RUS ENG

НАМ 18 ЛЕТ!

ГРУППА AMT&C - ФИНАЛИСТ РЕЙТИНГА «ТЕХНОУСПЕХ»


 

 


Применение магнитомягких материалов



1. Основные магнитные величины и характеристики магнитных материалов.

 

Любой проводник, через который протекает электрический ток, создаёт вокруг себя магнитное поле. Магнитное поле в вакууме (внешнее магнитное поле) характеризуется напряженностью магнитного поля Н, измеряемой в системе единиц СИ в Ампер-витках/метр, а в системе СГС в Эрстедах (1 А/м » 0,125 Э). В качестве характеристики поля также вводится величина, именуемая магнитодвижущей силой, и имеющая размерность Н ´ единицу длины (Ампер-виток в СИ и Гильберт в СГС). Для описания магнитного поля в материале вводится величина, называемая плотностью магнитного потока, или индукцией В (единица измерения Гаусс (Гс) в СГС и Тесла (Т) в СИ, 1 Т = 10000 Гс). В вакууме в системе СГС В = Н. Магнитный поток Ф, представляющий собой произведение B ´ S, где S – площадь, измеряется в системе СИ в Веберах (Вб), а в системе СГС в Максвеллах (1 Вб = 108 Максвеллов). В катушке с сердечником из магнитного материала поток магнитного поля можно представить как сумму:

 

Фполн = Фкатушки + Фсердечника,

 

где Фкатушки – поток, создаваемый самой катушкой, а Фсердечника – поток, создаваемый материалом сердечника.

 

Магнитный материал может находиться в магниторазупорядоченном и магнитоупорядоченном состояниях. В последнем случае магнитные моменты атомов, составляющих магнитный материал, ориентированы в определённом направлении, а в первом случае они совершают хаотические движения под действием тепловой энергии. Температура магнитного упорядочения ферромагнетиков (материалов, у которых магнитные моменты атомов упорядочены коллинеарно) носит название температуры Кюри (ТС). Выше температуры Кюри ферромагнетик находится в магниторазупорядоченном состоянии. В отсутствие внешнего магнитного поля ферромагнитный материал находится в размагниченном состоянии (если не принято специальных мер для сохранения намагниченного состояния, как это имеет место в постоянных магнитах), даже при температуре ниже точки Кюри. Причина заключается в том, что образец создает вокруг себя собственное поле (это поле называется размагничивающим), в результате чего полная энергия системы (магнитный момент образца + поле образца) увеличивается. Стремясь минимизировать свою энергию, образец разбивается на отдельные области (домены), намагниченные внутри до насыщения. Магнитные моменты доменов ориентированы таким образом, что полный магнитный момент образца равен нулю. При помещении магнитного материала во внешнее магнитное поле происходит перестройка доменной структуры, в результате чего у образца возникает магнитный момент, возрастающий при увеличении внешнего магнитного поля. Магнитный момент, отнесенный к единице объёма, носит название намагниченности М (в системе СГС измеряется в Гауссах, в системе СИ в Тесла, как и плотность магнитного потока). В системе СГС поле Н, индукция В и намагниченность М связаны следующим соотношением:

 

.

 

Магнитная проницаемость c является характеристикой магнитного материала и определяется как приращение магнитной индукции, отнесённое к приращению напряженности магнитного поля. Таким образом, магнитная проницаемость служит мерой чувствительности магнитного материала к воздействию внешнего магнитного поля. Различают относительную и абсолютную магнитную проницаемости. Относительная магнитная проницаемость измеряется в безразмерных величинах относительно проницаемости вакуума. Проницаемость вакуума в единицах СГС и СИ различна: она равна единице в СГС и 4p´10-7 в СИ. Относительная проницаемость жестких магнитных материалов как правило несколько выше единицы, а проницаемость магнитомягких материалов может достигать нескольких сотен тысяч единиц (суперпермаллой). Магнитная проницаемость зависит от поля и может сильно изменяться с увеличением поля – на начальном участке кривой начального намагничивания она максимальна, а затем уменьшается.

 

На рис. 1 приведены типичные кривые намагничивания размагниченного ферромагнитного материала. Кривая 0АВ является начальной кривой намагничивания. При увеличении магнитного поля от нуля до т-ки А сначала происходит перестройка доменной структуры (обратимое смещение доменных стенок, необратимое смещение доменных стенок, вращение намагниченности доменов) до тех пор пока образец не перейдет в однодоменное состояние и не начнутся процессы подавления внешним полем разориентации магнитных моментов атомов, возникающей в результате теплового движения (такое намагничивание носит название парапроцесса). На рис. 1 парапроцесс начинается от точки А и продолжается при дальнейшем росте внешнего поля. Начиная с некоторого значения поля намагниченность практически перестаёт изменяться, а магнитная проницаемость материала приближается к значению проницаемости в вакууме. Такое состояние называется состоянием насыщения материала (т-ка В на рис. 1). Поле, соответствующее состоянию насыщения, называется полем насыщения, а намагниченность или индукция – намагниченностью насыщения или индукцией насыщения, соответственно. Если теперь начать уменьшать магнитное поле (размагничивать образец), то индукция образца не будет изменяться по прежней (начальной) кривой намагничивания. Ход кривой размагничивания показан на рис. 1 стрелками. Теперь при уменьшении поля до нуля намагниченность образца в общем случае не будет равна нулю. Величина намагниченности (индукции), которую образец сохраняет при уменьшении внешнего намагничивающего поля до нуля после достижения полного насыщения, называется остаточной намагниченностью (индукцией) Mr (Br). Теперь, чтобы уменьшить намагниченность образца до нуля необходимо приложить внешнее поле величиной Hc в обратном направлении. Величина Hc называется коэрцитивной силой. При дальнейшем увеличении поля по абсолютной величине, намагниченность начнёт опять возрастать и опять достигнет значения намагниченности насыщения, правда, противоположного знака. Уменьшение внешнего поля по абсолютной величине повторит ход кривой намагничивания, в результате чего образуется замкнутая кривая - петля гистерезиса (см. рис. 1). Такое «запаздывание» намагниченности относительно поля носит название полевого гистерезиса, который характерен для магнитотвёрдых (магнитожёстских) материалов. Дальнейшее увеличение и уменьшение внешнего поля будет вызывать движение по петле гистерезиса. Чтобы вернуться в начальное состояние образца, его необходимо размагнитить, что осуществляется циклическим изменением магнитного поля с постепенным уменьшением его амплитуды до нуля. Ещё один способ размагнитить образец – нагреть его выше температуры магнитного упорядочения (точки Кюри у ферромагнетиков). Магнитное состояние при этом будет разрушено.



Страница 1 - 1 из 16
Начало | Пред. | 1 2 3 4 5 | След. | Конец Все

Возврат к списку статей