Ферромагнетизм
Ферромагнетизм
Ферромагнетики — железо, никель, кобальт, гадолиний и их разные сплавы — в магнитном поле намагничиваются. Стержень из ферромагнитного материала, помещенный в магнитное поле, к примеру в поле катушки, обтекаемой током, обнаруживает сильные магнитные характеристики. На конце стержня, из которого магнитный поток выходит, появляется северный полюс N,а на обратном его конце — южный полюс S (рис. 1). Намагниченный стержень, удаленный из магнитного поля, в некой степени сохраняет магнитные характеристики. Это его остаточное намагничение. Оно некординально у мягенького железа, но очень выражено у жестких ферромагнитных сплавов. Сравнительно большим является остаточный магнетизм у магнитожестких материалов, используемых для производства неизменных магнитов: к примеру у кобальтовой стали, сплава магнико и др.
Намагничивание железного стержня в катушке, обтекаемой током
Теория ферромагнетизма очень сложна, но для главных электротехнических расчетов она не употребляется. Можно только упомянуть, что ферромагнитное тело снутри распадается на области самопроизвольной намагниченности — ферромагнитные домены, нечто схожее микроскопичным неизменным магнитам. Эти области относительно значительны и содержат целые группы атомов. При определенных критериях домены на поверхности ферромагнетика можно следить под микроскопом. Магнитные силы меж 2-мя примыкающими доменами владеют взаимно размагничивающим действием, т. е. стремятся установить домены в обратном направлении («антипараллельно»). В результате магнитные поля доменов взаимно компенсируются.
Под воздействием наружного магнитного поля поворачивается магнитная ось в доменах и смещаются границы меж ними. Последнее является соответствующим различием доменов от воображаемых простых магнетиков. Ориентирование доменов по направлению поля делает магнитные полюса на соответственных поверхностях тела. Силы внешнего магнитного поля должны преодолевать противодействие внутренних сил в веществе, стремящихся удержать домены в первоначальном положении. Потому, чем посильнее магнитное поле, т. е чем больше его напряженность, тем больше намагничивается ферромагнетик. В конце концов, при значимой напряженности внешнего поля все домены ориентируются по направлению наружного поля. Это состояние называется магнитным насыщением ферромагнетика.
Изменение положения и границ доменов связано со смешением входящих в их атомов и вызывает изменение формы намагничиваемого тела, что именуется м а г н и т о с т р и к ц и е й (от лат. слова «stricio» — натягивание). А именно, металлический и никелевый стержни удлиняются в направлении намагничивания. Это удлинение не достаточно, порядка не больше одной тысячной, но имеет существенное практическое значение. К примеру, оно вызывает гудение трансформаторов.
Для электротехнических расчетов принципиально, что отношение индукции к напряженности, т. е. магнитная проницаемость mаферромагнетиков очень велика и непостоянна. Большая магнитная проницаемость ферромагнетиков употребляется для того, чтоб усиливать магнитные поля в электронных машинах и аппаратах. Непостоянство магнитной проницаемости значительно затрудняет расчеты. Зависимость В от H у ферромагнетиков относительно сложна и не может быть выражена какой-нибудь обычный формулой. По этой причине приходится воспользоваться графическим изображением — кривой намагничивания (рис. 2). Нижняя ветвь таковой кривой соответствует ненасыщенному состоянию ферромагнетика, перегиб («колено») кривой — переходу в насыщенное состояние. Вид кривой намагничивания определяется качествами данного магнитного материала.
Рис. 2Кривая начального намагничивания электротехнической листовой стали
Ферромагнитные сердечники электронных машин и аппаратов рассчитываются так, чтоб в рабочем состоянии устройства магнитная индукция соответствовала определенной части кривой намагничивания материала сердечника.
В измерительных устройствах, устройствах регулирования и автоматической защиты необходимо, чтоб магнитная индукция изменялась пропорционально намагничивающему току. Это условие будет выполнено, если при работе прибора магнитная индукция будет изменяться в границах ненасыщенной части кривой намагничивания.
Для может быть наилучшего использования электротехнических материалов, чтоб получить минимум издержки материалов на единицу мощности, целенаправлено выбирать индукцию, примерно подобающую колену кривой намагничивания.
Если необходимо, чтоб при колебаниях намагничивающего тока магнитный поток, им возбуждаемый, не достаточно изменялся (к примеру, в генераторах неизменного тока), то магнитная индукция должна соответствовать насыщенной ветки кривой намагничивания.
Вышеприведенная кривая намагничивания есть первоначальная кривая намагничивания, т. е. кривая, которую можно получить только, если взять стопроцентно размагниченный эталон материала и равномерно наращивать, начиная от нуля, намагничивающий его ток.
Рис. 3 Петля гистерезиса и кривая начального намагничивания
В рабочих критериях магнитная индукция зависит не только лишь от напряженности магнитного поля, да и от предшествующего магнитного состояния тела. Процесс намагничивания отчасти оказывается необратимым — это явление гистерезиса (от греч. слова, обозначающего запаздывание). Вследствие гистерезиса при понижении намагничивающего тока магнитная индукция миниатюризируется не по кривой первоначального намагничивания, а по кривой, расположенной выше (рис. 3), чем кривая начального намагничивания. При напряженности магнитного поля Н, равной нулю, когда намагничивающий ток выключен, в ферромагнетике сохранится некая остаточная индукция В0. Чтоб полностью размагнитить тело, необходима напряженность поля оборотного направления Нс, именуемая коэрцитивной силой. Чтоб возбудить такое размагничивающее поле, необходимо пропустить по намагничивающей катушке ток оборотного направления. Если далее наращивать напряженность магнитного поля оборотного направления, то возникнет магнитная индукция оборотного направления. Увеличив ток, ее можно довести до условия насыщения, которому будет соответствовать значение магнитной индукции Вm. Если сейчас уменьшать намагничивающий ток, то магнитная индукция будет уменьшаться по кривой, лежащей ниже оси абсцисс, но таковой же по форме, как кривая убывания индукции при положительном направлении поля. При уменьшении до нуля намагничивающего тока в ферромагнетике сохранится остаточная индукция оборотного направления — В0. Если потом снова включить ток в первоначальном направлении и равномерно наращивать его до значения, соответственного насыщению ферромагнетика, то получится замкнутая кривая, изображающая зависимость индукции от напряженности поля при повторяющемся перемагничивании. Эта кривая именуется петлей гистерезиса. В критериях такого повторяющегося перемагничивания работают якоря машин постоянного тока и сердечники машин и аппаратов переменного тока.
Площадь петли гистерезиса пропорциональна энергозатрате на один цикл перемагничивания единицы объема ферромагнетика. Если магнитная индукция В измерена в вб/см2=в х сек/см2, а напряженность магнитного поля Н — в а/см, то площадь петли гистерезиса будет измеряться в в х а х сек/см3=дж/см3.
Для циклически перемагничиваемых сердечников, чтоб уменьшить утраты в их от гистерезиса, лучше использовать ферромагнитные материалы с очень узенькой петлей гистерезиса, к примеру электротехническую листовую сталь.
Для неизменных магнитов нужен материал с большенными коэрцитивной силой и остаточным намагничиванием. У таких м а г н и то ж ест к их материалов петля гистерезиса имеет большую площадь, но неизменные магниты повторяющемуся перемагничиванию не подвергаются.
Читайте также: Выплаты, доплаты и пособия инвалидам 1 группы в Московской области 2019-2020 году
Комментарии
Ферромагнетизм — Комментариев нет