Основные магнитные характеристики металлов

Тема 2 МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

2.1 МАГНИТНЫЕ СТАЛИ И СПЛАВЫ

Из всех металлов только три (железо, кобальт, никель) обладают ферромагнетизмом, т.е. способностью значительно сгущать магнитные силовые линии, что характеризуется магнитной проницаемостью. Относительная магнитная проницаемость ферромагнитных материалов достигает десятков и сотен тысяч единиц; для остальных она близка к единице.

Как известно, вещество, относительная магнитная проницаемость которого несколько больше единицы, является парамагнитным, меньше единицы - диамагнитным.

Основные сведения о магнитных свойствах дают кривые намагничивания, приведенные на рисунке 2.1.

Ферромагнитные материалы состоят из доменов - областей кристалла размером 10^-4 - 10^-6м, спонтанно намагниченных до насыщения вдоль осей легкого намагничивания кристалла и разделенных переходными слоями (стенками) шириной 10^-7 - 10^-8 м.

Если образец из ферромагнитного материала не подвергался действию магнитного поля, то магнитные моменты отдельных доменов в нем расположены хаотично и он находится в полностью размагниченном состоянии. Процесс намагничивания заключается в ориентировании намагниченности доменов вдоль приложенного внешнего поля.

Рисунок 2.1 – Петля гистерезиса ферромагнетка

При намагничивании изменяется доменная структура поликристалла ферромагнетика. На участке ОА намагничивание достигается посредством такого обратимого перемещения стенок доменов, что те из них, у которых направление намагничивания совпадает с направлением приложенного магнитного поля, растут за счет доменов с противоположным намагничиванием. На этом этапе движение стенок обратимо: если поле исчезает, они возвращаются в исходное положение. Затем процесс становится необратимым и сопровождается интенсивным ростом индукции (участок АВ). Процесс смещения доменных стенок продолжается до тех пор, пока не исчезнут домены, ориентированные невыгодно по отношению к полю. Доменная структура при этом исчезает и каждый кристалл становится однодоменным.

При увеличении напряженности поля до величины Н_s (участок ВС), характерной для каждого материала, векторы намагниченности кристалла поворачиваются из положения легкого намагничивания до полного совпадения с направлением внешнего поля.

Процессы намагничивания характерны своей необратимостью. При уменьшении напряженности от Н_s до нуля изменение индукции следует не по первоначальной кривой, а по линии СЕ. При Н=0 остаточная индукция сохраняет определенное значение В_r, называемое остаточной индукцией.

При изменении направления тока в соленоиде и его увеличении образец размагничивается (участок ЕF). При дальнейшем увеличении напряженности магнитного поля до величины - Н_s образец намагничивается в обратном направлении до индукции равной -В_s. Полный цикл изменения индукции образца при увеличении поля до насыщения сначала в одном направлении, а потом в другом и снова в первом характеризуется петлей гистерезиса, площадь которой пропорциональна работе, затрачиваемой на перемагничивание в течение одного цикла.

Важнейшими являются следующие характеристики, определяемые по кривой намагничивания.

Остаточная индукция В_r. Это магнитная индукция, остающаяся в образце после его намагничивания и снятия магнитного поля (измеряется в теслах, Тл).

Коэрцитивная сила Н_с - напряженность поля, которая должна быть приложена к образцу для того чтобы его размагнитить (измеряется в А/м).

Как видно из первоначальной кривой намагничивания, интенсивность намагничивания изменяется с изменением напряженности поля. Интенсивность намагничивания пропорциональна тангенсу угла наклона касательной к кривой начального намагничивания и численно равна отношению В/Н.

Интенсивность намагничивания называется магнитной проницаемостью; магнитная проницаемость в слабых магнитных полях называется начальной магнитной проницаемостью; размерность магнитной проницаемости Тл/(А/м).

Различают три группы магнитных сталей и сплавов: магнитотвердые, магнитомягкие и парамагнитные.

Магнитомягкие и магнитотвердые стали и сплавы отличаются формой гистерезисной кривой и значениями основных магнитных характеристик. Магнитотвердые материалы характеризуются главным образом большим значением Н_с > 4 кА/м (рис. 2.2.а) и применяются для постоянных магнитов. Магнитомягкие материалы характеризует малое значение Н_с < 4 кА/м (рис. 2.2.б) и малые потери на гистерезис. Их применяют как сплавы, подвергаемые переменному намагничиванию (например, сердечники трансформаторов).

Рисунок 2.2 – Гистерезисные кривые магнитотвердого (а) и магнитомягкого материала (б)

Дата добавления: 2014-01-11