Upenyezaji wa sumaku. Mali ya magnetic ya vitu

Wakati wa sumaku ni wingi wa vekta ambayo ina sifa ya mali ya sumaku ya dutu. Kwa kuwa chanzo cha magnetism ni sasa iliyofungwa, thamani ya wakati wa magnetic M hufafanuliwa kama bidhaa ya nguvu ya sasa I kwa eneo lililofunikwa na mzunguko wa sasa S:

M = I×S A × m 2 .

Magamba ya elektroni ya atomi na molekuli yana wakati wa sumaku. Elektroni na chembe zingine za msingi zina wakati wa sumaku wa spin unaoamuliwa na uwepo wa wakati wao wenyewe wa mitambo - spin. Wakati wa sumaku wa mzunguko wa elektroni unaweza kuelekezwa katika uwanja wa sumaku wa nje kwa njia ambayo makadirio mawili tu sawa na yaliyoelekezwa kinyume ya wakati kwenye mwelekeo wa vekta ya shamba la sumaku yanawezekana, sawa na Bohr magneton- 9.274 × 10 -24 A × m 2.

1. Bainisha dhana ya "magnetization" ya dutu.

Usumaku - J- ni jumla ya muda wa sumaku kwa kila kitengo cha ujazo wa dutu:

1. Fafanua neno "unyeti wa sumaku".

Unyeti wa sumaku wa dutu, א v- uwiano wa sumaku ya dutu kwa nguvu ya uwanja wa sumaku, kwa kiasi cha kitengo:

אv = , wingi usio na kipimo.

Uathirifu mahususi wa sumaku, א – uwiano wa unyeti wa sumaku kwa wiani wa dutu, i.e. unyeti wa sumaku kwa kila kitengo, kipimo katika m 3 / kg.

1. Fafanua neno "upenyezaji wa sumaku".

Upenyezaji wa sumaku, μ – hiki ni kiasi cha kimwili ambacho kinabainisha mabadiliko katika introduktionsutbildning ya sumaku inapofunuliwa kwenye uwanja wa sumaku . Kwa vyombo vya habari vya isotropiki, upenyezaji wa magnetic ni sawa na uwiano wa induction katika kati KATIKA kwa nguvu ya uwanja wa sumaku wa nje H na kwa thabiti ya sumaku μ 0 :

Upenyezaji wa sumaku ni wingi usio na kipimo. Thamani yake kwa kati fulani ni 1 zaidi ya unyeti wa sumaku wa kati sawa:

μ = אv+1, tangu B \u003d μ 0 (H + J).

1. Toa uainishaji wa nyenzo kulingana na mali zao za sumaku.

Kulingana na muundo wa sumaku na thamani ya upenyezaji wa sumaku (unyeti), vifaa vimegawanywa katika:

Diamagnets μ< 1 (nyenzo "zinapinga" shamba la sumaku);

Paramagnets µ> 1(nyenzo dhaifu huona uwanja wa sumaku);

ferromagnets µ >> 1(uwanja wa sumaku katika nyenzo umeimarishwa);

Ferrimagnets µ >> 1(shamba la magnetic katika nyenzo huongezeka, lakini muundo wa magnetic wa nyenzo hutofautiana na muundo wa ferromagnets);

Antiferromagnets μ ≈ 1(nyenzo humenyuka kwa unyonge kwa uwanja wa sumaku, ingawa muundo wa sumaku ni sawa na feri).

1. Eleza asili ya diamagnetism.

Diamagnetism ni sifa ya dutu ya kupigwa sumaku kuelekea mwelekeo wa uwanja wa sumaku wa nje unaofanya kazi juu yake (kulingana na sheria ya induction ya sumakuumeme na sheria ya Lenz). Diamagnetism ni tabia ya vitu vyote, lakini katika "fomu yake safi" inajidhihirisha katika diamagnets. Diamagnets ni dutu ambazo molekuli hazina wakati wao wenyewe wa sumaku (jumla ya wakati wao wa sumaku ni sifuri), kwa hivyo hazina sifa zingine isipokuwa diamagnetism. Mifano ya diamagnets:

Hidrojeni, א = - 2×10 -9 m 3 /kg.

Maji, א = - 0.7×10 -9 m 3 /kg.

Diamond, א = - 0.5 × 10 -9 m 3 / kg.

Grafiti, א = - 3×10 -9 m 3 /kg.

Shaba = - 0.09×10 -9 m 3 / kg.

Zinki, א = - 0.17×10 -9 m 3 / kg.

Fedha = - 0.18×10 -9 m 3 / kg.

Dhahabu, א = - 0.14 × 10 -9 m 3 / kg.

43. Eleza asili ya paramagnetism.

Paramagnetism ni mali ya vitu vinavyoitwa paramagnets, ambayo, wakati wa kuwekwa kwenye uwanja wa nje wa magnetic, hupata wakati wa magnetic unaofanana na mwelekeo wa uwanja huu. Atomi na molekuli za paramagnets, tofauti na diamagnets, zina wakati wao wa sumaku. Kwa kukosekana kwa shamba, mwelekeo wa wakati huu ni wa machafuko (kutokana na mwendo wa joto) na jumla ya wakati wa sumaku wa dutu hii ni sifuri. Wakati uwanja wa nje unatumika, mwelekeo wa sehemu ya wakati wa sumaku wa chembe katika mwelekeo wa shamba hufanyika, na sumaku J inaongezwa kwa nguvu ya uwanja wa nje H: B \u003d μ 0 (H + J) . Uingizaji katika dutu huimarishwa. Mifano ya paramagnets:

Oksijeni, א = 108×10 -9 m 3 / kg.

Titanium = 3×10 -9 m 3 /kg.

Aluminium, א = 0.6 × 10 -9 m 3 / kg.

Platinum, א = 0.97×10 -9 m 3 / kg.

44. Eleza asili ya ferromagnetism.

Ferromagnetism ni hali ya maada iliyopangwa kwa sumaku, ambapo nyakati zote za sumaku za atomi katika kiasi fulani cha maada (kikoa) ni sambamba, ambayo husababisha sumaku ya papo hapo ya kikoa. Kuonekana kwa utaratibu wa magnetic kunahusishwa na mwingiliano wa kubadilishana wa elektroni, ambayo ni ya asili ya umeme (sheria ya Coulomb). Kwa kukosekana kwa uwanja wa sumaku wa nje, mwelekeo wa nyakati za sumaku za vikoa tofauti unaweza kuwa wa kiholela, na ujazo wa jambo linalozingatiwa kwa ujumla unaweza kuwa na usumaku dhaifu au sufuri. Wakati uga wa sumaku unatumika, muda wa sumaku wa vikoa huelekezwa kando ya shamba ndivyo unavyoongezeka, ndivyo nguvu ya shamba inavyoongezeka. Katika kesi hiyo, thamani ya upenyezaji wa magnetic ya mabadiliko ya ferromagnet na induction katika dutu huongezeka. Mifano ya ferromagnets:

Chuma, nikeli, cobalt, gadolinium

na aloi za metali hizi kati yao wenyewe na metali nyingine (Al, Au, Cr, Si, nk). μ ≈ 100…100000.

45. Eleza asili ya ferrimagnetism.

Ferrimagnetism ni hali ya maada iliyopangwa kwa usumaku, ambapo nyakati za sumaku za atomi au ioni huunda katika kiasi fulani cha maada (kikoa) sehemu ndogo za sumaku za atomi au ioni zenye jumla ya muda wa sumaku ambazo si sawa kwa kila mmoja na kuelekezwa kipingamizi. Usumakuumeme wa feri unaweza kuzingatiwa kama kisa cha jumla zaidi cha hali iliyopangwa kwa nguvu ya sumaku, na ferromagnetism kama kesi na sublattice moja. Muundo wa ferrimagnets lazima ni pamoja na atomi za ferromagnets. Mifano ya ferimagnets:

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

Upenyezaji wa sumaku wa feri ni wa mpangilio sawa na ule wa ferromagnets: μ ≈ 100…100000.

46. ​​Eleza asili ya antiferromagnetism.

Antiferromagnetism ni hali ya kuamuru kwa sumaku ya dutu, inayojulikana na ukweli kwamba wakati wa sumaku wa chembe za jirani za dutu hii huelekezwa kwa usawa, na kwa kukosekana kwa uwanja wa sumaku wa nje, jumla ya sumaku ya dutu hii ni sifuri. Kuhusiana na muundo wa sumaku, antiferromagnet inaweza kuzingatiwa kama kesi maalum ya ferrimagnet, ambayo wakati wa sumaku wa sublattices ni sawa kwa thamani kamili na antiparallel. Upenyezaji wa sumaku wa antiferromagnets unakaribia 1. Mifano ya antiferromagnets:

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

47. Je, ni thamani gani ya upenyezaji wa magnetic wa vifaa katika hali ya superconducting?

Superconductors chini ya joto la mpito ni diamagneti bora:

א= - 1; μ = 0.

Sumaku

Dutu zote kwenye uwanja wa sumaku zina sumaku (uwanja wa sumaku wa ndani unatokea ndani yao). Kulingana na ukubwa na mwelekeo wa uwanja wa ndani, vitu vimegawanywa katika:

1) diamagnets,

2) paramagnets,

3) ferromagnets.

Usumaku wa dutu unaonyeshwa na upenyezaji wa sumaku,

Uingizaji wa sumaku katika suala,

Uingizaji wa sumaku katika utupu.

Atomi yoyote inaweza kuwa na sifa ya wakati wa sumaku .

Ya sasa katika mzunguko, - eneo la mzunguko, - vector ya kawaida kwa uso wa mzunguko.

Microcurrent ya atomi huundwa na harakati ya elektroni hasi kando ya obiti na kuzunguka mhimili wake mwenyewe, na pia kwa kuzunguka kwa kiini chanya karibu na mhimili wake mwenyewe.

1. Diamagnets.

Wakati hakuna uwanja wa nje, katika atomi diamagnets elektroni na mikondo ya kiini hulipwa. Jumla ya microcurrent ya atomi na wakati wake wa sumaku ni sawa na sifuri.

Katika uga wa sumaku wa nje, mikondo ya msingi isiyo na nzero huchochewa (hushawishiwa) katika atomi. Katika kesi hii, wakati wa sumaku wa atomi huelekezwa kinyume.

Shamba ndogo yenyewe imeundwa, ikielekezwa kinyume na ile ya nje, na kuidhoofisha.

katika diamagnets.

Kwa sababu< , то для диамагнетиков 1.

2. Paramagnets

KATIKA paramagnets microcurrents ya atomi na wakati wao wa sumaku sio sawa na sifuri.

Bila uwanja wa nje, hizi microcurrents ziko kwa nasibu.

Katika uwanja wa nje wa sumaku, mikondo midogo ya atomi za paramagnetic huelekezwa kando ya shamba, na kuikuza.

Katika paramagnet, induction ya magnetic = + inazidi kidogo.

Kwa paramagnets, 1. Kwa dia- na paramagnets, unaweza kuhesabu 1.

Jedwali 1. Upenyezaji wa sumaku wa para- na diamagnets.

magnetization ya paramagnets inategemea joto, kwa sababu. mwendo wa joto wa atomi huzuia mpangilio ulioamuru wa microcurrents.

Dutu nyingi katika asili ni paramagnetic.

Uga asili wa sumaku katika dia- na paramagnets ni duni na huharibiwa ikiwa dutu hii itaondolewa kutoka kwa uga wa nje (atomi zinarudi katika hali yake ya asili, dutu hii imeondolewa sumaku).

3. Ferromagnets

Upenyezaji wa sumaku ferromagnets hufikia mamia ya maelfu na inategemea ukubwa wa uwanja wa sumaku ( vitu vya sumaku sana).

Ferromagnets: chuma, chuma, nikeli, cobalt, aloi zao na misombo.

Katika ferromagnets, kuna mikoa ya magnetization ya hiari ("vikoa"), ambayo microcurrents zote za atomi zinaelekezwa kwa njia sawa. Saizi ya kikoa hufikia 0.1 mm.

Kwa kukosekana kwa uwanja wa nje, wakati wa sumaku wa vikoa vya mtu binafsi huelekezwa kwa nasibu na hulipa fidia. Katika uwanja wa nje, nyanja hizo ambazo microcurrents huongeza shamba la nje huongeza ukubwa wao kwa gharama ya jirani. Uga unaotokana na sumaku = + katika ferromagnets ni nguvu zaidi kuliko katika para- na diamagnets.

Vikoa vilivyo na mabilioni ya atomi vina hali na hazirudi kwa haraka katika hali yao ya asili ya kuharibika. Kwa hiyo, ikiwa ferromagnet imeondolewa kwenye shamba la nje, basi shamba lake linahifadhiwa kwa muda mrefu.

Sumaku hupunguza sumaku wakati wa uhifadhi wa muda mrefu (baada ya muda, vikoa vinarudi kwenye hali ya machafuko).

Njia nyingine ya demagnetization ni inapokanzwa. Kwa kila ferromagnet, kuna halijoto (inaitwa "Curie point") ambayo vifungo kati ya atomi huharibiwa kwenye vikoa. Katika kesi hiyo, ferromagnet inageuka kuwa paramagnet na demagnetization hutokea. Kwa mfano, sehemu ya Curie ya chuma ni 770°C.

inayoitwa upenyezaji wa sumaku . Usumaku kabisaupenyezaji mazingira ni uwiano wa B hadi H. Kulingana na Mfumo wa Kimataifa wa Vitengo, hupimwa kwa vitengo vinavyoitwa 1 henry kwa mita.

Thamani yake ya nambari inaonyeshwa na uwiano wa thamani yake kwa thamani ya upenyezaji wa sumaku ya utupu na inaonyeshwa na µ. Thamani hii inaitwa jamaa magneticupenyezaji(au upenyezaji wa sumaku) wa kati. Kama kiasi cha jamaa, haina kitengo cha kipimo.

Kwa hivyo, upenyezaji wa sumaku µ ni thamani inayoonyesha ni mara ngapi uingizaji wa uga wa njia fulani ni kidogo (au zaidi) kuliko uwekaji wa uga wa sumaku ombwe.

Dutu inapofunuliwa kwenye uwanja wa sumaku wa nje, inakuwa sumaku. Je, hii hutokeaje? Kwa mujibu wa dhana ya Ampere, mikondo ya umeme ya microscopic huzunguka kila mara katika kila dutu, inayosababishwa na harakati ya elektroni katika njia zao na uwepo wao wenyewe. Katika hali ya kawaida, harakati hii inasumbuliwa, na mashamba "huzima" (fidia) kila mmoja. . Wakati mwili umewekwa kwenye uwanja wa nje, mikondo imeagizwa, na mwili unakuwa magnetized (yaani, ina shamba lake).

Upenyezaji wa sumaku wa vitu vyote ni tofauti. Kulingana na saizi yake, vitu vinaweza kugawanywa katika vikundi vitatu vikubwa.

Katika diamagnets thamani ya upenyezaji wa sumaku µ ni kidogo kidogo kuliko umoja. Kwa mfano, bismuth ina µ = 0.9998. Diamagnets ni pamoja na zinki, risasi, quartz, shaba, kioo, hidrojeni, benzini na maji.

Upenyezaji wa sumaku paramagnets kidogo zaidi ya umoja (kwa alumini, µ = 1.000023). Mifano ya paramagnets ni nikeli, oksijeni, tungsten, ebonite, platinamu, nitrojeni, hewa.

Hatimaye, kundi la tatu linajumuisha idadi ya vitu (hasa metali na aloi), ambayo upenyezaji wa magnetic kwa kiasi kikubwa (kwa maagizo kadhaa ya ukubwa) unazidi umoja. Dutu hizi ni ferromagnets. Hizi ni pamoja na nikeli, chuma, cobalt na aloi zao. Kwa chuma µ = 8∙10^3, kwa aloi ya nikeli-chuma µ=2.5∙10^5. Ferromagnets ina mali ambayo hutofautisha kutoka kwa vitu vingine. Kwanza, wana sumaku iliyobaki. Pili, upenyezaji wao wa sumaku unategemea ukubwa wa induction ya uwanja wa nje. Tatu, kwa kila mmoja wao kuna kizingiti fulani cha joto, kinachoitwa Pointi ya Curie, ambayo inapoteza sifa zake za ferromagnetic na inakuwa paramagnet. Kwa nikeli uhakika wa Curie ni 360°C, kwa chuma ni 770°C.

Sifa ya ferromagnets imedhamiriwa sio tu na upenyezaji wa sumaku, lakini pia na thamani ya mimi, inayoitwa. usumaku ya dutu hii. Hii ni kazi ngumu isiyo ya kawaida ya induction ya sumaku, ukuaji wa sumaku unaelezewa na mstari unaoitwa curve ya magnetization. Katika kesi hii, baada ya kufikia hatua fulani, sumaku huacha kukua (inakuja kueneza kwa sumaku) Kupungua kwa thamani ya magnetization ya ferromagnet kutoka kwa thamani inayoongezeka ya uingizaji wa uwanja wa nje inaitwa. hysteresis ya magnetic. Katika kesi hii, kuna utegemezi wa sifa za sumaku za ferromagnet sio tu kwa hali yake ya sasa, lakini pia juu ya sumaku yake ya zamani. Uwakilishi wa mchoro wa curve ya utegemezi huu inaitwa kitanzi cha hysteresis.

Kutokana na mali zao, ferromagnets hutumiwa sana katika uhandisi. Zinatumika katika rotors ya jenereta na motors umeme, katika utengenezaji wa cores transformer na katika uzalishaji wa sehemu kwa ajili ya kompyuta za elektroniki. ferromagnets hutumiwa katika rekodi za tepi, simu, kanda za magnetic na vyombo vya habari vingine.

6. NYENZO ZA sumaku

Dutu zote ni sumaku na zina sumaku katika uwanja wa sumaku wa nje.

Kulingana na mali zao za sumaku, vifaa vimegawanywa kuwa sumaku dhaifu ( diamagnets na paramagnets) na nguvu ya sumaku ( ferromagnets na ferimagnets).

Diamagnetsμ 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 ) na pia KATIKA i, Ga, Sb.

Paramagnets- vitu vyenye upenyezaji wa sumakuμ r> 1, ambayo katika nyanja dhaifu haitegemei nguvu ya uwanja wa sumaku wa nje. Paramagnets ni pamoja na vitu ambavyo atomi (molekuli) kwa kukosekana kwa uwanja wa sumaku zina wakati wa sumaku isipokuwa sifuri: oksijeni, oksidi ya nitriki, chumvi za chuma, cobalt, nikeli na vitu adimu vya ardhini, metali za alkali, alumini, platinamu.

Kwa diamagnets na paramagnets, upenyezaji wa sumakuμ rkaribu na umoja. Utumiaji katika uhandisi kama nyenzo za sumaku ni mdogo.

Katika nyenzo zenye sumaku sana, upenyezaji wa sumaku ni mkubwa zaidi kuliko umoja (μ r >> 1) na inategemea nguvu ya shamba la sumaku. Hizi ni pamoja na: chuma, nickel, cobalt na aloi zao, pamoja na aloi za chromium na manganese, gadolinium, ferrites ya nyimbo mbalimbali.

6.1. Tabia za sumaku za nyenzo

Sifa za sumaku za nyenzo zinatathminiwa na idadi ya kimwili inayoitwa sifa za sumaku.

Upenyezaji wa sumaku

Tofautisha jamaa na kabisa upenyezaji wa sumaku dutu (nyenzo) ambazo zimeunganishwa na uwiano

μ a = μ o μ, H/m

μoni nguvu ya sumaku,μo = 4π 10 -7 Gn/m;

μ - upenyezaji wa sumaku wa jamaa (idadi isiyo na kipimo).

Ili kuelezea mali ya vifaa vya sumaku, upenyezaji wa sumaku wa jamaa hutumiwaμ (inajulikana zaidi kama upenyezaji wa sumaku), na kwa mahesabu ya vitendo tumia upenyezaji kamili wa sumakuμ a, iliyohesabiwa kwa mlinganyo

μ a = KATIKA /H,H/m

H- nguvu ya uwanja wa sumaku unaovutia (wa nje), A/m

KATIKA – induction ya uwanja wa sumaku kwenye sumaku.

Thamani kubwaμ inaonyesha kuwa nyenzo hiyo ina sumaku kwa urahisi katika uwanja dhaifu na wenye nguvu wa sumaku. Upenyezaji wa sumaku wa sumaku nyingi hutegemea nguvu ya uwanja wa sumaku unaovutia.

Ili kuashiria mali ya sumaku, idadi isiyo na kipimo hutumiwa sana, inayoitwa unyeti wa sumaku χ .

μ = 1 + χ

Mgawo wa joto wa upenyezaji wa sumaku

Sifa za sumaku za maada hutegemea jotoμ = μ (T) .

Kuelezea asili ya mabadilikomali ya magnetic na jototumia mgawo wa joto wa upenyezaji wa sumaku.

Utegemezi wa unyeti wa sumaku wa paramagnets kwenye jotoTilivyoelezwa na sheria ya Curie

wapi C - Curie mara kwa mara .

Tabia za sumaku za ferromagnets

Utegemezi wa mali ya sumaku ya ferromagnets ina tabia ngumu zaidi, iliyoonyeshwa kwenye takwimu, na hufikia kiwango cha juu kwa joto karibu na.Q kwa.

Joto ambalo unyeti wa sumaku hupungua sana, karibu hadi sifuri, huitwa joto la Curie -Q kwa. Kwa joto la juuQ kwa mchakato wa magnetization ya ferromagnet inasumbuliwa kutokana na mwendo mkali wa joto wa atomi na molekuli, na nyenzo huacha kuwa ferromagnetic na inakuwa paramagnet.

Kwa chuma Q k = 768 ° C , kwa nikeli Q k = 358 ° C , kwa kobalti Q k = 1131 ° C.

Juu ya halijoto ya Curie, utegemezi wa unyeti wa sumaku wa ferromagnet kwenye halijotoTilivyoelezwa na sheria ya Curie-Weiss

Mchakato wa magnetization wa vifaa vya magnetic sana (ferromagnets) ina hysteresis. Ikiwa ferromagnet isiyo na sumaku ina sumaku kwenye uwanja wa nje, basi ina sumaku pamoja curve ya magnetization B = B(H) . Ikiwa basi, kuanzia thamani fulaniHkuanza kupunguza nguvu ya shamba, kisha inductionBitapungua kwa kuchelewa kidogo ( hysteresis) kwa heshima na curve ya sumaku. Kwa kuongezeka kwa uwanja wa mwelekeo kinyume, ferromagnet ni demagnetized, basi sumaku tena, na kwa mabadiliko mapya katika mwelekeo wa shamba la magnetic, inaweza kurudi kwenye hatua ya mwanzo, kutoka ambapo mchakato wa demagnetization ulianza. Kitanzi kilichoonyeshwa kwenye takwimu kinaitwa kitanzi cha hysteresis.

Kwa mvutano fulani wa kiwango cha juuH m uga wa sumaku, dutu hii hutiwa sumaku hadi katika hali ya kueneza, ambapo induction hufikia thamani.KATIKA H , ambayo inaitwainduction ya kueneza.

Uingizaji wa sumaku iliyobaki KATIKA O – aliona katika nyenzo ferromagnetic, sumaku kwa kueneza, wakati ni demagnetized, wakati nguvu magnetic shamba ni sifuri. Ili kupunguza sumaku ya sampuli ya nyenzo, ni muhimu kwamba nguvu ya shamba la sumaku ibadilishe mwelekeo wake (-H) Nguvu ya shambaH Kwa , ambayo induction ni sifuri, inaitwa nguvu ya kulazimisha(kushikilia nguvu) .

Ubadilishaji wa sumaku wa ferromagnet katika uwanja wa sumaku unaobadilishana kila wakati unaambatana na upotezaji wa nishati ya joto, ambayo ni kwa sababu ya kupoteza kwa hysteresis na hasara za nguvu. Hasara za nguvu zinahusishwa na mikondo ya eddy iliyosababishwa kwa kiasi cha nyenzo na hutegemea upinzani wa umeme wa nyenzo, kupungua kwa upinzani unaoongezeka. Kupoteza kwa hysteresisW katika mzunguko mmoja wa ubadilishaji wa sumaku imedhamiriwa na eneo la kitanzi cha hysteresis

na inaweza kuhesabiwa kwa ujazo wa kitengo cha dutu kwa fomula ya majaribio

J / m 3

wapi η - mgawo kulingana na nyenzo;B H ni kiwango cha juu cha uingizaji kinachopatikana wakati wa mzunguko,n- kielelezo sawa na 1.6 kulingana na nyenzo¸ 2.

Hasara maalum za nishati kutokana na hysteresis R G – hasara zilizotumika katika ubadilishaji wa sumaku wa misa ya kitengo katika ujazo wa nyenzo kwa sekunde.

wapi f - frequency ya AC,Tni kipindi cha oscillation.

Uzuiaji wa sumaku

Uzuiaji wa sumaku - uzushi wa kubadilisha vipimo vya kijiometri na sura ya ferromagnet na mabadiliko katika ukubwa wa shamba la magnetic, i.e. wakati wa magnetization. Mabadiliko ya jamaa katika vipimo vya nyenzoΔ l/ linaweza kuwa chanya na hasi. Kwa nikeli, magnetostriction ni chini ya sifuri na kufikia thamani ya 0.004%.

Kwa mujibu wa kanuni ya Le Chatelier juu ya upinzani wa mfumo kwa ushawishi wa mambo ya nje ambayo huwa na mabadiliko ya hali hii, deformation ya mitambo ya ferromagnet, na kusababisha mabadiliko katika ukubwa wake, inapaswa kuathiri magnetization ya vifaa hivi.

Ikiwa, wakati wa magnetization, mwili hupata kupunguzwa kwa ukubwa wake katika mwelekeo fulani, basi matumizi ya dhiki ya compressive ya mitambo katika mwelekeo huu inachangia magnetization, na mvutano hufanya kuwa vigumu magnetize.

6.2. Uainishaji wa vifaa vya ferromagnetic

Nyenzo zote za ferromagnetic zinaweza kugawanywa katika vikundi viwili kulingana na tabia zao katika uwanja wa sumaku.

Usumaku laini – na upenyezaji wa juu wa sumakuμ na nguvu ndogo ya kulazimishaH Kwa< 10A / m. Wao ni sumaku kwa urahisi na demagnetized. Wana hasara za chini za hysteresis, i.е. kitanzi nyembamba cha hysteresis.

Tabia za magnetic hutegemea usafi wa kemikali na kiwango cha kupotosha kwa muundo wa kioo. Uchafu mdogo(KUTOKA, R, S, O, N ) , kiwango cha juu cha sifa za nyenzo, kwa hiyo, ni muhimu kuwaondoa na oksidi katika uzalishaji wa ferromagnet, na jaribu kupotosha muundo wa kioo wa nyenzo.

Nyenzo ngumu za sumaku - kuwa na kubwaH K > 0.5 MA/m na uingizaji wa mabaki (KATIKA O ≥ 0.1T). Zinalingana na kitanzi cha hysteresis pana. Wao ni magnetized kwa shida kubwa, lakini wanaweza kuhifadhi nishati ya magnetic kwa miaka kadhaa, i.e. hutumika kama chanzo cha uwanja wa sumaku wa mara kwa mara. Kwa hiyo, sumaku za kudumu zinafanywa kutoka kwao.

Kwa muundo, vifaa vyote vya sumaku vimegawanywa katika:

· chuma;

· yasiyo ya chuma;

· magnetodielectrics.

Nyenzo za sumaku za chuma - hizi ni metali safi (chuma, cobalt, nikeli) na aloi za sumaku za metali zingine.

kwa zisizo za metali vifaa ni pamoja na feri, kupatikana kutoka kwa poda ya oksidi za chuma na metali nyingine. Wao ni taabu na moto katika 1300 - 1500 ° C na wao kugeuka katika sehemu imara monolithic magnetic. Ferrites, kama nyenzo za sumaku za metali, zinaweza kuwa laini na ugumu wa sumaku.

Magnetodielectrics – hizi ni vifaa vyenye mchanganyiko kutoka 60 - 80% ya unga wa nyenzo za sumaku na 40 - 20% ya dielectri ya kikaboni. Ferrites na magnetodielectrics kuwa na thamani kubwa ya upinzani wa umeme (ρ \u003d 10 ÷ 10 8 Ohm m), Upinzani mkubwa wa nyenzo hizi huhakikisha upotezaji wa nishati ya chini katika uwanja wa umeme unaobadilishana na huwaruhusu kutumika sana katika teknolojia ya masafa ya juu.

6.3. Nyenzo za sumaku za chuma

6.3.1. chuma laini ya sumaku nyenzo

Nyenzo za sumaku laini za metali ni pamoja na chuma cha kabonili, vibali vya kudumu, alsifers, na vyuma vya silikoni zenye kaboni ya chini.

chuma cha kabonili – kupatikana kwa mtengano wa mafuta ya pentacarbonyl ya chuma kioevuF e( CO) 5 kupata chembe za chuma safi cha unga:

F e( CO ) 5 → Fe+ 5 CO,

kwa joto la takriban 200°Cna shinikizo la 15 MPa. Chembe za chuma ni duara, saizi ya 1-10 µm. Ili kuondokana na chembe za kaboni, poda ya chuma inakabiliwa na matibabu ya joto katika mazingira H 2 .

Upenyezaji wa sumaku wa chuma cha kaboni hufikia 20000, nguvu ya kulazimisha ni 4.5.¸ 6,2A / m. Poda ya chuma hutumiwa kufanya high-frequency magnetodielectric cores, kama kichungi katika kanda za sumaku.

Permalloys -aloi za chuma-nikeli za ductile. Ili kuboresha mali, ingiza Mo, KUTOKA r,Ku, kupata permalloys ya doped. Wana plastiki ya juu, hupigwa kwa urahisi kwenye karatasi na vipande hadi 1 micron.

Ikiwa maudhui ya nickel katika permalloy ni 40 - 50%, basi inaitwa nickel ya chini, ikiwa 60 - 80% - nikeli ya juu.

Permalloys ina kiwango cha juu cha sifa za magnetic, ambazo hazihakikishwa tu na muundo na usafi wa juu wa kemikali wa alloy, lakini pia kwa matibabu maalum ya utupu wa joto. Permalloys ina kiwango cha juu sana cha upenyezaji wa awali wa sumaku kutoka 2000 hadi 30000 (kulingana na muundo) katika eneo la chini la shamba, ambalo linatokana na magnetostriction ya chini na isotropy ya mali ya magnetic. Supermalloy ina sifa za juu sana, upenyezaji wa sumaku wa awali ambao ni 100,000, na kiwango cha juu hufikia 1.5. 10 6 kwa B= 0.3 T

Permalloys hutolewa kwa namna ya vipande, karatasi na viboko. Permalloys ya chini ya nickel hutumiwa kwa ajili ya utengenezaji wa cores inductor, transfoma ya ukubwa mdogo na amplifiers magnetic; nikeli ya juu permalloys – kwa sehemu za vifaa vinavyofanya kazi kwa masafa ya sonic na supersonic. Tabia za sumaku za permalloys ni thabiti kwa -60 +60 ° C.

alsifera – brittle isiyoweza kuharibika aloi za muundo Al- Si- Fe , yenye 5.5 - 13%Al, 9 – 10 % Si, iliyobaki ni chuma. Alsifer ni karibu katika mali kwa permalloy, lakini bei nafuu. Vipande vya kutupwa vinafanywa kutoka humo, skrini za magnetic na sehemu nyingine za mashimo na unene wa ukuta wa angalau 2-3 mm hutupwa. Udhaifu wa alsifer hupunguza upeo wa matumizi yake. Ikichukua fursa ya kuvunjika kwa alsifer, inasagwa na kuwa poda, ambayo hutumiwa kama kichujio cha ferromagnetic katika masafa ya juu. magnetodielectrics(cores, pete).

Silicon chuma cha chini cha kaboni (chuma cha umeme) - aloi ya chuma na silicon (0.8 - 4.8%Si) Nyenzo kuu ya sumaku laini ya matumizi ya wingi. Imevingirwa kwa urahisi kwenye karatasi na vipande vya 0.05 - 1 mm na ni nyenzo za bei nafuu. Silicon, iliyo katika chuma katika hali ya kufutwa, hufanya kazi mbili.

· Kwa kuongeza upinzani wa chuma, silicon husababisha kupungua kwa hasara za nguvu zinazohusiana na mikondo ya eddy. Upinzani unaongezeka kwa uundaji wa silika SiO 2 kama matokeo ya majibu

2 FeO + Si→ 2Fe+ SiO 2 .

· Uwepo wa silicon kufutwa katika chuma huchangia kuharibika kwa saruji Fe 3 C - uchafu unaodhuru ambao hupunguza sifa za magnetic, na kutolewa kwa kaboni kwa namna ya grafiti. Katika kesi hiyo, chuma safi huundwa, ukuaji wa fuwele ambazo huongeza kiwango cha sifa za sumaku za chuma.

Kuanzishwa kwa silicon ndani ya chuma kwa kiasi kinachozidi 4.8% haipendekezi, kwa kuwa, kwa kuboresha sifa za magnetic, silicon huongeza kwa kasi brittleness ya chuma na inapunguza mali zake za mitambo.

6.3.2. Nyenzo za metali ngumu za sumaku

Nyenzo za sumaku ngumu - hizi ni ferromagnets na nguvu ya juu ya kulazimisha (zaidi ya 1 kA / m) na thamani kubwa ya induction ya mabaki ya sumaku.KATIKA O. Zinatumika kutengeneza sumaku za kudumu.

Imegawanywa kulingana na muundo, hali na njia ya kupata katika:

· alloyed vyuma martensitic;

· tupa aloi ngumu za sumaku.

Aloi za chuma za martensitic – hii ni kuhusu vyuma vya kaboni na vyuma, vilivyounganishwaCr, W, Co, Mo . kaboni kuzeeka haraka na kubadilisha mali zao, hivyo hutumiwa mara chache kwa ajili ya utengenezaji wa sumaku za kudumu. Kwa utengenezaji wa sumaku za kudumu, chuma cha alloyed hutumiwa - tungsten na chromium (HС ≈ 4800 A / m,KATIKA Kuhusu ≈ 1 T), ambayo hufanywa kwa namna ya baa zilizo na maumbo mbalimbali ya sehemu ya msalaba. Chuma cha cobalt kina nguvu ya juu ya kulazimisha (HС ≈ 12000 A / m,KATIKA Kuhusu ≈ 1 T) ikilinganishwa na tungsten na chromium. Nguvu ya kulazimisha H KUTOKA chuma cha cobalt huongezeka na maudhui yanayoongezeka KUTOKA kuhusu.

Tupa aloi ngumu za sumaku. Uboreshaji wa mali ya sumaku ya aloi ni kwa sababu ya muundo uliochaguliwa maalum na usindikaji maalum - kupoza sumaku baada ya kutupwa kwenye uwanja wenye nguvu wa sumaku, na vile vile matibabu maalum ya joto ya hatua nyingi kwa njia ya kuzima na kuwasha pamoja na sumaku. matibabu, inayoitwa ugumu wa mvua.

Kwa utengenezaji wa sumaku za kudumu, vikundi vitatu kuu vya aloi hutumiwa:

· Iron - cobalt - aloi ya molybdenum aina remalloy kwa nguvu ya kulazimishaH K \u003d 12 - 18 kA / m.

· Kikundi cha aloi:

§ shaba - nickel - chuma;

§ shaba - nickel - cobalt;

§ chuma - manganese, dopedalumini au titani;

§ chuma - cobalt - vanadium (F e- Co - V).

Aloi ya shaba-nickel-chuma inaitwa kunife (KUTOKA u– Ni - Fe) Aloi F e- ushirikiano V (chuma - cobalt - vanadium) inaitwa wicala . Aloi za kikundi hiki zina nguvu ya kulazimisha H Kwa = 24 - 40 kA / m. Imetolewa kwa namna ya waya na karatasi.

· Aloi za Mfumo chuma - nickel - alumini(F e – Ni– Al), zamani inayojulikana kama alloy alni. Aloi ina 20 - 33% Ni + 11 - 17% Al, iliyobaki ni chuma. Ongezeko la cobalt, shaba, titani, silicon, niobium kwa aloi inaboresha mali zao za sumaku, kuwezesha teknolojia ya utengenezaji, inahakikisha kurudiwa kwa vigezo, na inaboresha mali za mitambo. Alama ya kisasa ya chapa ina herufi zinazoonyesha metali zilizoongezwa (Yu - alumini, N - nickel, D - shaba, K - cobalt, T - titanium, B - niobium, C - silicon), nambari - yaliyomo kwenye kitu hicho, barua ambayo inakuja kabla ya nambari, kwa mfano, UNDK15.

Aloi zina thamani kubwa ya nguvu ya kulazimisha H Kwa = 40 - 140 kA/m na nishati kubwa ya sumaku iliyohifadhiwa.

6.4. Nyenzo za sumaku zisizo za metali. Ferrites

Ferrites ni nyenzo za kauri za ferromagnetic na conductivity ya chini ya umeme ya umeme. Conductivity ya chini ya umeme pamoja na sifa za juu za sumaku inaruhusu ferrites kutumika sana katika masafa ya juu.

Ferrites hutengenezwa kutoka kwa mchanganyiko wa poda unaojumuisha oksidi ya chuma na oksidi zilizochaguliwa maalum za metali nyingine. Wao ni taabu na kisha sintered katika joto la juu. Muundo wa jumla wa kemikali ni:

Meo Fe 2 O 3 au MeFe 2 O 4,

wapi Mimiishara ya chuma ya divalent.

Kwa mfano,

ZnO Fe 2 O 3 au

NiO Fe 2 O 3 au NiFe 2 O 4

Ferrites wana kimiani ya aina ya spinel ya ujazoMgOAl 2O3 - aluminate ya magnesiamu.Sio feri zote ni za sumaku. Uwepo wa mali ya sumaku unahusishwa na mpangilio wa ioni za chuma kwenye kimiani ya spinel ya ujazo. Kwa hivyo mfumoZnFe 2 O 4 haina sifa za ferromagnetic.

Ferrites hufanywa kwa kutumia teknolojia ya kauri. Oksidi za chuma za poda za awali zinavunjwa kwenye vinu vya mpira, kushinikizwa na kuchomwa moto kwenye tanuu. Briquettes ya sintered ni chini ya unga mzuri, plasticizer ni aliongeza, kwa mfano, ufumbuzi wa pombe polyvinyl. Kutoka kwa wingi unaosababishwa, bidhaa za ferrite zinasisitizwa - cores, pete, ambazo hupigwa hewa kwa 1000 - 1400 ° C. Bidhaa ngumu zinazosababishwa, brittle, nyingi nyeusi, zinaweza kusindika tu kwa kusaga na polishing.

Usumaku laini feri

Usumaku lainiferi hutumiwa sana katika uwanja wa masafa ya juu ya uhandisi wa elektroniki na vifaa vya utengenezaji wa vichungi, transfoma kwa vikuza sauti vya chini na vya juu, antena za kupitisha redio na vifaa vya kupokea redio, transfoma ya mapigo, na moduli za sumaku. Sekta hiyo inazalisha aina zifuatazo za feri za sumaku laini na anuwai ya mali ya sumaku na umeme: nickel - zinki, manganese - zinki na lithiamu - zinki. Kiwango cha juu cha kikomo cha matumizi ya ferrite inategemea muundo wao na inatofautiana kwa viwango tofauti vya feri kutoka 100 kHz hadi 600 MHz, nguvu ya kulazimisha ni karibu 16 A / m.

Faida ya feri ni utulivu wa sifa za magnetic, urahisi wa jamaa wa utengenezaji wa vipengele vya redio. Kama nyenzo zote za ferromagnetic, feri huhifadhi sifa zao za sumaku hadi tu halijoto ya Curie, ambayo inategemea muundo wa feri na ni kati ya 45° hadi 950°C.

Feri za sumaku ngumu

Kwa utengenezaji wa sumaku za kudumu, feri za sumaku ngumu hutumiwa; feri za bariamu (VAO 6 Fe 2 O 3 ) Wana muundo wa kioo wa hexagonal na kubwaH Kwa . Feri za bariamu ni nyenzo za polycrystalline. Wanaweza kuwa isotropiki - kufanana kwa mali ya ferrite kwa pande zote ni kutokana na ukweli kwamba chembe za fuwele zinaelekezwa kwa kiholela. Ikiwa katika mchakato wa kushinikiza sumaku molekuli ya poda inakabiliwa na shamba la nje la magnetic ya kiwango cha juu, basi chembe za fuwele za ferrite zitaelekezwa kwa mwelekeo mmoja, na sumaku itakuwa anisotropic.

Feri za bariamu zinajulikana na utulivu mzuri wa sifa zao, lakini ni nyeti kwa mabadiliko ya joto na matatizo ya mitambo. Sumaku za feri za Barium ni nafuu.

6.5. Magnetodielectrics

Magnetodielectrics - hizi ni nyenzo za mchanganyiko zinazojumuisha chembe zilizotawanywa vizuri za nyenzo laini ya sumaku iliyounganishwa kwa kila mmoja na dielectri ya kikaboni au isokaboni. Aini ya kaboni, alsifer, na aina fulani za permalloy, zilizosagwa hadi kuwa unga, hutumiwa kama nyenzo laini za sumaku.

Polystyrene, bakelite resini, kioo kioevu, nk hutumiwa kama dielectrics.

Madhumuni ya dielectric sio tu kuunganisha chembe za nyenzo za sumaku, lakini pia kuzitenganisha kutoka kwa kila mmoja, na, kwa hiyo, kuongeza kasi ya kupinga umeme. magnetodielectric. Upinzani maalum wa umemermagnetodielectricsni 10 3 - 10 4 ohm× m

Magnetodielectricskutumika kwa ajili ya utengenezaji wa cores ya vipengele vya juu-frequency ya vifaa vya redio. Mchakato wa uzalishaji wa bidhaa ni rahisi zaidi kuliko kutoka kwa ferrites, kwa sababu. hazihitaji matibabu ya joto la juu. Bidhaa kutoka magnetodielectrics ni sifa ya utulivu wa juu wa mali ya magnetic, darasa la juu la uso wa uso na usahihi wa dimensional.

Sifa za juu zaidi za sumaku zinamilikiwa na sumaku za umeme zilizojazwa na molybdenum permalloy au chuma cha kabonili.

Fluji ya sumaku ya jumla inayopenya zamu zote inaitwa kiunganishi cha mzunguko wa mzunguko.

Ikiwa zamu zote ni sawa, basi jumla ya flux ya magnetic, i.e. uhusiano wa flux:

wapi
- flux ya magnetic kupitia zamu moja; - idadi ya zamu. Kwa hiyo, uhusiano wa flux ya solenoid, kwa mfano, wakati wa induction KATIKA=0,2 T, idadi ya zamu ya solenoid
na sehemu ya dirisha la solenoid
dm 2 itakuwa Wb.

Upenyezaji kamili wa sumaku kipimo katika vitengo "henry kwa mita"
.

Upenyezaji wa sumaku utupu katika mfumo wa SI wa vitengo huchukuliwa sawa na
H/m

Mtazamo
upenyezaji kabisa wa sumaku kwa upenyezaji wa sumaku wa utupu inaitwa upenyezaji wa sumaku wa jamaa .

Kulingana na thamani  Nyenzo zote zimegawanywa katika vikundi vitatu:

Ikiwa vitu vya dia- na paramagnetic vimewekwa kwenye uwanja wa magnetic sare, basi katika moja ya diamagnetic shamba itakuwa dhaifu, na katika paramagnetic moja itaimarishwa. Hii inafafanuliwa na ukweli kwamba katika dutu ya diamagnetic mashamba ya mikondo ya msingi yanaelekezwa kwenye uwanja wa nje, na katika dutu ya paramagnetic - kulingana na hayo.

Katika meza. 1 inaonyesha maadili ya upenyezaji wa sumaku wa baadhi ya nyenzo. Inaweza kuonekana kuwa maadili ya upenyezaji wa sumaku wa vifaa vya diamagnetic na paramagnetic hutofautiana kidogo sana na umoja, kwa hivyo, kwa mazoezi, upenyezaji wao wa sumaku unachukuliwa kuwa umoja.

Kipimo cha nguvu ya shamba H(Jedwali 2):

.

1 gari - ni ukubwa wa uwanja huo wa magnetic, induction ambayo katika utupu ni sawa na
Tl.

Jedwali 1. Upenyezaji wa sumaku wa baadhi ya nyenzo

Wakati mwingine nguvu ya shamba pia hupimwa ndani

"oerstedach" (E),

"amps kwa sentimita" (A / cm),

"kilomita kwa mita" (kA/m).

Uhusiano kati ya maadili haya ni kama ifuatavyo:

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.

Inafurahisha kujua nguvu za nyanja zingine za sumaku.

Nguvu ya uwanja wa Dunia katika mkoa wa Moscow ni 0.358 A/cm.

Nguvu ya shamba kwa sumaku ya sehemu za chuma za miundo ni 100...200 A/cm,

juu ya miti ya sumaku ya kudumu - 1000 ... 2000 A / cm.

Wakati mwingine hutumia kinachojulikana wakati wa sumaku
nyaya na sasa . Ni sawa na bidhaa ya sasa Kwa mraba , imefungwa na contour
(Mchoro 4).

Wakati sumaku imegawanywa katika sehemu, kila mmoja wao ni sumaku yenye miti miwili. Hii inaweza kuonekana kutoka kwa mtini. 5. Kulingana na jedwali. 2 inaweza kubainishwa kuwa kitengo kimoja cha wakati wa sumaku ni sawa na 1
m 2 \u003d 1
. Kitengo hiki kinaitwa "mita ya mraba ya ampere". Mita ya ampersquare ni wakati wa sumaku wa mzunguko ambao mkondo wa 1 A unapita na ambao unaweka mipaka ya eneo sawa na 1 m 2.

Mchele. 4. Mzunguko (1) na mkondo ; Mchele. 5. Mgawanyiko wa sumaku ya kudumu katika sehemu.

2 - chanzo cha sasa:

- wakati wa magnetic;

- nguvu ya shamba.

Jedwali 2. Vitengo vya msingi na vinavyotokana vya kipimo cha mfumo wa SI unaotumiwa katika upimaji usio na uharibifu

Wakati wa sumaku ya elektroni sawa

, kwa sababu
, a
,
.

Hivi karibuni, mwingiliano wa miti ya sumaku ulielezewa na uwepo wa dutu maalum - sumaku. Pamoja na maendeleo ya sayansi, ilionyeshwa kuwa hakuna dutu iliyopo. Chanzo cha mashamba ya magnetic ni mikondo ya umeme. Kwa hiyo, wakati sumaku ya kudumu imegawanywa katika kila kipande, mikondo ya elektroni huunda shamba la magnetic (Mchoro 5). Malipo ya sumaku yanazingatiwa tu kamakiasi fulani cha hisabati ambacho hakina kimwilimaudhui ya cal.

Sehemu ya malipo ya sumaku inaweza kupatikana kwa formula:

,
,

wapi - fanya kazi kwa kupitisha pole ya sumaku karibu na kondakta na sasa .

Kitengo kimoja cha kawaida cha malipo ya magnetic kitakuwa
.

Katika mfumo wa Gaussian, kitengo cha malipo ya sumaku kinachukuliwa kuwa thamani ambayo hufanya kwa malipo sawa ya sumaku kwa umbali wa 1 cm katika utupu na nguvu sawa na dyne 1.

Uwezo wa nyenzo kuwa na sumaku unaelezewa na uwepo wa mikondo ndani yao:

mzunguko wa elektroni kuzunguka kiini katika atomi;

karibu na shoka zake (elektroni spin) na

mzunguko wa obiti za elektroni (utangulizi wa obiti za elektroni) (Mchoro 6).

Nyenzo ya ferromagnetic ina maeneo madogo (yenye vipimo vya mstari wa karibu 0.001 mm) ambayo mikondo ya msingi huelekezwa moja kwa moja. Haya maeneo ya sumaku ya papo hapo huitwa vikoa. Katika kila kikoa, uwanja unaotokana wa mikondo ya msingi huundwa.

Katika nyenzo isiyo na sumaku, uwanja wa sumaku wa vikoa huelekezwa kwa machafuko na hulipa fidia kila mmoja ili uwanja unaosababishwa katika sehemu hiyo ni karibu sifuri.

Kutokana na hatua ya nje, mashamba ya mikoa ya mtu binafsi (vikoa) yanawekwa kwenye mwelekeo wa shamba la nje, na hivyo uwanja wenye nguvu wa sehemu ya magnetized huundwa.

Kwa hiyo, usumaku - ni shahada yamwelekeo wa laced mashamba magnetic ya domains katika chuma, au vinginevyo, hii ni introduktionsutbildning iliyoundwa na mikondo ya msingi.

Kwa kuwa mikondo ya msingi ina wakati wa sumaku, sumaku pia inafafanuliwa kama uwiano wa jumla ya wakati wa sumaku wa mwili kwa kiasi chake, i.e.:

.

Usumaku kipimo katika "amps kwa mita" (A/m).

Upakiaji wa mabadiliko ya ishara ya muundo wa chuma, kwa mfano, katika vile vile vya turbine vinavyoendelea kufanya kazi, katika bolts, nk. sehemu husababisha utaratibu fulani wa shamba la magnetic ndani katika eneo la upakiaji, kwa kuonekana kwa athari za uwanja huu kwenye uso wa sehemu. Jambo hili hutumiwa kukadiria maisha ya mabaki, kuamua mikazo ya mitambo.

Usumaku sehemu ya kujaribiwa inategemea nguvu ya uwanja
, kutenda kwa sehemu hii. Mali ya ferromagnetic ya nyenzo pia hutegemea joto. Kwa kila nyenzo ya ferromagnetic, kuna halijoto ambayo maeneo ya sumaku ya pekee huharibiwa na mwendo wa joto na nyenzo ya ferromagnetic inakuwa paramagnetic. Halijoto hii inaitwa hatua ya Curie. Sehemu ya Curie kwa chuma ni 753 0 C. Wakati joto hili linapungua chini ya hatua hii, mali ya magnetic hurejeshwa.

Mchele. 6. Aina za mikondo ya msingi:

a - harakati ya elektroni 1 karibu na kiini 4;

b - mzunguko wa elektroni karibu na mhimili wake;

c - utangulizi wa obiti ya elektroni;

5 - obiti ya elektroniki;

6 - ndege ya obiti ya elektroni;

8 - trajectory ya mwendo wa awali wa obiti ya elektroni.

Utangulizi uwanja unaosababishwa wa sehemu unaweza kuamua na formula inayojulikana:

,

wapi - magnetization, i.e. induction iliyoundwa na mikondo ya Masi;
ni nguvu ya uwanja wa nje. Kutoka kwa fomula iliyo hapo juu, inaweza kuonekana kuwa introduktionsutbildning katika sehemu ni jumla ya vipengele viwili:
- imedhamiriwa na uwanja wa nje
na - magnetization, ambayo pia inategemea
.

Kwenye mtini. 7 inaonyesha utegemezi
, na
nyenzo za ferromagnetic kutoka kwa nguvu ya uwanja wa nje.

Mchele. 7. Utegemezi wa induction ya magnetic na magnetization kutoka kwa uwanja wa sumaku
.

Mviringo
inaonyesha kuwa katika uwanja dhaifu kiasi, usumaku hukua haraka sana (sehemu ya a-b) . Kisha ukuaji hupungua (sehemu b-c) . Ukuaji zaidi kupungua, curve
huenda kwenye mstari ulionyooka , kuwa na mwelekeo mdogo kwa mhimili mlalo
. Wakati huo huo, thamani
hatua kwa hatua inakaribia kikomo chake
. Sehemu
inatofautiana kulingana na nguvu ya uwanja
. Kwenye mtini. 7 utegemezi huu unaonyeshwa kwa mstari wa moja kwa moja o-e .

Ili kupata curve ya induction ya sumaku juu ya nguvu ya uwanja wa nje, ni muhimu kuongeza ordinates sambamba ya curves
na
. Utegemezi huu unawakilishwa na curve
, inayoitwa curve ya awali ya sumaku. Tofauti na magnetization, induction magnetic inakua kwa muda mrefu kama thamani
, tangu baada ya ukuaji wa magnetization kuacha, wingi
inaendelea kuongezeka sawia
.

Remagnetization ya sehemu hutokea kwa kubadilishana au kubadilisha mara kwa mara katika uwanja wa mwelekeo wa mara kwa mara.

Kwenye mtini. 8 inaonyesha majibu kamili ya magnetic ya sampuli - kitanzi cha hystresis. Katika hali ya awali, sampuli ni demagnetized. Ya sasa katika vilima imeongezeka kwa mstari wa moja kwa moja 0-8 . Nguvu ya shamba iliyoundwa na mabadiliko haya ya sasa katika mstari wa moja kwa moja 0-1. Wakati huo huo, induction na magnetization katika sampuli itaongezeka kando ya curves ya magnetization ya awali 16 na 17 hadi pointi 16 "na 17", sambamba na kueneza kwa sumaku, ambapo nyanja zote za sumaku za vikoa zinaelekezwa kando ya uwanja wa nje.

Kwa kupungua kwa sasa katika mstari wa moja kwa moja 8-9 nguvu ya shamba hupungua kwa 1-0 (Mchoro 8, a). Wakati huo huo, induction na magnetization mabadiliko ya thamani .

Kadiri sasa inavyoongezeka katika mwelekeo mbaya kwa 9-10, nguvu ya shamba pia huongezeka katika mwelekeo mbaya kwa 0-2. , kurekebisha sampuli.

Katika hatua ya 6 induction
, kwa sababu
, hizo.
. Nguvu ya shamba inayolingana na nukta 6 , inayoitwa nguvu ya kulazimisha
kwa kuingizwa.

Kwa uhakika 4 usumaku
, a
.

Nguvu ya shamba inayolingana na nukta 4, inayoitwa nguvu ya kulazimisha H si kwa sumaku. Kwa udhibiti wa magnetic, nguvu ya kulazimisha inahesabiwa
.

Kwa kuongezeka zaidi kwa nguvu ya shamba kwa uhakika 2, introduktionsutbildning na sumaku kufikia maadili mabaya zaidi
na
(alama 16" na 17") sambamba na kueneza kwa sumaku
sampuli. Kwa kupungua kwa sasa katika mstari wa moja kwa moja 10-11 induction na sumaku itachukua maadili yanayolingana na
.

Kwa hivyo, kama matokeo ya kubadilisha uwanja wa nje
kando ya 0-1, 1-0, 0-2, 2-0 (Mchoro 8), na hali ya sumaku ya sampuli inabadilika kando ya curve iliyofungwa - kitanzi cha hysteresis ya sumaku.

Mchele. 8. Utegemezi wa induction na magnetization kutoka kwa mvutano
(a), mabadiliko ya sasa katika vilima vya sumaku (b).

Kitanzi cha magnetic hysteresis huamua sifa zifuatazo zinazotumiwa katika kupima magnetic:

H t - nguvu ya juu ya shamba la magnetic ambayo hali ya kueneza ya sampuli inafikiwa;

KATIKA r - uingizaji wa mabaki katika sampuli baada ya kuondoa shamba;

H Na - nguvu ya kulazimisha ni nguvu ya uwanja wa sumaku ambayo lazima itumike kinyume na sumaku ya sampuli ili kuiondoa kabisa;

KATIKA t - utangulizi wa kueneza kwa kiufundi. Inachukuliwa kuwa KATIKA t = 0,95 B max, wapi B max- kinadharia iwezekanavyo kueneza introduktionsutbildning ya magnetization ya awali.

Ikiwa mwili wa ferromagnetic unakabiliwa na mashamba ya ishara sawa, basi kitanzi cha hysteresis, ambacho katika kesi hii ni asymmetric kuhusu asili, inaitwa binafsi (Mchoro 9).

Kuna vitanzi vya tuli na vya nguvu vya hysteresis.

Kitanzi cha hysteresis tuli inaitwa kitanzi kilichopatikana kwa kubadilisha polepole H, ambayo athari ya mikondo ya eddy inaweza kupuuzwa.

Kitanzi cha nguvu cha hysteresis kinachoitwa kitanzi kilichopatikana kwa kubadilisha mara kwa mara H kwa kasi kidogo ambayo ushawishi wa mikondo ya eddy inakuwa muhimu. Hii husababisha kitanzi chenye nguvu kuwa na upana mkubwa zaidi kuliko kitanzi tuli. Kwa ongezeko la amplitude ya voltage iliyotumiwa, upana wa kitanzi cha nguvu cha hysteresis huongezeka.

Kwenye mtini. 10 inaonyesha utegemezi
. Katika H=0 upenyezaji wa sumaku ni sawa na thamani yake ya awali.

Mchele. 9. loops asymmetric hysteresis 1-3 - loops kati; 4 - kitanzi kikomo; 5 - curve ya awali ya magnetization.

Kando ya curve ya sumaku H(H) upenyezaji kabisa wa sumaku katika uwanja fulani H hufafanuliwa kama
, na jamaa kama
.

Upenyezaji tofauti wa sumaku hutajwa mara nyingi:

.

Ya kwanza ni sawa na tangent ya mteremko wa mstari wa 1, na ya pili ni sawa na tangent ya mteremko wa tangent 2.

Nguvu ya magnetomotive (mfs) ni sawa na F = Iw, bidhaa ya sasa I katika vilima kwa idadi yake ya zamu.

Flux ya sumaku ni:

wapi F - MDS, kipimo katika ampere-zamu; l Jumatano- urefu wa mstari wa kati wa mzunguko wa magnetic, m; S - sehemu ya msalaba ya mzunguko wa sumaku, m 2.

Thamani
huamua upinzani wa magnetic R m .

Mchele. 10. Upenyezaji wa sumaku , na induction KATIKA nguvu ya shamba
:
,
;
.

Fluji ya sumaku inalingana moja kwa moja na ya sasa I na kinyume chake sawia na upinzani wa sumaku R m . Tuseme tunahitaji kuamua nguvu ya sasa katika vilima vya toroidal vya zamu 10 za kebo ili kuangaza pete ya kuzaa na uingizaji wa 1 T.

Kwa kutumia formula Ф = F/ R m , pata:

Mchoro wa shamba karibu na kondakta ni mduara wa kuzingatia unaozingatia mhimili wa kondakta (Mchoro 11).

Mchele. 11. Mchoro wa usambazaji wa poda (a) na uingizaji karibu na kondakta yenye mkondo (b)

Mwelekeo wa shamba karibu na kondakta au solenoid iliyoundwa na coils ya cable inaweza kuamua na utawala wa gimlet.

Ikiwa utaweka corkscrew kando ya mhimili wa kondakta na kuzunguka kwa saa ili harakati yake ya kutafsiri inafanana na mwelekeo wa sasa katika kondakta, basi mwelekeo wa mzunguko wa kushughulikia corksrew utaonyesha mwelekeo wa shamba.

Badilisha katika nguvu ya shamba H kondakta wa ndani na nje 3 wakati mkondo wa moja kwa moja unapita ndani yake kutoka mbali kutoka hatua ya kupimia hadi mhimili wa kondakta na radius inavyoonyeshwa kwenye mtini. 12.

Mtini.12. Usambazaji wa nguvu ya shamba H ndani (1) na nje (2) ya kondakta anayebeba sasa.

Kutoka ambapo inaweza kuonekana kuwa shamba kwenye mhimili wa kondakta ni sifuri, na ndani ya kondakta (saa > ) inabadilika kwa mstari:

,

na nje yake (na > ) kwa hyperbole
, wapi - umbali kutoka kwa mhimili wa conductor hadi hatua ya kipimo, m; - ya sasa katika kondakta, A.

Ikiwa nguvu ya shamba imetolewa H katika hatua ambayo iko umbali kutoka kwa mhimili wa waya, kisha kupata kiwango hiki, nguvu ya sasa imedhamiriwa kwa kutumia formula:

,

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

Ikiwa kondakta wa sasa wa kubeba hupitia sehemu ya mashimo, kwa mfano, pete ya kuzaa, basi, tofauti na kesi ya awali, induction huongezeka kwa kasi katika ukanda wa sehemu ya ferromagnetic (Mchoro 13).

Mchele. 13- Uingizaji wakati wa magnetization ya sehemu wakati sasa inapitishwa kupitia kondakta wa kati.

Sehemu inabadilika katika maeneo: 0-1 mkwe H =0 ; 1-2 kwa sheria
; 2-3 kwa mujibu wa sheria
.

Uingizaji wa sumaku B mabadiliko: katika kifungu cha 0-2 kulingana na sheria
; katika sehemu 2-3; 6-7 kwa sheria
.

Induction anaruka KATIKA katika sehemu 3-4; 5-6 kutokana na ferromagnetism ya sehemu 8 (- radius ya kondakta; - umbali kutoka katikati ya kondakta).

Hebu tufikiri kwamba sehemu ya mashimo ya cylindrical ni magnetized na conductor kati. Kuamua nguvu ya sasa katika kondakta kupata induction KATIKA= 12.56 mT kwenye uso wa ndani wa sehemu yenye kipenyo cha 80 mm.

Nguvu ya sasa katika kondakta imedhamiriwa na formula:

Usambazaji wa shamba ndani na nje ya mashimo sehemu ya 4, sumaku kwa kupitisha mkondo ndani yake, inavyoonyeshwa kwenye Mtini. 14. Inaweza kuonekana kuwa shamba ndani ya sehemu na radius R 1 sawa na sifuri. Shamba katika njama 1-2 (ndani ya nyenzo za sehemu) hutofautiana kulingana na sheria

na katika sehemu ya 2-3 - mkwe
. Fomula hii huamua nguvu ya shamba kwenye uso wa nje wa sehemu au kwa umbali fulani kutoka kwayo.

Mchele. 14. Usambazaji wa shamba H ndani na nje ya sehemu hiyo.

Ikiwa sasa ya 200.0 A inapitishwa kupitia sehemu ya cylindrical yenye kipenyo cha mm 50 na ni muhimu kuamua nguvu ya shamba kwenye pointi ziko umbali wa 100 mm kutoka kwenye uso wa sehemu hiyo. Nguvu ya shamba kwa umbali wa mm 100 kutoka kwa uso wa sehemu imedhamiriwa na formula:

.

Nguvu ya shamba kwenye uso wa sehemu itakuwa:

.

Kwenye mtini. 15 inaonyesha mchoro wa uwanja wa sumaku karibu na ndani ya solenoid. Takwimu pia inaonyesha kwamba mistari ya sumaku ya nguvu ndani ya solenoid inaelekezwa kando ya mhimili wake wa longitudinal. Katika madirisha ya pato la solenoid, miti ya magnetic huundwa N na S.

Nguvu ya shamba katikati kwenye mhimili kwenye ukingo wa solenoid imedhamiriwa na fomula zilizo hapo juu.

Nguvu ya shamba katikati ya coil yenye radius R kuamuliwa na formula H = I/ R, A / m, wapi I- sasa katika coil ya kondakta, A.

Ikiwa ni muhimu kuamua nguvu ya shamba katikati ya solenoid iliyounganishwa na sasa ya 200 A, na wakati huo huo idadi ya zamu. w = = -6, urefu wa 210 mm, kipenyo 100 mm, basi nguvu ya shamba itakuwa:

.

Ikiwa sasa katika solenoid ni 200 A, na urefu wa solenoid ni 400 mm, kipenyo ni 100 mm, idadi ya zamu ni 8,
,
(tazama Mchoro 15), basi inawezekana kuhesabu nguvu katika pointi za kibinafsi za solenoid.

Usambazaji wa nguvu ya shamba ndani ya solenoid ni:

a - katikati ya solenoid:

,

wapi H - nguvu ya shamba ndani katikati ya solenoid, A/cm; l, Na- urefu na radius ya solenoid, cm; w- idadi ya zamu;

b - kwenye mhimili wa solenoid:

,

wapi l- urefu wa solenoid, cm;

katika - kwenye makali ya solenoid:

,

wapi l , Na - urefu na radius ya solenoid, cm; w- idadi ya zamu.

Nguvu ya shamba iliyoundwa na mkondo wa upepo wa toroidal:
, A/cm; I- sasa, A; l- urefu wa mstari wa kati wa vilima, cm; w - idadi ya zamu. Katika mfano huu:

a) mvutano H 1 , katikati kwenye mhimili wa solenoid:

b) nguvu ya shamba kwa uhakika A - H 2 :

c) nguvu ya shamba kwenye makali ya solenoid - H 3:

Ikiwa kipenyo cha coil ni 160 mm na jumla ya sasa ya 180.0 A, basi nguvu ya shamba katikati ya coil itakuwa:

Mchele. 15. Sehemu ya magnetic ya solenoid na usambazaji wa nguvu katikati yake (a), kwenye mhimili (b) na kwa makali (c).