Свойства ферромагнетиков

Магнитный гистерезис

Зависимость магнитной индукции В ферромагнетика от напряженности магнитного поля Н имеет вид петли гистерезиса (рис. 17.3).

При увеличении H от 0 B увеличивается по кривой начальной намагниченности (1) и достигает индукции насыщения B_{s .} При последующем уменьшении H до 0 в веществе сохраняется остаточная намагниченность, характеризуемая остаточной индукцией B_r, так как сохраняется частичная ориентированность векторов намагниченности доменов М _s в направлении поля. Если к веществу приложить поле с напряженностью – H_с, то магнитная индукция уменьшается до нуля.

Рис. 17.3. Зависимость магнитной индукции B ферромагнетика от напряженности магнитного поля Н: 1 – кривая начальной намагниченности, B_s – индукция насыщения, B_r – остаточная индукция, – Н_с – коэрцитивная сила

Напряженность размагничивающего поля (–H_с), при которой магнитная индукция ферромагнетика становится равной 0, называется коэрцитивной силой.

Зависимость μ(H) для ферромагнетиков приведена на рис. 17.4. Значение μ определяется путем графического дифференцирования кривой начальной намагниченности. Значения μ определяются как тангенс угла наклона прямой, проходящей через начало координат и точку на кривой начальной намагниченности. Зависимость μ(H) имеет экстремальный характер с максимумом (μ_max) при напряженности поля Н_{s ,} соответствующей индукции насыщения B_s.

Зависимость μ(Т) для ферромагнетиков приведена на рис. 17.5. При увеличении температуры до точки Кюри Т _к μ растет до μ_max, так как облегчаются процессы смещения доменных границ. При Т > Т _к вследствие интенсивного теплового движения ионов доменная структура разрушается, ферромагнетик превращается в парамагнитное вещество и μ резко уменьшается.

Температура Кюри для Fe cоставляет 768ºС, для Со - 1131 ºС, для Ni - 358 ºС.

Рис. 17.4. Зависимость μ ферромагнетиков

от напряженности магнитного поля Н

Магнитная анизотропия

Магнитная анизотропия – свойство магнитных материалов намагничиваться до насыщения при различных значениях напряженности магнитного поля в зависимости от кристаллографического направления.

Например, в случае ОЦК решетки, направлением «легкого» намагничивания является направление, совпадающее с ребром куба, а направлением «трудного» намагничивания - направление, совпадающее с диагональю куба (рис. 17.5).

μ  

Рис.17.5. Зависимость μ(Т) для ферромагнетиков

.

Рис17.6. Направления «легкого» и «трудного» намагничивания в кубической объемно-центрированной кристаллической решетке:

H _р^s, H _д^s - напряженности магнитного поля при которых достигается индукция насыщения B_s при намагничивании в направлении ребра и диагонали, соответственно

Магнитострикция

Магнитострикция - изменение размеров или формы изделия из магнитного материала в процессе намагничивания

Характеристики магнитострикции:

§ Коэффициент линейной магнитострикции:

(11)

где Δ l – абсолютное изменение размера, l ₀ – начальный размер изделия.

§ Коэффициент объемной магнитострикции:

(12)

где Δ V – абсолютное изменение объема, V₀ – начальный объем изделия.

Потери энергии магнитного поля в магнитном материале

При перемагничивании магнитного материала в переменном магнитном поле часть энергии магнитного поля превращается в тепловую энергию, что внешне проявляется в нагреве материала.

В магнитном материале возникают следующие виды удельных магнитных потерь.

§ Потери на гистерезис:

Вт/кг, (13)

где η – коэффициент, зависящий от природы материала, B_m – максимальная индукция в течение цикла намагничивания, n = 1,6 – 2,0 в зависимости от величины B_m, f – частота.

Р_г определяется площадью под кривой гистерезиса.

§ Потери на вихревые токи:

Вт/кг, (14)

где h – толщина элемента магнитопровода, d – плотность материала, ρ – удельное электрическое сопротивление материала.

Вихревые токи индуцируются в магнитном материале магнитным полем, возникающем вокруг обмоток электротехнического устройства.

Для уменьшения потерь на вихревые токи применяют следующие способы:

§ используют материалы с большим значением ρ;

§ магнитопроводы изготавливают из тонких листов ферромагнитных материалов, изолированных друг от друга электроизоляционным лаком (уменьшение h);

§ в порошковых магнитных материалах применяют электроизоляционные связующие, покрывающие частицы магнитного материала (уменьшение h).

Дата добавления: 2017-01-13