Тема: Физические процессы в магнитных материалах

План:

1. Общие сведения о магнитных материалах

2. Классификация магнитных материалов

3. Основные параметры магнитных материалов.

1. К магнитным материалам относятся такие материалы, которые намагничиваются в относительно слабых магнитных полях.

Основная физическая величина, которая характеризует магнитные свойства материалов, является магнитный момент. Согласно классической теории электромагнитных явлений источником магнетизма является макро – и никро – электрические токи. Элементарным источником является замкнутый ток. Вектор магнитного момента определяется как произведение силы тока на площадь контура

Магнитный момент имеют элементарные частицы, атомные ядра, электронные оболочки атомов и молекул. Магнитный момент отдельный элементарных частиц (электронов, протонов, нейтронов и т.д.) определяется их собственным механическим моментом – спином. Магнитный момент атомов является векторной суммой спиновых и орбитальных магнитных моментов, обусловленных спиновым и орбитальным движением электронов. Магнитные моменты атомов и молекул определяются, в основном, спиновыми и орбитальными моментами электронов.

Магнитный момент макроскопической системы равен сумме магнитных моментов ее атомов (молекул). Характеристикой магнитного состояния макроскопического тела является намагниченность, которая равна магнитному моменту единицы объема тела:

Для характеристики намагничивания вещества вводятся величины:

В – магнитная индукция (Тл);

Н – напряженность магнитного поля ();

J – намагниченность ();

Rm - магнитная восприимчивость;

μ - магнитная проницаемость;

Ф – магнитный поток (Вб)

Способность материалов намагничиваться в магнитном поле характеризуется магнитной восприимчивостью:

2. Классификацию магнитных материалов осуществляют по величине и знаку магнитной восприимчивости, а также характером зависимости магнитной восприимчивости от температуры и напряженности внешнего магнитного поля.

Диамагнетики намагничиваются навстречу направлению действующих ни них внешних магнитных полей, Rm составляет 10 ^-6 для твердых и жидких материалов и практически не зависит от температуры и напряженности поля. К диамагнетическому относят инертные газы, водород, медь, цинк, свинец. (Они выталкиваются из неоднородного магнитного поля).

Парамагнетики намагничиваются в направлении внешнего магнитного поля, их магнитная восприимчивость Rm > 0 и составляет 10 ^-3 и 10 ^{- 5} , для многих парамагнетиков она не зависит от величины напряженности магнитного поля, но существенно зависит от температуры. (Они втягиваются неоднородным магнитным полем).

Ферромагнетики характеризуются большим положительным знаком Rm (коэффициента магнитной восприимчивости) и сложной нелинейной зависимостью Rm от температуры и внешнего магнитного поля. Для ферромагнетиков характерна критическая температура (tº Кюри), выше которой ферромагнетики переходят в парамагнитное состояние.

Антиферромагнетики ниже определенной температуры определяются упорядоченным состоянием, в котором магнитные моменты соседних частиц материала ориентированы навстречу друг другу (антипараллелью) и слабой намагничиваемостью во внешнем магнитном поле.

Ферримагнетики характеризуются наличием нескольких магнитных подрешеток, магнитные моменты которых отличаются и не компенсируют одна другую. К ферромагнетикам относят вещества созданные на основе оксидов железа и оксидов других металлов.

3. Магнитные свойства ферро- и ферримагнетных материалов характеризуются зависимостью B = f(H) и называются кривыми намагничивания. При циклическом перемагничивании кривая намагничивания образует петлю магнитного гистерзиса. Магнитным гистерзисом называется явление отставания изменения магнитной индукции от вызывающей эти изменения напряженности магнитного поля (Рис. 1)

Рис.1

Рис. 1 Петля магнитного гистерзиса.

Кривая изменения индукции при изменении напряженности внешнего магнитного поля от +H _s до - H _s и обратно называется предельной петлей гистерзиса, которая является важной характеристикой материала, на ее основе можно определить основные параметры материала: Hc коэрцитивную силу; B_s - индукцию насыщения; Br- остаточную индукцию и т.д

Процесс перемагничивания магнитных материалов в переменном магнитном поле связан с тепловыми потерями части энергии магнитного поля, что внешне проявляется в нагреве материала. Потери в магнитном материале характеризуются удельными потерями Руд или тангенсом угла магнитных потерь tgбм.

Важным параметром для магнитных материалов является магнитная проницаемость μ, которая определяет способность материала к намагничиванию: чем она больше, тем легче намагничивается материал и, наоборот. Магнитная проницаемость (относительная магнитная проницаемость) µr является безразмерной величиной и входит в выражение абсолютной магнитной проницаемости (^Гн\_м .):

µа= µо*µr

где µо - магнитная постоянная, равная 1,256637*10^{-6 Гн}\_м .

Литература:

1. Сулима стр. 120 – 140

2. Н.В Никулин стр. 160 – 170

3. Бородулин стр. 87 – 96

Вопросы на закрепление темы:

1. Что называется коэрцитивной силой?

2. Основная характеристика магнитных материалов?

3. Как делят материалы по способности намагничиваться?

4. Классификация материалов.

5. Основные параметры магнитных материалов

Дата добавления: 2017-01-14