Magnetska propusnost. Magnetska svojstva tvari

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

M = I×S A × m 2 .

Elektronske ljuske atoma i molekula imaju magnetske momente. Elektroni i druge elementarne čestice imaju spinski magnetski moment određen postojanjem vlastitog mehaničkog momenta – spina. Spinski magnetski moment elektrona može se u vanjskom magnetskom polju orijentirati tako da su moguće samo dvije jednake i suprotno usmjerene projekcije momenta na smjer vektora magnetskog polja, jednake Bohrov magneton- 9,274 × 10 -24 A × m 2.

1. Definirajte pojam "magnetizacije" tvari.

Magnetizacija - J- je ukupni magnetski moment po jedinici volumena tvari:

1. Definirajte pojam "magnetska osjetljivost".

Magnetska osjetljivost tvari, א v- omjer magnetizacije tvari i jakosti magnetskog polja, po jedinici volumena:

אv = , bezdimenzijska količina.

Specifična magnetska osjetljivost, א – omjer magnetske osjetljivosti i gustoće tvari, tj. magnetska susceptibilnost po jedinici mase, mjerena u m 3 /kg.

1. Definirajte pojam "magnetska permeabilnost".

Magnetska propusnost, μ – ovo je fizikalna veličina koja karakterizira promjenu magnetske indukcije kada je izložena magnetskom polju . Za izotropne medije, magnetska permeabilnost jednaka je omjeru indukcije u mediju NA na snagu vanjskog magnetskog polja H i na magnetsku konstantu μ 0 :

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

μ = אv+1, budući da je B \u003d μ 0 (H + J).

1. Klasificirajte materijale prema njihovim magnetskim svojstvima.

Prema magnetskoj strukturi i vrijednosti magnetske permeabilnosti (susceptibilnosti) materijali se dijele na:

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

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

feromagneti µ >> 1(pojačava se magnetsko polje u materijalu);

Ferimagneti µ >> 1(magnetsko polje u materijalu raste, ali se magnetska struktura materijala razlikuje od strukture feromagneta);

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

1. Opišite prirodu dijamagnetizma.

Dijamagnetizam je svojstvo tvari da se magnetizira u smjeru vanjskog magnetskog polja koje na nju djeluje (u skladu sa zakonom elektromagnetske indukcije i Lenzovim pravilom). Dijamagnetizam je karakterističan za sve tvari, ali se u svom "čistom obliku" očituje u dijamagnetima. Dijamagneti su tvari čije molekule nemaju svoje magnetske momente (ukupni im je magnetski moment jednak nuli), 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.

Dijamant, 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 tvari koje se nazivaju paramagnetima, koje kada se stave u vanjsko magnetsko polje poprimaju magnetski moment koji se podudara sa smjerom tog polja. Atomi i molekule paramagneta, za razliku od dijamagneta, imaju svoje magnetske momente. U nedostatku polja, orijentacija tih momenata je kaotična (zbog toplinskog gibanja) i ukupni magnetski moment tvari jednak je nuli. Pri djelovanju vanjskog polja dolazi do djelomične orijentacije magnetskih momenata čestica u smjeru polja, a jakosti vanjskog polja H pribraja se magnetizacija J: B = μ 0 (H+J). Indukcija u tvari je pojačana. Primjeri paramagneta:

Kisik, א = 108×10 -9 m 3 /kg.

Titanij = 3×10 -9 m 3 /kg.

Aluminij, 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 tvari, u kojem su svi magnetski momenti atoma u određenom volumenu tvari (domena) paralelni, što uzrokuje spontano magnetiziranje domene. Pojava magnetskog reda povezana je s izmjenom međudjelovanja elektrona, koja je elektrostatske prirode (Coulombov zakon). U nedostatku vanjskog magnetskog polja, orijentacija magnetskih momenata različitih domena može biti proizvoljna, a volumen materije koji se razmatra općenito može imati slabu ili nultu magnetizaciju. Kada se primijeni magnetsko polje, magnetski momenti domena su usmjereni duž polja to više, što je jačina polja veća. U tom se slučaju mijenja vrijednost magnetske permeabilnosti feromagneta i povećava se indukcija u tvari. Primjeri feromagneta:

Željezo, nikal, kobalt, gadolinij

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

45. Opišite prirodu ferimagnetizma.

Ferimagnetizam je magnetski uređeno stanje tvari, u kojem magnetski momenti atoma ili iona tvore u određenom volumenu materije (domenu) magnetske podrešetke atoma ili iona s ukupnim magnetskim momentima koji nisu međusobno jednaki i usmjereni su antiparalelno. Ferimagnetizam se može smatrati najopćenitijim slučajem magnetski uređenog stanja, a feromagnetizam slučajem s jednom podrešetkom. Sastav ferimagneta nužno uključuje atome feromagneta. Primjeri ferimagneta:

Fe3O4; MgFe2O4; CuFe2O4; MnFe2O4; NiFe2O4; CoFe2O4 …

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

46. ​​​​Opišite prirodu antiferomagnetizma.

Antiferomagnetizam je magnetski uređeno stanje tvari, karakterizirano činjenicom da su magnetski momenti susjednih čestica tvari usmjereni antiparalelno, a u nedostatku vanjskog magnetskog polja, ukupna magnetizacija tvari je nula. Antiferomagnet u odnosu na magnetsku strukturu može se smatrati posebnim slučajem ferimagneta u kojem su magnetski momenti podrešetki jednaki po apsolutnoj vrijednosti i antiparalelni. Magnetska permeabilnost antiferomagneta je blizu 1. Primjeri antiferomagneta:

Cr2O3; mangan; FeSi; Fe2O3; NIO……… μ ≈ 1.

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

Supervodiči ispod temperature superprijelaza su idealni dijamagneti:

א= - 1; μ = 0.

Magnetizam

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

1) dijamagneti,

2) paramagneti,

3) feromagneti.

Magnetizaciju tvari karakterizira magnetska permeabilnost,

Magnetska indukcija u materiji,

Magnetska indukcija u vakuumu.

Svaki atom može se karakterizirati magnetskim momentom .

Struja u krugu, - područje kruga, - vektor normale na površinu kruga.

Mikrostruja atoma nastaje kretanjem negativnih elektrona po orbiti i oko vlastite osi, kao i rotacijom pozitivne jezgre oko vlastite osi.

1. Dijamagneti.

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

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

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

u dijamagnetima.

Jer< , то для диамагнетиков 1.

2. Paramagneti

NA paramagneti mikrostruje atoma i njihovi magnetski momenti nisu jednaki nuli.

Bez vanjskog polja, te su mikrostruje smještene nasumično.

U vanjskom magnetskom polju, mikrostruje paramagnetskih atoma usmjerene su duž polja, pojačavajući ga.

U paramagnetu je magnetska indukcija = + malo veća od .

Za paramagnete, 1. Za dia- i paramagnete, možete računati 1.

Tablica 1. Magnetska permeabilnost para- i dijamagneta.

Magnetizacija paramagneta ovisi o temperaturi, jer. toplinsko gibanje atoma onemogućuje uređen raspored mikrostruja.

Većina tvari u prirodi su paramagnetske.

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

3. Feromagneti

Magnetska propusnost feromagneti doseže stotine tisuća i ovisi o veličini polja magnetiziranja ( jako magnetske tvari).

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

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

U nedostatku vanjskog polja, magnetski momenti pojedinih domena su nasumično usmjereni i kompenziraju se. U vanjskom polju, one domene u kojima mikrostruje pojačavaju vanjsko polje povećavaju svoju veličinu na račun susjednih. Rezultirajuće magnetsko polje = + kod feromagneta mnogo je jače nego kod para- i dijamagneta.

Domene koje sadrže milijarde atoma imaju inerciju i ne vraćaju se brzo u svoje izvorno neuređeno stanje. Stoga, ako se feromagnet makne iz vanjskog polja, tada se njegovo vlastito polje dugo zadržava.

Magnet se tijekom dugotrajnog skladištenja demagnetizira (s vremenom se domene vraćaju u kaotično stanje).

Druga metoda demagnetizacije je zagrijavanje. Za svaki feromagnet postoji temperatura (naziva se "Curiejeva točka") na kojoj se veze između atoma uništavaju u domenama. U tom slučaju feromagnet prelazi u paramagnet i dolazi do demagnetizacije. Na primjer, Curiejeva točka za željezo je 770°C.

zove magnetska permeabilnost . Apsolutno magnetskipropusnost okoliš je omjer B prema H. ​​Prema Međunarodnom sustavu jedinica, mjeri se u jedinicama koje se nazivaju 1 henry po metru.

Njegova brojčana vrijednost izražava se omjerom njegove vrijednosti i vrijednosti magnetske permeabilnosti vakuuma i označava se s µ. Ova se vrijednost naziva relativno magnetskopropusnost(ili jednostavno magnetska permeabilnost) medija. Kao relativna veličina nema mjernu jedinicu.

Stoga je relativna magnetska permeabilnost µ vrijednost koja pokazuje koliko je puta indukcija polja određenog medija manja (ili veća) od indukcije magnetskog polja vakuuma.

Kada je tvar izložena vanjskom magnetskom polju, postaje magnetizirana. Kako se to događa? Prema Ampereovoj hipotezi, mikroskopske električne struje neprestano kruže u svakoj tvari, uzrokovane kretanjem elektrona u njihovim orbitama i prisutnošću vlastitih. U normalnim uvjetima to je kretanje neuredno, a polja se međusobno "gase" (kompenziraju). . Kada se tijelo stavi u vanjsko polje, struje se uređuju, a tijelo postaje magnetizirano (odnosno, ima svoje polje).

Magnetska propusnost svih tvari je različita. S obzirom na veličinu, tvari se dijele u tri velike skupine.

Na dijamagneti vrijednost magnetske permeabilnosti µ je nešto manja od jedinice. Na primjer, bizmut ima µ = 0,9998. Dijamagneti uključuju cink, olovo, kvarc, bakar, staklo, vodik, benzen i vodu.

Magnetska propusnost paramagneti nešto više od jedinice (za aluminij, µ = 1,000023). Primjeri paramagneta su nikal, kisik, volfram, ebonit, platina, dušik, zrak.

Konačno, treća skupina uključuje niz tvari (uglavnom metala i legura), čija magnetska propusnost značajno (za nekoliko redova veličine) prelazi jedinicu. Ove tvari su feromagneti. To uglavnom uključuje nikal, željezo, kobalt i njihove legure. Za čelik µ = 8∙10^3, za leguru nikal-željezo µ=2,5∙10^5. Feromagneti imaju svojstva koja ih razlikuju od drugih tvari. Prvo, imaju rezidualni magnetizam. Drugo, njihova magnetska permeabilnost ovisi o veličini indukcije vanjskog polja. Treće, za svaki od njih postoji određeni temperaturni prag, tzv Curiejeva točka, pri čemu gubi svoja feromagnetska svojstva i postaje paramagnet. Za nikal je Curiejeva točka 360°C, za željezo je 770°C.

Svojstva feromagneta određena su ne samo magnetskom propusnošću, već i vrijednošću I, tzv. magnetizacija ove tvari. Ovo je složena nelinearna funkcija magnetske indukcije, rast magnetizacije opisuje se linijom tzv krivulja magnetizacije. U ovom slučaju, dostigavši ​​određenu točku, magnetizacija praktički prestaje rasti (dolazi magnetsko zasićenje). Kašnjenje vrijednosti magnetizacije feromagneta od rastuće vrijednosti indukcije vanjskog polja naziva se magnetska histereza. U ovom slučaju postoji ovisnost magnetskih karakteristika feromagneta ne samo o njegovom trenutnom stanju, već io njegovoj prethodnoj magnetizaciji. Grafički prikaz krivulje te ovisnosti naziva se histerezna petlja.

Zbog svojih svojstava feromagneti imaju široku primjenu u tehnici. Koriste se u rotorima generatora i elektromotora, u izradi jezgri transformatora i u proizvodnji dijelova za elektronička računala. feromagneti se koriste u magnetofonima, telefonima, magnetskim vrpcama i drugim medijima.

6. MAGNETSKI MATERIJALI

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

Prema magnetskim svojstvima materijali se dijele na slabo magnetne ( dijamagneti i paramagneti) i jako magnetski ( 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 također NA ja, Ga, Sb.

Paramagneti- tvari s magnetskom propusnošćuμ r> 1, koji u slabim poljima ne ovisi o jakosti vanjskog magnetskog polja. Paramagneti uključuju tvari čiji atomi (molekule) u odsutnosti magnetizirajućeg polja imaju magnetski moment različit od nule: kisik, dušikov oksid, soli željeza, kobalta, nikla i elemenata rijetke zemlje, alkalijski metali, aluminij, platina.

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

U visoko magnetskim materijalima, magnetska permeabilnost je mnogo veća od jedinice (μ r >> 1) i ovisi o jakosti magnetskog polja. Tu spadaju: željezo, nikal, kobalt i njihove legure, kao i legure kroma i mangana, gadolinij, feriti različitih sastava.

6.1. Magnetska svojstva materijala

Magnetska svojstva materijala procjenjuju se fizikalnim veličinama koje se nazivaju magnetske karakteristike.

Magnetska propusnost

razlikovati relativna i apsolutni magnetska permeabilnost tvari (materijal) koji su međusobno povezani omjerom

μ a = μ o μ, H/m

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

μ – relativna magnetska permeabilnost (bezdimenzijska vrijednost).

Za opisivanje svojstava magnetskih materijala koristi se relativna magnetska permeabilnostμ (češće se naziva magnetska permeabilnost), a za praktične proračune koristiti apsolutnu magnetsku permeabilnostμ a, izračunato jednadžbom

μ a = NA /H,H/m

H– jakost magnetizirajućeg (vanjskog) magnetskog polja, A/m

NA – indukcija magnetskog polja u magnetu.

Velika vrijednostμ pokazuje da se materijal lako magnetizira u slabim i jakim magnetskim poljima. Magnetska permeabilnost većine magneta ovisi o jakosti magnetizirajućeg magnetskog polja.

Za karakterizaciju magnetskih svojstava naširoko se koristi bezdimenzionalna veličina, tzv magnetska osjetljivost χ .

μ = 1 + χ

Temperaturni koeficijent magnetske permeabilnosti

Magnetska svojstva tvari ovise o temperaturiμ = μ (T) .

Kako bi se opisala priroda promjenemagnetska svojstva s temperaturomkoristiti temperaturni koeficijent magnetske permeabilnosti.

Ovisnost magnetske susceptibilnosti paramagneta o temperaturiTopisano Curiejevim zakonom

gdje C - Curiejeva konstanta .

Magnetske karakteristike feromagneta

Ovisnost magnetskih svojstava feromagneta ima složeniji karakter, prikazan na slici, i doseže maksimum na temperaturi blizuQ do.

Temperatura pri kojoj se magnetska susceptibilnost naglo smanjuje, gotovo do nule, naziva se Curiejeva temperatura -Q do. Na temperaturama iznadQ do kod feromagneta dolazi do poremećaja procesa magnetiziranja zbog intenzivnog toplinskog gibanja atoma i molekula te materijal prestaje biti feromagnetičan i postaje paramagnet.

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

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

Proces magnetiziranja jako magnetskih materijala (feromagneta) ima histereza. Ako se demagnetizirani feromagnet magnetizira u vanjskom polju, tada se magnetizira duž krivulja magnetizacije B = B(H) . Ako tada, polazeći od neke vrijednostiHpočeti smanjivati ​​jakost polja, zatim indukcijuBsmanjit će se s određenim kašnjenjem ( histereza) u odnosu na krivulju magnetiziranja. S povećanjem polja suprotnog smjera, feromagnet se demagnetizira ponovno magnetizira, a novom promjenom smjera magnetskog polja može se vratiti na početnu točku, odakle je započeo proces demagnetizacije. Dobivena petlja prikazana na slici naziva se histerezna petlja.

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

Preostala magnetska indukcija NA O – opaženo u feromagnetskom materijalu, magnetiziranom do zasićenja, kada je demagnetiziran, kada je jakost magnetskog polja nula. Za demagnetizaciju uzorka materijala potrebno je da jakost magnetskog polja promijeni smjer (-H). Snaga poljaH Do , za koju je indukcija nula, zove se prisilna sila(sila zadržavanja) .

Preokret magnetizacije feromagneta u izmjeničnim magnetskim poljima uvijek je popraćen gubicima toplinske energije, koji su uzrokovani gubitak histereze i dinamički gubici. Dinamički gubici povezani su s vrtložnim strujama induciranim u volumenu materijala i ovise o električnom otporu materijala, smanjujući se s povećanjem otpora. Gubitak histerezeW u jednom ciklusu preokreta magnetizacije određeno područjem petlje histereze

a može se izračunati za jedinicu volumena tvari pomoću empirijske formule

J / m 3

gdje η - koeficijent ovisno o materijalu,B H maksimalna indukcija postignuta tijekom ciklusa,n- eksponent jednak 1,6 ovisno o materijalu¸ 2.

Specifični gubici energije uslijed histereze R G – gubici utrošeni na preokret magnetizacije jedinice mase u jedinici volumena materijala u sekundi.

gdje f – AC frekvencija,Tje period oscilacije.

Magnetostrikcija

Magnetostrikcija - pojava promjene geometrijskih dimenzija i oblika feromagneta s promjenom veličine magnetskog polja, tj. tijekom magnetizacije. Relativna promjena dimenzija materijalaΔ l/ lmogu biti pozitivni i negativni. Za nikal, magnetostrikcijska je manja od nule i doseže vrijednost od 0,004%.

U skladu s Le Chatelierovim načelom o otpornosti sustava na utjecaj vanjskih čimbenika koji nastoje promijeniti ovo stanje, mehanička deformacija feromagneta, koja dovodi do promjene njegove veličine, trebala bi utjecati na magnetizaciju ovih materijala.

Ako tijekom magnetizacije tijelo doživi smanjenje svoje veličine u određenom smjeru, tada primjena mehaničkog tlačnog naprezanja u tom smjeru pridonosi magnetizaciji, a napetost otežava magnetizaciju.

6.2. Podjela feromagnetskih materijala

Svi feromagnetski materijali mogu se podijeliti u dvije skupine prema ponašanju u magnetskom polju.

Meki magnet – s visokom magnetskom propusnošćuμ a mala prisilna silaH Do< 10A / m. Lako se magnetiziraju i demagnetiziraju. Imaju niske histerezne gubitke, tj. uska petlja histereze.

Magnetske karakteristike ovise o kemijskoj čistoći i stupnju izobličenja kristalne strukture. Što manje nečistoća(IZ, R, S, O, N ) , što je viša razina karakteristika materijala, stoga je potrebno ukloniti njih i okside u proizvodnji feromagneta, te pokušati ne iskriviti kristalnu strukturu materijala.

Tvrdi magnetski materijali - imati superH K > 0,5 MA/m i rezidualna indukcija (NA O ≥ 0,1T). Oni odgovaraju širokoj petlji histereze. Oni se teško magnetiziraju, ali mogu pohraniti magnetsku energiju nekoliko godina, tj. služe kao izvor konstantnog magnetskog polja. Stoga se od njih izrađuju trajni magneti.

Po sastavu svi magnetski materijali dijele se na:

· metal;

· nemetalni;

· magnetodielektrici.

Metalni magnetski materijali - to su čisti metali (željezo, kobalt, nikal) i magnetske legure nekih metala.

na nemetalne materijali uključuju feriti, dobiven iz praha željeznih oksida i drugih metala. Prešaju se i peku na 1300 - 1500 °C te se pretvaraju u čvrste monolitne magnetske dijelove. Feriti, poput metalnih magnetskih materijala, mogu biti magnetski meki i magnetski tvrdi.

Magnetodielektrici – to su kompozitni materijali od 60 - 80% magnetskog materijala u prahu i 40 - 20% organskog dielektrika. Feriti i magnetodielektrici imaju veliku vrijednost električnog otpora (ρ \u003d 10 ÷ 10 8 Ohm m), visoka otpornost ovih materijala osigurava niske dinamičke gubitke energije u izmjeničnim elektromagnetskim poljima i omogućuje njihovu široku primjenu u visokofrekventnoj tehnologiji.

6.3. Metalni magnetski materijali

6.3.1. metal meki magnetski materijala

Metalni mekani magnetski materijali uključuju karbonilno željezo, permaloje, alsifere i niskougljične silicijeve čelike.

karbonilno željezo – dobiven toplinskom razgradnjom tekućeg željeznog pentakarbonilaF e( CO ) 5 za dobivanje čestica čistog željeza u prahu:

F e( CO ) 5 → Fe+ 5 CO,

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

Magnetska permeabilnost karbonilnog željeza doseže 20000, koercitivna sila je 4,5¸ 6,2A / m. Željezni prah se koristi za izradu visokofrekventnih magnetodielektrični jezgre, kao punilo u magnetskim trakama.

permaloji -duktilne legure željeza i nikla. Za poboljšanje svojstava, unesite Mo, IZ r, Cu, dobivanje dopiranih permaloja. Imaju visoku plastičnost, lako se motaju u listove i trake do 1 mikrona.

Ako je sadržaj nikla u permaloju 40 - 50%, tada se naziva niskim sadržajem nikla, ako je 60 - 80% - s visokim sadržajem nikla.

Permaloji imaju visoku razinu magnetskih karakteristika, što je osigurano ne samo sastavom i visokom kemijskom čistoćom legure, već i posebnom termičkom vakuumskom obradom. Permaloji imaju vrlo visoku razinu početne magnetske permeabilnosti od 2000 do 30000 (ovisno o sastavu) u području slabih polja, što je posljedica niske vrijednosti magnetostrikcije i izotropije magnetskih svojstava. Supermalloy ima posebno visoke karakteristike, čija je početna magnetska propusnost 100 000, a maksimalna doseže 1,5 10 6 u B= 0,3 T

Permaloji se isporučuju u obliku traka, listova i šipki. Permaloji s niskim sadržajem nikla koriste se za proizvodnju jezgri induktora, malih transformatora i magnetskih pojačala, s visokim sadržajem nikla permaloji – za dijelove opreme koji rade na zvučnim i nadzvučnim frekvencijama. Magnetske karakteristike permaloja su stabilne na –60 +60°C.

alsifera – nekovak krt legure sastava Al – Si– Fe , koji se sastoji od 5,5 - 13%Al, 9 – 10 % Si, ostalo je željezo. Alsifer je po svojstvima blizak permaloju, ali jeftiniji. Od njega se izrađuju lijevane jezgre, lijevaju se magnetski zasloni i drugi šuplji dijelovi debljine stijenke najmanje 2-3 mm. Krhkost alsifera ograničava opseg njegove primjene. Koristeći krtost alsifera, melje se u prah koji se koristi kao feromagnetsko punilo u prešanim visokofrekventnim magnetodielektrici(jezgre, prstenovi).

Silikonski niskougljični čelik (električni čelik) – legura željeza i silicija (0,8 - 4,8%Si). Glavni magnetski 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, ima dvije funkcije.

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

2 FeO + Si→ 2Fe+ SiO 2 .

· Prisutnost silicija otopljenog u čeliku doprinosi razgradnji cementita Fe 3 C - štetna nečistoća koja smanjuje magnetska svojstva, te oslobađanje ugljika u obliku grafita. U tom slučaju nastaje čisto željezo čiji rast kristala povećava razinu magnetskih karakteristika čelika.

Ne preporučuje se uvođenje silicija u čelik u količini većoj od 4,8%, jer silicij, poboljšavajući magnetska svojstva, naglo povećava krtost čelika i smanjuje njegova mehanička svojstva.

6.3.2. Metalni tvrdi magnetski materijali

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

Ovisno o sastavu, stanju i načinu dobivanja dijele se na:

· legirani martenzitni čelici;

· lijevane tvrdomagnetske legure.

Legirani martenzitni čelici – ovdje se radi o ugljičnim čelicima i legiranim čelicimaKr, W, Co, Mo . karbonatan brzo stariti i mijenjaju svoja svojstva, pa se rijetko koriste za izradu permanentnih magneta. Za proizvodnju trajnih magneta koriste se legirani čelici - volfram i krom (H S ≈ 4800 A/m,NA Otprilike ≈ 1 T), koji su izrađeni u obliku šipki različitih oblika presjeka. Kobaltni čelik ima veću koercitivnu silu (H S ≈ 12000 A/m,NA Otprilike ≈ 1 T) u usporedbi s volframom i kromom. Prisilna sila H IZ kobaltni čelik raste s povećanjem sadržaja IZ oko .

Lijevane tvrdomagnetske legure. Poboljšana magnetska svojstva legura rezultat su posebno odabranog sastava i posebne obrade - hlađenja magneta nakon lijevanja u jakom magnetskom polju, kao i posebne višestupanjske toplinske obrade u obliku kaljenja i kaljenja u kombinaciji s magnetskim tretman, koji se naziva precipitacijsko otvrdnjavanje.

Za proizvodnju trajnih magneta koriste se tri glavne skupine legura:

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

· Grupa legura:

§ bakar - nikal - željezo;

§ bakar - nikal - kobalt;

§ željezo - mangan, dopiranaluminij ili titan;

§ željezo – kobalt – vanadij (F e- Co - V).

Legura bakar-nikal-željezo naziva se kunife (IZ u– Ni - Fe). Legura F e– Ko – V (željezo – kobalt – vanadij) naziva se wicala . Legure ove skupine imaju koercitivnu silu H Do = 24 – 40 kA/m. Izdaju se u obliku žice iu listovima.

· Sustavne legure željezo - nikal - aluminij(F e – Ni– Al), prije poznat kao legura alni. Legura sadrži 20 - 33% Ni + 11 - 17% Al, ostalo je željezo. Dodavanje kobalta, bakra, titana, silicija, niobija legurama poboljšava njihova magnetska svojstva, olakšava tehnologiju proizvodnje, osigurava ponovljivost parametara i poboljšava mehanička svojstva. Moderno označavanje robne marke sadrži slova koja označavaju dodane metale (Yu - aluminij, N - nikal, D - bakar, K - kobalt, T - titan, B - niobij, C - silicij), brojeve - sadržaj elementa, čije slovo dolazi ispred broja, na primjer UNDK15.

Legure imaju visoku vrijednost koercitivne sile H Do = 40 - 140 kA/m i velikom pohranjenom magnetskom energijom.

6.4. Nemetalni magnetski materijali. Feriti

Feriti su keramički feromagnetski materijali niske elektronske električne vodljivosti. Niska električna vodljivost u kombinaciji s visokim magnetskim karakteristikama omogućuje široku upotrebu ferita na visokim frekvencijama.

Feriti se izrađuju od praškaste smjese koja se sastoji od željeznog oksida i posebno odabranih oksida drugih metala. Prešaju se, a zatim sinteriraju na visokim temperaturama. Opća kemijska formula je:

Meo Fe 2 O 3 ili MeFe 2 O 4,

gdje Misimbol 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 - magnezijev aluminat.Nisu svi feriti magnetski. Prisutnost magnetskih svojstava povezana je s rasporedom metalnih iona u rešetki kubičnog spinela. Dakle sustavZnFe 2 O 4 nema feromagnetska svojstva.

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

Meki magnet feriti

Meki magnetferiti se široko koriste u području visokih frekvencija elektroničkog inženjerstva i instrumentacije za proizvodnju filtara, transformatora za nisko i visokofrekventna pojačala, antena za radio odašiljačke i radioprijemne uređaje, pulsnih transformatora i magnetskih modulatora. Industrija proizvodi sljedeće vrste mekih magnetskih ferita sa širokim rasponom magnetskih i električnih svojstava: nikal - cink, mangan - cink i litij - cink. Gornja granična frekvencija uporabe ferita ovisi o njihovom sastavu i varira za različite stupnjeve ferita od 100 kHz do 600 MHz, koercitivna sila je oko 16 A / m.

Prednost ferita je stabilnost magnetskih karakteristika, relativna jednostavnost izrade radio komponenti. Kao i svi feromagnetski materijali, feriti zadržavaju svoja magnetska svojstva samo do Curiejeve temperature, koja ovisi o sastavu ferita i kreće se od 45° do 950°C.

Tvrdi magnetski feriti

Za proizvodnju trajnih magneta koriste se tvrdi magnetski feriti; barijevi feriti (VAO 6 Fe 2 O 3 ). Imaju heksagonalnu kristalnu strukturu s velikimH Do . Barijev feriti su polikristalni materijal. Mogu biti izotropne - sličnost svojstava ferita u svim smjerovima je posljedica činjenice da su kristalne čestice proizvoljno usmjerene. Ako se tijekom prešanja magneta praškasta masa izloži vanjskom magnetskom polju visokog intenziteta, tada će kristalne čestice ferita biti orijentirane u jednom smjeru, a magnet će biti anizotropan.

Barijevi feriti odlikuju se dobrom stabilnošću svojih karakteristika, ali su osjetljivi na promjene temperature i mehanička naprezanja. Barijevi feritni magneti su jeftini.

6.5. Magnetodielektrici

Magnetodielektrici - to su kompozitni materijali koji se sastoje od fino raspršenih čestica magnetski mekog materijala međusobno povezanih organskim ili anorganskim dielektrikom. Karbonilno željezo, alsifer i neke vrste permaloja, usitnjene u prah, koriste se kao meki magnetski materijali.

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

Svrha dielektrika nije samo povezati čestice magnetskog materijala, već ih i izolirati jedne od drugih, a time i naglo povećati električni otpor. magnetodielektrični. Specifični električni otporrmagnetodielektricije 10 3 – 10 4 ohma× m

Magnetodielektricikoristi se za proizvodnju jezgri visokofrekventnih komponenti radio opreme. Proces proizvodnje proizvoda je jednostavniji nego od ferita, jer. ne zahtijevaju toplinsku obradu na visokoj temperaturi. Proizvodi iz magnetodielektrici karakterizira visoka stabilnost magnetskih svojstava, visoka klasa površinske obrade i točnost dimenzija.

Najveća magnetska svojstva imaju magnetodielektrici punjeni molibden permalojem ili karbonilnim željezom.

Ukupni magnetski tok koji prodire kroz sve zavoje naziva se fluks veza kruga.

Ako su svi zavoji isti, tada će ukupni magnetski tok, tj. spoj toka:

gdje
- magnetski tok kroz jedan zavoj; - broj zavoja. Stoga, fluksno povezivanje solenoida, na primjer, tijekom indukcije NA=0,2 T, broj zavoja solenoida
i dio prozora solenoida
dm 2 će biti Wb.

Apsolutna magnetska permeabilnost mjereno u jedinicama "henri po metru"
.

Magnetska propusnost vakuum u SI sustavu jedinica uzima se jednako
H/m

Stav
apsolutna magnetska permeabilnost na magnetsku propusnost vakuuma naziva se relativna magnetska permeabilnost .

Prema vrijednosti  Svi materijali su podijeljeni u tri skupine:

Ako se dija- i paramagnetske tvari stave u jednoliko magnetsko polje, tada će u dijamagnetskom polje biti oslabljeno, a u paramagnetičnom pojačano. To se objašnjava činjenicom da su u dijamagnetskoj tvari polja elementarnih struja usmjerena prema vanjskom polju, au paramagnetskoj tvari - prema njemu.

U tablici. 1 prikazuje vrijednosti relativne magnetske propusnosti nekih materijala. Može se vidjeti da se vrijednosti relativne magnetske propusnosti dijamagnetskih i paramagnetskih materijala vrlo malo razlikuju od jedinice, stoga se za praksu pretpostavlja da je njihova magnetska propusnost jedinica.

Dimenzija jakosti polja H(Tablica 2):

.

1 automobil - je intenzitet takvog magnetskog polja, čija je indukcija u vakuumu jednaka
Tl.

Tablica 1. Relativna magnetska permeabilnost nekih materijala

Ponekad se jakost polja mjeri iu

"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 jakosti nekih magnetskih polja.

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

Snaga polja za magnetizaciju čeličnih konstrukcijskih dijelova je 100...200 A/cm,

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

Ponekad koriste tzv magnetski moment
strujni krugovi . Jednaka je umnošku struje Na trg , omeđen konturom
(slika 4).

Kada se magnet podijeli na dijelove, svaki od njih je magnet s dva pola. To se može vidjeti iz sl. 5. Prema tablici. 2 može se odrediti da je jedna jedinica magnetskog momenta jednaka 1
m 2 \u003d 1
. Ova jedinica se naziva "amper-kvadratni metar". Amperkvadratni metar je magnetski moment kruga kroz koji teče struja od 1 A i koji ograničava površinu jednaku 1 m 2.

Riža. 4. Krug (1) sa strujom ; Riža. 5. Podjela permanentnog magneta na dijelove.

2 - izvor struje:

- magnetski moment;

- jakost polja.

Tablica 2. Osnovne i izvedene mjerne jedinice SI sustava za ispitivanje bez razaranja

Magnetski moment elektrona jednaki

, jer
, a
,
.

Relativno nedavno, interakcija polova magneta objašnjena je prisutnošću posebne tvari - magnetizma. Razvojem znanosti pokazalo se da supstanca ne postoji. Izvor magnetskih polja su električne struje. Stoga, kada se permanentni magnet podijeli na svaki dio, struje elektrona stvaraju magnetsko polje (slika 5). Magnetski naboj se smatra samo kaoneka matematička veličina koja nema fizikalnukal sadržaj.

Jedinica magnetskog naboja može se dobiti po formuli:

,
,

gdje - rad na zaobilaženju magnetskog pola oko vodiča s strujom .

Jedna konvencionalna jedinica magnetskog naboja bit će
.

U Gaussovom sustavu za jedinicu magnetskog naboja uzima se takva vrijednost koja na jednaki magnetski naboj na udaljenosti od 1 cm u vakuumu djeluje silom jednakom 1 dinu.

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

rotacija elektrona oko jezgre u atomu,

oko vlastite osi (spin elektrona) i

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

Feromagnetski materijal sastoji se od malih područja (linearnih dimenzija oko 0,001 mm) u kojima su spontano usmjerene elementarne struje. ove područja spontanog magnetiziranja nazivaju se domenama. U svakoj domeni formira se rezultirajuće polje elementarnih struja.

U demagnetiziranom materijalu, magnetska polja domena su kaotično usmjerena i međusobno se kompenziraju tako da je rezultirajuće polje u dijelu gotovo jednako nuli.

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

Posljedično, magnetizacija - je stupanjlaced orijentacije magnetska polja domena u metalu, ili inače, ovo je indukcija koju stvaraju elementarne struje.

Budući da elementarne struje imaju magnetske momente, magnetizacija se definira i kao omjer ukupnog magnetskog momenta tijela i njegovog volumena, tj.

.

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

Znak-promjenljivo opterećenje metalne konstrukcije, na primjer, u kontinuiranim lopaticama turbine, u vijcima itd. dijelova dovodi do određenog uređenja unutarnjeg magnetskog polja u zoni opterećenja, do pojave tragova ovog polja na površini dijela. Ovaj se fenomen koristi za procjenu preostalog vijeka, za određivanje mehaničkih naprezanja.

Magnetizacija dio koji se ispituje ovisi o jakosti polja
, djelujući na ovom dijelu. O temperaturi ovise i feromagnetska svojstva materijala. Za svaki feromagnetski materijal postoji temperatura na kojoj se područja spontane magnetizacije uništavaju toplinskim gibanjem i feromagnetski materijal postaje paramagnetičan. Ta se temperatura naziva Curiejeva točka. Curiejeva točka za željezo je 753 0 C. Kada ta temperatura padne ispod te točke, obnavljaju se magnetska svojstva.

Riža. 6. Vrste elementarnih struja:

a - kretanje elektrona 1 oko jezgre 4;

b - rotacija elektrona oko svoje osi;

c - precesija putanje elektrona;

5 - elektronička orbita;

6 - ravnina elektronske orbite;

8 - trajektorija precesijskog gibanja elektronske orbite.

Indukcija rezultirajuće polje dijela može se odrediti dobro poznatom formulom:

,

gdje - magnetizacija, tj. indukcija koju stvaraju molekularne struje;
je jakost vanjskog polja. Iz gornje formule može se vidjeti da je indukcija u dijelu zbroj dviju komponenti:
- određena vanjskim poljem
i - magnetizacija, koja također ovisi o
.

Na sl. 7 prikazuje ovisnosti
, i
feromagnetski materijal od jakosti vanjskog polja.

Riža. 7. Ovisnost magnetske indukcije i magnetiziranje od polja magnetiziranja
.

Zavoj
pokazuje da pri relativno slabim poljima magnetizacija raste vrlo brzo (odjeljak a-b) . Zatim se rast usporava (odjeljak b-c) . Daljnji rast opadanje, krivulja
prelazi u ravnu liniju , s blagim nagibom prema vodoravnoj osi
. Istovremeno, vrijednost
postupno se približava svojoj granici
. komponenta
varira proporcionalno jakosti polja
. Na sl. 7 ta je ovisnost prikazana ravnom linijom o-e .

Da bismo dobili krivulju magnetske indukcije o jakosti vanjskog polja potrebno je dodati odgovarajuće ordinate krivulja
i
. Ta je ovisnost prikazana krivuljom
, naziva početna krivulja magnetiziranja. Za razliku od magnetizacije, magnetska indukcija raste koliko i vrijednost
, budući da nakon prestanka rasta magnetiziranja količina
nastavlja proporcionalno rasti
.

Ponovno magnetiziranje dijela događa se izmjeničnim ili povremeno mijenjajućim smjerom konstantnog polja.

Na sl. Slika 8 prikazuje potpuni magnetski odziv uzorka - petlju histreze. U početnom stanju uzorak je demagnetiziran. Struja u namotu je povećana u ravnoj liniji 0-8 . Jakost polja koju stvara ova struja mijenja se pravolinijski 0-1. U isto vrijeme, indukcija i magnetiziranje u uzorku će se povećati duž krivulja početne magnetizacije 16 i 17 do točaka 16 "i 17", što odgovara magnetskom zasićenju, u kojem su sva magnetska polja domena usmjerena duž vanjskog polja.

Sa smanjenjem struje u ravnoj liniji 8-9 jakost polja se smanjuje za 1-0 (slika 8, a). U isto vrijeme, indukcija i magnetiziranje promijeniti u vrijednost .

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

U točki 6 indukcija
, jer
, oni.
. Jačina polja koja odgovara točki 6 , naziva prisilna sila
indukcijom.

U točki 4 magnetizacija
, a
.

Jačina polja koja odgovara točki 4, naziva prisilna sila H si magnetizacijom. Kod magnetske kontrole izračunava se koercitivna sila
.

S daljnjim povećanjem jakosti polja do točke 2, indukcija i magnetiziranje dostižu najveće negativne vrijednosti
i
(točke 16" i 17") koji odgovaraju magnetskom zasićenju
uzorak. Sa smanjenjem struje u ravnoj liniji 10-11 indukcije i magnetiziranje 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 mijenja se duž zatvorene krivulje - petlja magnetske histereze.

Riža. 8. Ovisnost indukcije i magnetiziranje od napetosti
(a), promjena struje u namotu magnetizacije (b).

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

H t - najveća jakost magnetskog polja pri kojoj se postiže stanje zasićenja uzorka;

NA r - zaostalu indukciju u uzorku nakon uklanjanja polja;

H S - koercitivna sila je jakost magnetskog polja koja mora djelovati suprotno od magnetizacije uzorka da bi se potpuno demagnetizirao;

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

Ako je feromagnetsko tijelo izloženo poljima istog predznaka, tada se petlja histereze, koja je u ovom slučaju asimetrična oko ishodišta, naziva privatnom (slika 9).

Postoje statičke i dinamičke petlje histereze.

Statička histerezna petlja naziva se petlja dobivena polaganim mijenjanjem H, kod kojih se utjecaj vrtložnih struja može zanemariti.

Dinamička petlja histereze naziva se petlja dobivena povremenim mijenjanjem H s nekom konačnom brzinom pri kojoj utjecaj vrtložnih struja postaje značajan. To rezultira dinamičkom petljom koja ima mnogo veću širinu od statične petlje. S povećanjem amplitude primijenjenog napona povećava se širina petlje dinamičke histereze.

Na sl. 10 prikazuje ovisnost
. Na H=0 magnetska permeabilnost jednaka je svojoj početnoj vrijednosti.

Riža. 9. Asimetrične histerezne petlje 1-3 - međupetlje; 4 - granična petlja; 5 - početna krivulja magnetiziranja.

Duž krivulje magnetiziranja H(H) apsolutna magnetska permeabilnost u određenom polju H definirano kao
, a relativno kao
.

Često se spominje diferencijalna magnetska permeabilnost:

.

Prvi od njih jednak je tangensu nagiba pravca 1, a drugi je jednak tangentu nagiba tangente 2.

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

Magnetski tok je:

gdje F - MDS, mjereno u amper-turnima; l oženiti se- duljina središnje linije magnetskog kruga, m; S - presjek magnetskog kruga, m 2.

Vrijednost
određuje magnetski otpor R m .

Riža. 10. Magnetska propusnost , i indukcija NA jakost polja
:
,
;
.

Magnetski tok izravno je proporcionalan struji ja a obrnuto proporcionalan magnetskom otporu R m . Pretpostavimo da trebamo odrediti jakost struje u toroidalnom namotu od 10 zavoja kabela za magnetiziranje prstena ležaja s indukcijom od 1 T.

Pomoću formule F = F/ R m , pronaći:

Uzorak polja oko vodiča je koncentrični krug sa središtem na osi vodiča (slika 11).

Riža. 11. Uzorak distribucije praha (a) i indukcija oko vodiča s strujom (b)

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

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

Promjena jakosti polja H unutarnji i vanjski vodič 3 kada kroz njega iz daljine prolazi istosmjerna struja od mjerne točke do osi vodiča s radijusom prikazano na sl. 12.

sl.12. Raspodjela jakosti polja H unutar (1) i izvan (2) vodiča kroz koji teče struja.

Odakle se vidi da je polje na osi vodiča jednako nuli, a unutar vodiča (na > ) mijenja se linearno:

,

i izvan njega (sa > ) hiperbolom
, gdje - udaljenost od osi vodiča do mjerne točke, m; - struja u vodiču, A.

Ako je jakost polja dana H u točki koja se nalazi na udaljenosti od osi žice, tada se za dobivanje ovog intenziteta jačina struje određuje pomoću formule:

,

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

Ako vodič kroz koji teče struja prolazi kroz šuplji dio, na primjer, ležajni prsten, tada, za razliku od prethodnog slučaja, indukcija naglo raste u zoni feromagnetskog dijela (slika 13).

Riža. 13- Indukcija tijekom magnetizacije dijela kada struja prolazi kroz središnji vodič.

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

Magnetska indukcija B mijenja se: u odjeljku 0-2 prema zakonu
; u odjeljcima 2-3; 6-7 po zakonu
.

Indukcijski skokovi NA u odjeljcima 3-4; 5-6 zbog feromagnetizma dijela 8 (- radijus vodiča; - udaljenost od središta vodiča).

Pretpostavimo da je cilindrični šuplji dio magnetiziran središnjim vodičem. Odredi jakost struje u vodiču da bi se dobila indukcija NA= 12,56 mT na unutarnjoj površini dijela promjera 80 mm.

Jakost struje u vodiču određena je formulom:

Raspodjela polja unutar i izvan šupljeg dijela 4, magnetizira propuštanjem struje kroz njega, prikazano na sl. 14. Vidi se da polje unutar dijela s polumjerom R 1 jednaka nuli. Njiva u parceli 1-2 (unutar materijala dijela) varira u skladu sa zakonom

i u odjeljku 2-3 - u pravu
. Ova formula određuje jakost polja na vanjskoj površini dijela ili na određenoj udaljenosti od njega.

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

Ako kroz cilindrični dio promjera 50 mm prolazi struja od 200,0 A i potrebno je odrediti jakost polja u točkama koje se nalaze na udaljenosti od 100 mm od površine dijela. Snaga polja na udaljenosti od 100 mm od površine dijela određena je formulom:

.

Snaga polja na površini dijela bit će:

.

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

Snaga polja u središtu na osi na rubu solenoida određena je gornjim formulama.

Jakost polja u središtu zavojnice s radijusom R određena formulom H = ja/ R, A / m, gdje ja- struja u svitku vodiča, A.

Ako je potrebno odrediti jakost polja u središtu priključenog solenoida sa strujom od 200 A, a ujedno i broj zavoja w = = -6, duljina 210 mm, promjer 100 mm, tada će jakost polja biti:

.

Ako je struja u solenoidu 200 A, a duljina solenoida 400 mm, promjer 100 mm, broj zavoja je 8,
,
(vidi sl. 15), tada je moguće izračunati čvrstoću u pojedinim točkama solenoida.

Raspodjela jakosti polja unutar solenoida je:

a - u središtu solenoida:

,

gdje H - jakost polja u središte solenoida, A/cm; l, S- duljina i polumjer solenoida, cm; w- broj zavoja;

b - na osi solenoida:

,

gdje l- duljina solenoida, cm;

u - na rubu solenoida:

,

gdje l , sa - duljina i polumjer solenoida, cm; w- broj zavoja.

Jakost polja koju stvara struja u toroidalnom namotu:
, A/cm; ja- struja, A; l- duljina srednje linije namota, cm; w - broj zavoja. U ovom primjeru:

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

b) jakost polja u točki A - H 2 :

c) jakost polja na rubu solenoida - H 3:

Ako je promjer svitka 160 mm s ukupnom strujom od 180,0 A, tada će jakost polja u središtu svitka biti:

Riža. 15. Magnetsko polje solenoida i raspodjela jakosti u njegovom središtu (a), na osi (b) i na rubu (c).