Намагничивание ферромагнитных материалов

Магнитная индукция, образованная данным током в вакууме, отличается от индукции, образованной тем же током в ферромагнитной среде, за счет ее намагничивания

,

(4.3)

где В_о – индукция, создаваемая током в вакууме;

В_ср – индукция, создаваемая намагниченной средой.

Сущность намагничивания среды состоит в ориентации спиновых магнитных моментов во внешнем поле. Степень намагниченности характеризуется вектором намагниченности J – магнитным моментом элементарных токов, отнесенному к единице объема вещества

,

где I – величина элементарного тока;

S – площадь контура, охватываемого элементарным током;

V – объем образца.

Если магнитная индукция, создаваемая данным током в вакууме

,

(4.4)

где µ₀ = 4π ^. 10^-7 Гн/м – магнитная проницаемость вакуума,

то магнитная индукция, создаваемая тем же током в ферромагнитной среде будет

.

(4.5)

Следовательно, ферромагнитная среда будет при намагничивании усиливать магнитную индукцию создаваемую током. Усиление индукции будет тем больше, чем больше намагниченность ферромагнетика. Свойство ферромагнитных материалов усиливать магнитное поле характеризуется относительной магнитной проницаемостью µ_r. Она показывает во сколько раз магнитная индукция, создаваемая данным током в данном ферромагнитном материале, больше магнитной индукции, создаваемой тем же током в вакууме.

.

(4.6)

Иными словами, относительная магнитная проницаемость показывает, во сколько раз ферромагнитный материал способен усилить магнитное поле.

В электротехнике для усиления магнитных полей используют ферромагнитные материалы с относительной проницаемостью 700 ÷ 800000, их характерной особенностью является сильная зависимость магнитной индукции от величины внешнего поля.

Как видно из рис. 4.2, намагниченность ферромагнитного материала быстро растет в слабых полях, а когда все спиновые моменты будут сориентированы вдоль внешнего поля, ее рост прекращается.

Зависимость B = f(H) называется кривой первоначального намагничивания. В слабых полях индукция В увеличивается за счет намагничивания ферромагнетика, а когда он намагнитится до насыщения, индукция растет только за счет В_о, создаваемой внешним полем.

Кривая первоначального намагничивания позволяет определить абсолютную µ_а и относительную µ_r магнитные проницаемости при заданной напряженности внешнего поля

,

(4.7)

знание которых, необходимо при практических расчетах электромагнитных устройств.

Кривые первоначального намагничивания ферромагнитных материалов выпускаемых для электротехнической промышленности можно найти в электротехнических справочниках.

Если после намагничивания ферромагнитного материала до насыщения и достижения максимальной индукции B_m уменьшать напряженность внешнего поля до 0, то магнитная индукция будет уменьшаться по кривой 1–2, и не будет совпадать с кривой намагничивания 0–1 (рис. 4.3).

При напряженности внешнего поля Н = 0, магнитная индукция В ≠ 0, а достигает некоторого значения B_r, которое называется остаточной индукцией.

Таким образом, размагничивание ферромагнитной среды отстает от изменения внешнего поля.

Явление отставания изменения магнитной индукции от изменения напряженности внешнего поля называется магнитным гистерезисом.

Для того чтобы полностью размагнитить ферромагнитный материал необходимо создать поле противоположного направления напряженностью –Н_с.

Значение напряженности внешнего поля, при которой ферромагнетик полностью размагничивается, называется коэрцитивной силой.

При изменении напряженности поля от –Н_с до –Н_m, ферромагнетик будет опять намагничиваться по кривой 3-4, достигая максимальной индукции –В_m, а при изменении напряженности поля от –Н_m до 0, он вновь будет размагничиваться до значения индукции –В_r. При достижении напряженности поля +Н_с он вновь будет полностью размагничен. Дальнейшее намагничивание материала пойдет по кривой 6-1.

Замкнутая кривая, характеризующая изменение магнитной индукции в зависимости от напряженности внешнего поля, называется петлей гистерезиса. Ее площадь пропорциональна энергии, которая затрачивается на один цикл перемагничивания единицы объема ферромагнитного материала.

Дата добавления: 2015-05-06