Все вещества в природе являются магнетиками в том осознании, что они владеют определенными магнитными качествами и спецефическим образом ведут взаимодействие с наружным магнитным полем.

Магнитными именуют материалы, используемые в технике с учетом
их магнитных параметров. Магнитные характеристики вещества зависят от магнитных параметров наночастиц, структуры атомов и молекул.

 

Систематизация магнитных материалов

Магнитные материалы делят на слабомагнитные и сильномагнитные.

К слабомагнитным относят диамагнетики и парамагнетики.

К сильномагнитным – ферромагнетики, которые, в свою очередь, могут быть магнитомягкими и магнитотвердыми. Формально отличие магнитных параметров материалов можно охарактеризовать относительной магнитной проницаемостью.

Диамагнетиками именуют материалы, атомы (ионы) которых не владеют результирующим магнитным моментом. Снаружи диамагнетики проявляют себя тем, что выталкиваются из магнитного поля. К ним относят цинк, медь, золото, ртуть и другие материалы.

Парамагнетиками именуют материалы, атомы (ионы) которых владеют результирующим магнитным моментом, не зависящим от наружного магнитного поля. Снаружи парамагнетики проявляют себя тем, что втягиваются в неоднородное магнитное поле. К ним относят алюминий, платину, никель и другие материалы.

Ферромагнетиками именуют материалы, в каких собственное (внутреннее) магнитное поле может в сотки и тыщи раз превосходить вызвавшее его наружное магнитное поле.

Хоть какое ферромагнитное тело разбито на домены – малые области самопроизвольной (спонтанной) намагниченности. В отсутствие наружного магнитного поля, направления векторов намагниченности разных доменов не совпадают, и результирующая намагниченность всего тела может быть равна нулю.

Существует три типа процессов намагничивания ферромагнетиков:

1. Процесс обратимого смещения магнитных доменов. В этом случае происходит смещение границ доменов, нацеленных более близко к направлению наружного поля. При снятии поля домены смещаются в оборотном направлении. Область обратимого смещения доменов размещена исходном участке кривой намагничивания.

2. Процесс необратимого смещения магнитных доменов. В этом случае смещение границ меж магнитными доменами не снимается при понижении магнитного поля. Начальные положения доменов могут быть достигнуты в процессе перемагничивания.

Необратимое смещение границ доменов приводит к возникновению магнитного гистерезиса – отставанию магнитной индукции от напряженности поля .

3. Процессы вращения доменов. В этом случае окончание процессов смещения границ доменов приводит к техническому насыщению материала. В области насыщения все домены поворачиваются по направлению поля. Петля гистерезиса, достигающая области насыщения именуется предельной.

 

Предельная петля гистерезиса имеет последующие свойства: Bmax – индукция насыщения; Br – остаточная индукция; Hc — задерживающая (коэрцитивная) сила.

Материалы с малыми значениями Hc (узенькой петлей гистерезиса) и большой магнитной проницаемостью именуются магнитомягкими.

Материалы с большенными значениями Hc (широкой петлей гистерезиса) и низкой магнитной проницаемостью именуются магнитотвердыми.

При перемагничивании ферромагнетика в переменных магнитных полях всегда наблюдаются теплопотери энергии, другими словами материал греется. Эти утраты обоснованы потерями на гистерезис и потерями на вихревые токи. Утраты на гистерезис пропорциональны площади петли гистерезиса. Утраты на вихревые токи зависят от электронного сопротивления ферромагнетика. Чем выше сопротивление – тем меньше утраты на вихревые токи.

 

Магнитомягкие и магнитотвердые материалы

К магнитомягким материалам относят:

1. На техническом уровне незапятнанное железо (электротехническая низкоуглеродистая сталь).

2. Электротехнические кремнистые стали.

3. Железоникелевые и железокобальтовые сплавы.

4. Магнитомягкие ферриты.

Магнитные характеристики низкоуглеродистой стали (на техническом уровне незапятнанного железа) зависят от содержания примесей, преломления кристаллической решетки из-за деформации, величины зерна и термообработки. Из-за низкого удельного сопротивления на техническом уровне незапятнанное железо в электротехнике употребляется достаточно изредка, в главном для магнитопроводов неизменного магнитного потока.

Электротехническая кремнистая сталь является главным магнитным материалом массового употребления. Это сплав железа с кремнием. Легирование кремнием позволяет уменьшить коэрцитивную силу и прирастить удельное сопротивление, другими словами понизить утраты на вихревые токи.

Листовая электротехническая сталь, поставляемая в отдельных листах либо рулонах, и ленточная сталь, поставляемая исключительно в рулонах — являются полуфабрикатами, созданными для производства магнитопроводов (сердечников).

Магнитопроводы сформировывают или из отдельных пластинок, получаемых штамповкой либо резкой, или навивкой из лент.

Железоникелевые сплавы именуют пермаллоями. Они владеют большой исходной магнитной проницаемостью в области слабеньких магнитных полей. Пермаллои используют для сердечников компактных силовых трансформаторов, дросселей и реле.

Ферриты представляют собой магнитную керамику с огромным удельным сопротивлением, в 1010 раз превосходящим сопротивление железа. Ферриты используют в высокочастотных цепях, потому что их магнитная проницаемость фактически не понижается с повышением частоты.

Недочетом ферритов является их низкая индукция насыщения и низкая механическая крепкость. Потому ферриты используют, обычно, в низковольтной электронике.

К магнитотвердым материалам относят:

1. Литые магнитотвердые материалы на базе сплавов Fe-Ni-Al.

2. Порошковые магнитотвердые материалы, получаемые методом прессования порошков с следующей термической обработкой.

3. Магнитотвердые ферриты. Магнитотвердые материалы – это материалы для неизменных магнитов, использующихся в электродвигателях и других электротехнических устройствах, в каких требуется неизменное магнитное поле.

Читайте также: Компенсация пассажиру за опоздание поезда РЖД