Магнитные характеристики материалов

Поведение ферро­магнитного материала в магнитном поле характеризуется начальной кри­вой намагничивания (рис. 3), показывающей зависимость магнитной ин­дукции В в материале от напряженности магнитного поля Н.

Свойства магнитных материалов оценивают магнитными характеристиками. Рас­смотрим основные из них.

Абсолютная магнитная проницаемость - μ_а материала представляет со­бой отношение магнитной индукции В к напряженности магнитного поля Н в заданной точке кривой намагничивания для данного материала и вы­ражается в генри на метр (Гн/м):

μ_а = В/Н,

где В - индукция, Тл, Н - на­пряженность поля, А/м.

Относительная магнитная проницаемость – μ материала есть отношение абсолютной магнитной проницаемости к магнитной постоянной: μ = μ_а/ μ_о, где μ_о — магнитная постоянная — величина,. характеризующая магнитное поле в вакууме (μ_о = 1,256637 • 10⁶ Гн/м), μ. — безразмерная величина.

Абсолютная магнитная проницаемость μ_а применяется только для рас­четов. Для оценки же свойств магнитных материалов используют относи­тельную магнитную проницаемость μ, не зависящую от выбранной си­стемы единиц. Ее называют магнитной проницаемостью. Магнитная проницаемость зависит от напряженности магнитного поля (рис. 4). Различают начальную магнитную проницаемость μ_н и макси­мальную μ_м. Начальную магнитную проницаемость измеряют при напряженностях магнитного поля, близких к нулю. Большие значения μ_н и μ_м показывают, что данный магнитный материал легко намагничивается в слабых и сильных магнитных полях.

Рис. 3. Начальная кривая намагничива­ния ферромагнитного

материала.

Рис. 4. Графики зависимости магнитной проницаемости от напряженности магнитного поля:

1 — для пермаллоя,

2 — для. чистого железа

μ

Рис. 5. Зависи­мость магнит­ной

проницаемости магнитного мате­риала от темпера­туры

Рис. 6. Начальная кривая намагничивания 1 и петля гистерезиса 2.

Температурный коэффициент магнитной проницаемости ТКμ - позволяет оценить характер изменения магнитной проницаемости в зависимости от температуры ферромагнетика. При линейном изменении магнитной прони­цаемости в узком интервале температур Т₂ — Т₁ ТК μ (1/°С) вычисляют по формуле:

ТК μ = (μ ₂ — μ ₁)/ μ ₁ (T₂ — T₁),

где μ ₁ и μ ₂ — магнитная проницае­мость материала соответственно при температурах T₁ и Т₂.

Типичная зависимость магнитной проницаемости от температуры пока­зана па рис. 5. Температура, при которой магнитная проницаемость рез­ко снижается почти до нуля, называется температурой Кюри (Тк). При температурах выше Тк процесс намагничивания ферромагнетика расстраи­вается из-за интенсивного теплового движения атомов и молекул материа­ла, в результате чего он перестает быть ферромагнитным материалом. Так, Тк для чистого железа 768 °С, для никеля 358°С, для кобальта 1131 °С.

Индукция В s, характерная для всех магнитных материалов, называется индукцией насыщения. Чем больше Вs, при заданной напряженности, тем лучше данный магнитный материал. На графике, представляющем собой кривую начального намагничивания (см. рис. 3), видно, что с увеличением напряженности магнитного поля индукция растет вначале быстро, затем медленно, а начиная с В_s почти не изменяется.

Если образец магнитного материала намагничивать, непрерывно повы­шая напряженность магнитного поля Н, магнитная индукция В тоже будет непрерывно возрастать по кривой начального намагничивания. Эта кривая заканчивается в точке, соответствующей индукции насыщения Вs. При уменьшении напряженности H магнитная индукция будет также умень­шаться, но начиная с величины B_м значения индукции не будут совпадать со значениями этой характеристики на начальной кривой намагничивании 1 (рис. 6)...

Остаточная магнитная индукция Вr, - наблюдается в ферромагнитном материале при его размагничивании, когда напряженность магнитного по­ля равна нулю (рис. 6). Для размагничивания образца материала надо, чтобы напряженность магнитного поля изменила свое направление на обрат­ное — Н.

Напряженность поля Нc, при которой индукция становится рав­ной нулю, называется коэрцитивной силой. Чем больше коэрцитивная сила, тем материал в меньшей степени способен размагничиваться.

Если после размагничивания образца материала намагничивать его в противоположном направлении, в материале снова будет наблюдаться индукция насыщения — Bs. При дальнейшем уменьшении напряженности магнитного поля до Н = 0 и последующем намагничивании в первоначаль­ном направлении индукция будет непрерывно увеличиваться до Вs. В ре­зультате образуется замкнутая петля, которую называют предельной (или статической) петлей гистерезиса *.

Предельной петлей гистерезиса назы­вают петлю, снятую при медленном изменении постоянного магнитного поля от +H до — Н, когда магнитная индукция становится равной индук­ции насыщения Bs;. (Гистерезис (греч.) — запаздывание).

Удельные потери энергии па гистерезис Р_Г - это потери, затрачиваемые на перемагничивание единицы массы материала за один цикл. Удельные потери на гистерезис часто измеряют в ваттах на килограмм (Вт/кг) маг­нитного материала. Их величина зависит от частоты перемагничивания и значения максимальной индукции В_м. Удельные потери на гистерезис за один цикл определяются площадью петли гистерезиса (рис. 6.), т. е. чем больше петля гистерезиса, тем больше потери в материале.

Динамическая петля гистерезиса образуется при перемагничивании ма­териала переменным магнитным полем и имеет большую площадь, чем статическая, так как при действия переменного магнитного поля в мате­риале возникают кроме потерь на гистерезис потери на вихревые токи и магнитное последействие, которое определяется магнитной вязкостью материала.

Потери энергии на. вихревые токи – Рв зависят от удельного электриче­ского сопротивления р магнитного материала. Чем больше р, тем меньше потери на вихревые токи. Потери энергии на вихревые токи зависят также от. плотности магнитного материала и его толщины. Они также пропор­циональны квадрату амплитуды магнитной индукции В_м и частоты f пере­менного магнитного поля.

Для листового образца магнитного материала потери в переменном поле Рв (Вт/кг) подсчитывают по формуле:

Рв = (164 • h²/ Вм²f ²)/dρ,

где h —. толщина листа, м; Вм — максимальное значение (амплитуда) магнитной индукции, Тл; f — частота, Гц; d — плотность материала, кг/м³; ρ — удель­ное электрическое сопротивление материала. Ом • м.

При действии на материал переменного магнитного поля снимают динамическую кривую намагничивания и соответственно динамическую петлю гистерезиса. Отношение амплитуды индукции к амплитуде напря­женности магнитного поля на динамической кривой намагничивания пред­ставляет собой динамическую магнитную проницаемость –

μ_~ = В_м / H_м.

Для оценки формы гистерезисной петли пользуются коэффициентом прямоугольности гистерезисной петли K_п — характеристикой, вычисляемой по предельной петле гистерезиса (см. рис. 6):

K_п == В_r/В_м.

Дата добавления: 2014-01-07