Магнітні матеріали та їх застосування

Точка Кюрі

Феромагнетики та їх властивості. Магнітний гістерезис.

Феромагнетики належать до сильномагнітних речовин, у них загальне магнітне поле В на декілька порядків перевищує зовнішнє поле . Феромагнетики – це тверді кристалічні та аморфні речовини, до складу яких входять іони певних елементів періодичної системи. Основним представником таких елементів є залізо, елементи групи заліза , а також елементи групи лантаноїдів та ін. Виявляється, що за феромагнітні властивості речовини відповідають лише спіни електронів. Магнітні моменти, зумовлені орбітальним рухом електронів, не дають внеску у феромагнітні явища.

Основна властивість феромагнетиків полягає в існуванні в них спонтанної намагніченості. Цей стан спостерігається в області нижчих температур. Якщо температуру магнетика підвищувати, то, починаючи з деякого, характерного для кожної речовини значення – точки Кюрі , спонтанна намагніченість зникає. Речовина переходить у парамагнітний стан, правда, із незвично великою як для парамагнетика магнітною проникністю. Ці температурні інтервали існування називаються феромагнітною та парамагнітною фазами, відповідно. Точка Кюрі, наприклад, для нікелю , для заліза . Магнітна сприйнятність в області парафази плавно спадає з температурою й описується простою формулою, яка виражає експериментальний закон Кюрі-Вейса

.

В точці Кюрі відбувається фазовий перехід, пов’язаний з перебудовою спінової підсистеми речовини.

Залежність намагніченості від напруженості зовнішнього магнітного поля наведено на рис.

Рис. Петля феромагнітного гістерезису

Унікальні властивості феромагнетиків знаходять широке технічне застосування. Феромагнітні матеріали зі значною залишковою намагніченістю використовуються для виготовлення постійних магнітів. Для цих матеріалів характерна наявність широкої петлі гістерезису, тому їх важко розмагнітити. Це – магнітно-жорсткі феромагнетики. Наприклад, коерцитивна сила сплаву Алніко, який використовується у динамічних гучномовцях, складає . В окремих матеріалах вона доходить до (сплави ).

Здатність феромагнетика зберігати спонтанне намагнічення та можливість його зміни під впливом зовнішнього магнітного поля використовується у пристроях зовнішньої магнітної пам’яті комп’ютерів. До них відносяться гнучкі магнітні диски (ГМД) або дискети, жорсткі магнітні диски (ЖМД) або вінчестери, накопичувачі на магнітних стрічках та ін.

Матеріали з вузькою петлею гістерезису – магнітом’які феромагнетики використовуються для виготовлення осердь трансформаторів, електромагнітів, електродвигунів. В цих випадках для збільшення магнітного потоку необхідно вибирати матеріал із значною магнітною проникністю. Для зменшення втрат на перемагнічування необхідні матеріали з малим значенням коерцитивної сили. Втрати на перемагнічування пропорційні площі петлі гістерезису і є одним із типів утрат у сталі. Для виготовлення магнітопроводів використовуються спеціальні трансформаторні сталі з вузькою петлею гістерезису. Коерцитивна сила сплаву складає . Сплав пермалой має ще менше її значення – , у зв’язку з чим він застосовується для виготовлення осердь імпульсних трансформаторів. Для зменшення втрат на вихрові струми (другий тип утрат у сталі) магнітопроводи набирають з окремих пластин, ізольованих між собою лаком.

Для виготовлення малопотужних електромагнітних приладів, призначених для роботи в області високих частот, застосовуються ферити. Електропровідність феритів мізерна, тому в них практично відсутні втрати на вихрові струми. Частоти, на яких можуть працювати феритові магнітопроводи, сягають десятків мегагерців і більше.

Дата добавления: 2017-01-14