõrge pinnaviimistlusklass ja mõõtmete täpsus.

Kõrgeimad magnetilised omadused on molübdeenpermalloi või karbonüülraudaga täidetud magnetodielektrikutel.

Kõiki pöördeid läbivat kogumagnetvoogu nimetatakse vooluahela vooühenduseks.

Kui kõik pöörded on ühesugused, siis kogu magnetvoog, s.o. vooluühendus:

kus
- magnetvoog läbi ühe pöörde; - pöörete arv. Seetõttu on solenoidi vooühendus näiteks induktsiooni ajal AT=0,2 T, solenoidi pöörete arv
ja solenoidakna osa
dm 2 on Wb.

Absoluutne magnetiline läbilaskvus mõõdetuna ühikutes "henry meetri kohta"
.

Magnetiline läbilaskvus vaakum SI ühikute süsteemis võetakse võrdseks
H/m

Suhtumine
absoluutne magnetiline läbilaskvus vaakumi magnetilisele läbilaskvusele nimetatakse suhteliseks magnetiliseks läbilaskvuseks .

Vastavalt väärtusele  Kõik materjalid on jagatud kolme rühma:

Kui dia- ja paramagnetilised ained asetada ühtlasesse magnetvälja, siis diamagnetilises väli nõrgeneb, paramagnetilises aga võimendub. Seda seletatakse asjaoluga, et diamagnetilises aines on elementaarvoolude väljad suunatud välisvälja poole ja paramagnetilises aines - vastavalt sellele.

Tabelis. 1 näitab mõne materjali suhtelise magnetilise läbilaskvuse väärtusi. On näha, et diamagnetiliste ja paramagnetiliste materjalide suhtelise magnetilise läbilaskvuse väärtused erinevad ühtsusest väga vähe, seetõttu eeldatakse praktikas, et nende magnetiline läbilaskvus on ühtsus.

Väljatugevuse mõõde H(Tabel 2):

.

1 auto - on sellise magnetvälja intensiivsus, mille induktsioon vaakumis on võrdne
Tl.

Tabel 1. Mõnede materjalide suhteline magnetiline läbilaskvus

Mõnikord mõõdetakse ka väljatugevust

"oerstedach" (E),

"amprit sentimeetri kohta" (A / cm),

"kiloampreid meetri kohta" (kA/m).

Nende väärtuste vaheline seos on järgmine:

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.

Huvitav on teada mõne magnetvälja tugevusi.

Maa välja intensiivsus Moskva oblastis on 0,358 A/cm.

Terasest konstruktsiooniosade magnetiseerimise väljatugevus on 100...200 A/cm,

püsimagneti poolustel - 1000 ... 2000 A / cm.

Mõnikord kasutavad nad nn magnetmoment
vooluahelad . See on võrdne voolu korrutisega Väljakule , piiratud kontuuriga
(joonis 4).

Kui magnet on jagatud osadeks, on igaüks neist kahe poolusega magnet. Seda on näha jooniselt fig. 5. Tabeli järgi. 2 saab määrata, et üks magnetmomendi ühik on võrdne 1-ga
m 2 \u003d 1
. Seda ühikut nimetatakse "amper-ruutmeetriks". Amperruutmeeter on vooluringi magnetmoment, mille kaudu voolab 1 A vool ja mis piirab pindala, mis on võrdne 1 m 2 -ga.

Riis. 4. Vooluahel (1) vooluga ; Riis. 5. Püsimagneti jagamine osadeks.

2 – praegune allikas:

- magnetmoment;

- väljatugevus.

Tabel 2. Mittepurustavatel katsetel kasutatava SI-süsteemi põhi- ja tuletatud mõõtühikud

Elektronide magnetmoment võrdub

, sest
, a
,
.

Suhteliselt hiljuti seletati magnetite pooluste vastasmõju spetsiaalse aine - magnetismi - olemasoluga. Teaduse arenguga näidati, et ainet ei eksisteeri. Magnetväljade allikaks on elektrivoolud. Seega, kui igasse tükki jaotada püsimagnet, tekitavad elektronvoolud magnetvälja (joonis 5). Magnetlaengut peetakse ainultmingi matemaatiline suurus, millel puudub füüsikaline suuruscal sisu.

Magnetlaengu ühiku saab saada järgmise valemiga:

,
,

kus - töötage vooluga juhtme ümber oleva magnetpooluse möödaviimisel .

Üks tavapärane magnetlaengu ühik on
.

Gaussi süsteemis peetakse magnetlaengu ühikuks sellist väärtust, mis mõjub võrdsele magnetlaengule 1 cm kaugusel vaakumis jõuga, mis on võrdne 1 düüniga.

Materjalide võime magnetiseerida on seletatav voolude olemasoluga neis:

elektroni pöörlemine ümber tuuma aatomis,

ümber oma telgede (elektronide spin) ja

elektronide orbiitide pöörlemine (elektronide orbiitide pretsessioon) (joon. 6).

Ferromagnetiline materjal koosneb väikestest piirkondadest (ligikaudu 0,001 mm lineaarsete mõõtmetega), milles elementaarvoolud on suunatud spontaanselt. Need spontaanse magnetiseerumise piirkondi nimetatakse domeenideks. Igas domeenis moodustub sellest tulenev elementaarvoolude väli.

Demagnetiseeritud materjalis on domeenide magnetväljad kaootiliselt suunatud ja kompenseerivad üksteist nii, et tekkiv väli detailis on peaaegu null.

Välise tegevuse tulemusena seatakse üksikute piirkondade (domeenide) väljad välisvälja suunas ja nii tekib magnetiseeritud osa tugev väli.

Järelikult magnetiseerimine - on astepitsitud orientatsioon domeenide magnetväljad metallis või muul viisil, see on elementaarvoolude tekitatud induktsioon.

Kuna elementaarvooludel on magnetmomendid, defineeritakse magnetiseerimist ka keha kogumagnetmomendi ja selle ruumala suhtena, st:

.

Magnetiseerimine mõõdetuna "amprites meetri kohta" (A/m).

Metallkonstruktsiooni märgi-muutuv koormus, näiteks pidevalt töötavates turbiinilabades, poltides jne. osad toovad kaasa sisemise magnetvälja teatud järjestuse laadimistsoonis, selle välja jälgede ilmumiseni detaili pinnale. Seda nähtust kasutatakse järelejäänud eluea hindamiseks, mehaaniliste pingete määramiseks.

Magnetiseerimine testitav osa sõltub väljatugevusest
, selles osas tegutsedes. Materjali ferromagnetilised omadused sõltuvad ka temperatuurist. Iga ferromagnetilise materjali jaoks on temperatuur, mille juures spontaanse magnetiseerumise piirkonnad hävivad termilise liikumise tõttu ja ferromagnetiline materjal muutub paramagnetiliseks. Seda temperatuuri nimetatakse Curie punktiks. Raua Curie punkt on 753 0 C. Kui see temperatuur langeb alla selle punkti, taastuvad magnetilised omadused.

Riis. 6. Elementaarvoolude tüübid:

a - elektroni 1 liikumine ümber tuuma 4;

b - elektroni pöörlemine ümber oma telje;

c - elektroni orbiidi pretsessioon;

5 - elektrooniline orbiit;

6 - elektronide orbiidi tasapind;

8 - elektronide orbiidi pretsessioonilise liikumise trajektoor.

Induktsioon osa saadud välja saab määrata tuntud valemiga:

,

kus - magnetiseerimine, st. molekulaarvoolude poolt tekitatud induktsioon;
on välisvälja tugevus. Ülaltoodud valemist on näha, et osa induktsioon on kahe komponendi summa:
- määrab välise välja
ja - magnetiseerimine, millest sõltub ka
.

Joonisel fig. 7 näitab sõltuvusi
, ja
ferromagnetiline materjal välisvälja tugevusest.

Riis. 7. Magnetinduktsiooni sõltuvus ja magnetiseerimine magnetiseerivast väljast
.

Kõver
näitab, et suhteliselt nõrkade väljade korral kasvab magnetiseerimine väga kiiresti (jaotis a-b) . Siis kasv aeglustub (jaotis b-c) . Edasine kasv kahanev, kõver
läheb sirgjoonele , millel on väike kalle horisontaaltelje suhtes
. Samal ajal väärtus
läheneb järk-järgult oma piirile
. Komponent
varieerub proportsionaalselt väljatugevusega
. Joonisel fig. 7 seda sõltuvust näidatakse sirgjoonega o-e .

Magnetilise induktsiooni kõvera saamiseks välisvälja tugevuse kohta on vaja lisada kõverate vastavad ordinaadid
ja
. Seda sõltuvust kujutab kõver
, nimetatakse esialgseks magnetiseerimiskõveraks. Erinevalt magnetiseerimisest, magnetilisest induktsioonist kasvab nii kaua kui väärtus
, kuna pärast magnetiseerumise kasvu peatumist kogus
kasvab jätkuvalt proportsionaalselt
.

Osa ümbermagnetiseerimine toimub vahelduva või perioodiliselt muutuva suunaga konstantse väljaga.

Joonisel fig. 8 näitab proovi täielikku magnetreaktsiooni – hüstreesisilmust. Algolekus proov demagnetiseeritakse. Voolu mähises suurendatakse sirgjooneliselt 0-8 . Selle voolu tekitatud välja tugevus muutub sirgjooneliselt 0-1. Samal ajal induktsioon ja magnetiseerimine proovis suureneb piki esialgse magnetiseerimise kõveraid 16 ja 17 punktideni 16 "ja 17", mis vastab magnetküllastusele, mille puhul kõik domeenide magnetväljad on suunatud piki välisvälja.

Voolu vähenemisega sirgjoonel 8-9 väljatugevus väheneb 1-0 võrra (joon. 8, a). Samal ajal induktsioon ja magnetiseerimine muuta väärtuseks .

Kui vool suureneb negatiivses suunas 9-10 võrra, suureneb väljatugevus ka negatiivses suunas 0-2 võrra , proovi uuesti kaardistamine.

Punktis 6 induktsioon
, sest
, need.
. Punktile 6 vastav väljatugevus , nimetatakse sunnijõuks
induktsiooni teel.

Punktis 4 magnetiseerimine
, a
.

väljatugevus, mis vastab punktile 4, nimetatakse sunnijõuks H si magnetiseerimise teel. Magnetjuhtimise korral arvutatakse sundjõud
.

Väljatugevuse edasise suurenemisega punktini 2 induktsioon ja magnetiseerimine jõuda suurimate negatiivsete väärtusteni
ja
(punktid 16" ja 17"), mis vastavad magnetilisele küllastumisele
näidis. Väheneva vooluga sirgjoonel 10-11 induktsioon ja magnetiseerimine võtab vastavad väärtused
.

Seega välisvälja muutmise tulemusena
piki 0-1, 1-0, 0-2, 2-0 (joonis 8) ja proovi magnetiline olek muutub piki suletud kõverat - magnethüstereesi ahel.

Riis. 8. Induktsioonisõltuvus ja magnetiseerimine pingest
(a), voolu muutus magnetiseerimismähises (b).

Magnethüstereesi ahel määrab järgmised magnettestimisel kasutatavad omadused:

H t - maksimaalne magnetvälja tugevus, mille juures proovi küllastusaste saavutatakse;

AT r - jääkinduktsioon proovis pärast välja eemaldamist;

H Koos - sundjõud on magnetvälja tugevus, mida tuleb rakendada näidise magnetiseerimisele vastupidiselt, et see täielikult demagnetiseerida;

AT t - tehniline küllastusinduktsioon. Seda peetakse AT t = 0,95 B max, kus B max- algmagnetiseerimise teoreetiliselt võimalik küllastusinduktsioon.

Kui ferromagnetiline keha puutub kokku sama märgiga väljadega, siis nimetatakse hüstereesisilmust, mis antud juhul on lähtekoha suhtes asümmeetriline (joonis 9).

Seal on staatilised ja dünaamilised hüstereesisilmused.

Staatilise hüstereesi ahel nimetatakse ahelaks, mis saadakse aeglaselt muutudes H, mille puhul võib pöörisvoolude mõju tähelepanuta jätta.

Dünaamiline hüstereesi ahel nimetatakse tsükliks, mis saadakse perioodilise muutmise teel H mingi piiratud kiirusega, mille juures pöörisvoolude mõju muutub oluliseks. Selle tulemuseks on dünaamiline silmus, mille laius on palju suurem kui staatilisel ahelal. Rakendatud pinge amplituudi suurenemisega suureneb dünaamilise hüstereesi ahela laius.

Joonisel fig. 10 näitab sõltuvust
. Kell H=0 magnetiline läbilaskvus on võrdne selle algväärtusega.

Riis. 9. Asümmeetrilise hüstereesi silmused 1-3 - vahepealsed silmused; 4 - piirsilmus; 5 - algne magnetiseerimiskõver.

Mööda magnetiseerimiskõverat H(H) absoluutne magnetiline läbilaskvus antud väljas H defineeritud kui
, ja suhteline as
.

Tihti mainitakse diferentsiaalset magnetilist läbilaskvust:

.

Esimene neist on võrdne sirge 1 kalde puutujaga ja teine ​​on võrdne puutuja 2 kalde puutujaga.

Magnetomotoorjõud (mfs) on võrdne F = Iw, praegune toode I mähises selle pöörete arvu jaoks.

Magnetvoog on:

kus F - MDS, mõõdetuna amprites; l kolmap- magnetahela keskjoone pikkus, m; S - magnetahela ristlõige, m 2.

Väärtus
määrab magnettakistuse R m .

Riis. 10. Magnetiline läbilaskvus , ja induktsioon AT väljatugevus
:
,
;
.

Magnetvoog on otseselt võrdeline vooluga I ja pöördvõrdeline magnettakistusega R m . Oletame, et peame määrama 10 pöörde pikkuse kaabli toroidmähise voolutugevuse, et magnetiseerida laagrirõngast 1 T induktsiooniga.

Kasutades valemit Ф = F/ R m , leia:

Juhti ümbritsev väljamuster on kontsentriline ring, mille keskpunkt on juhi teljel (joonis 11).

Riis. 11. Pulbri jaotusmuster (a) ja induktsioon vooluga (b) juhi ümber

Juhtme või kaablipoolide tekitatud solenoidi ümber paikneva välja suuna saab määrata kaablirulli reegliga.

Kui asetate korgitser piki juhi telge ja pöörate seda päripäeva nii, et selle translatsiooniline liikumine langeb kokku juhis oleva voolu suunaga, siis näitab korgitser käepideme pöörlemissuund välja suunda.

Väljatugevuse muutus H sisemine ja välimine juht 3 kui seda läbib eemalt alalisvool mõõtepunktist raadiusega juhi teljele näidatud joonisel fig. 12.

Joonis 12. Väljatugevuse H jaotus voolu juhtiva juhi sees (1) ja väljaspool (2).

Kust on näha, et väli juhi teljel on null ja juhi sees (at > ) see muutub lineaarselt:

,

ja väljaspool seda (koos > ) hüperbooliga
, kus - kaugus juhi teljest mõõtepunktini, m; - vool juhis, A.

Kui väljatugevus on antud H punktis, mis asub traadi teljest eemal, siis selle intensiivsuse saamiseks määratakse voolutugevus järgmise valemi abil:

,

kus H[Olen], [m].

Kui voolu kandev juht läbib õõnesosa, näiteks laagrirõnga, siis erinevalt eelmisest juhtumist suureneb induktsioon järsult ferromagnetilise osa tsoonis (joon. 13).

Riis. 13- Induktsioon detaili magnetiseerimisel, kui vool juhitakse läbi keskjuhi.

Väljak muutub aladel: 0-1 seaduses H =0 ; 1-2 seaduse järgi
; 2-3 seaduse järgi
.

Magnetiline induktsioon B muudatused: paragrahvis 0-2 vastavalt seadusele
; osades 2-3; 6-7 seaduse järgi
.

Induktsioonhüpped AT osades 3-4; 5-6 detaili ferromagnetilisuse tõttu 8 (- juhi raadius; - kaugus juhi keskpunktist).

Oletame, et silindriline õõnesosa on magnetiseeritud keskjuhiga. Induktsiooni saamiseks määrake juhi voolutugevus AT= 12,56 mT 80 mm läbimõõduga detaili sisepinnal.

Voolu tugevus juhis määratakse järgmise valemiga:

Väljajaotus õõnesosa sees ja väljaspool 4, magnetiseeritud, juhtides sellest läbi voolu, nagu on näidatud joonisel fig. 14. On näha, et raadiusega osa sees olev väli R 1 võrdub nulliga. Põld krundil 1-2 (osa materjali sees) varieerub vastavalt seadusele

ja jaotises 2-3 - seaduses
. See valem määrab välja tugevuse detaili välispinnal või sellest teatud kaugusel.

Riis. 14. Väljajaotus H osa sees ja väljas.

Kui läbi 50 mm läbimõõduga silindrilise detaili juhitakse voolu 200,0 A ja on vaja määrata väljatugevus punktides, mis asuvad detaili pinnast 100 mm kaugusel. Väljatugevus detaili pinnast 100 mm kaugusel määratakse järgmise valemiga:

.

Väljatugevus detaili pinnal on:

.

Joonisel fig. 15 kujutab magnetvälja diagrammi solenoidi ümber ja sees. Samuti on jooniselt näha, et solenoidi sees olevad magnetjõujooned on suunatud piki selle pikitelge. Solenoidi väljundakende juures moodustuvad magnetpoolused N ja S.

Solenoidi serva telje keskel olev väljatugevus määratakse ülaltoodud valemitega.

Väljatugevus mähise keskel koos raadiusega R määratakse valemiga H = I/ R, A / m, kus I- vool juhi mähises, A.

Kui on vaja kindlaks määrata väljatugevus kinnitatud solenoidi keskel vooluga 200 A ja samal ajal pöörete arv w = = -6, pikkus 210 mm, läbimõõt 100 mm, siis on väljatugevus:

.

Kui solenoidi vool on 200 A ja solenoidi pikkus on 400 mm, läbimõõt on 100 mm, pöörete arv on 8,
,
(vt. joon. 15), siis on võimalik arvutada tugevus solenoidi üksikutes punktides.

Väljatugevuse jaotus solenoidi sees on järgmine:

a - solenoidi keskel:

,

kus H - väljatugevus sisse solenoidi keskpunkt, A/cm; l, Koos- solenoidi pikkus ja raadius, cm; w- pöörete arv;

b - solenoidi teljel:

,

kus l- solenoidi pikkus, cm;

sisse - solenoidi servas:

,

kus l , Koos - solenoidi pikkus ja raadius, cm; w- pöörete arv.

Toroidmähises oleva voolu tekitatud väljatugevus:
, A/cm; I- vool, A; l- mähise keskjoone pikkus, cm; w - pöörete arv. Selles näites:

a) pinge H 1, solenoidi telje keskel:

b) väljatugevus punktis A-H 2 :

c) väljatugevus solenoidi servas - H 3:

Kui pooli läbimõõt on 160 mm koguvooluga 180,0 A, on väljatugevus mähise keskel:

Riis. 15. Solenoidi magnetväli ja tugevuse jaotus selle keskmes (a), teljel (b) ja servas (c).