Магнитные свойства веществ

Вещества, помещенные в МП, ведут себя по-разному. Ряд материалов, таких как золото, серебро, медь, цинк и др., незначительно ослабляют МП внутри вещества. Их называют диамагнетиками. Платина, магний, алюминий, хром, палладий, щелочные металлы, кислород и др. незначительно увеличивают МП. Они называются парамагнетиками.

Вещества, в которых собственное (внутреннее) МП может в сотни и тысячи раз превосходить вызвавшее его внешнее МП, называются ферромагнетиками. К ним относятся железо (Ре), кобальт (Со), никель (№), некоторые редкоземельные элементы, а также сплавы на базе этих элементов.

В электротехнике принято подразделять все вещества на магнитные (ферромагнетики) и немагнитные (диамагнетики и парамагнетики).

Поскольку МП в немагнитных материалах практически не изменяется при воздействии внешнего МП, особый интерес вызывают ферромагнетики.

Ферромагнетизм обусловлен наличием в веществе намагниченных областей - доменов, в которых магнитные моменты атомов имеют одно и то же направление. В принципе каждый домен является маленьким магнитом.

Ферромагнетик состоит из большого числа доменов, которые при отсутствии внешнего МП ориентированы произвольным образом, так что ферромагнетик остается немагнитным. При помещении ферромагнетика во внешнее МП домены начинают ориентироваться по направлению силовых линий внешнего МП. При дальнейшем увеличении напряженности внешнего МП все домены устанавливаются вдоль силовых линий МП. Наступает магнитное насыщение и намагниченность почти не растет. Если теперь уменьшить напряженность внешнего МП до нуля, то ориентация доменов нарушится лишь частично, поэтому намагниченность ферромагнетика уменьшается, но не до нуля. Чтобы уничтожить остаточную намагниченность образца, нужно приложить внешнее МП противоположного направления. Напряженность такого МП называется коэрцитивной силой Нс. Для каждого ферромагнетика существует температура, выше которой его ферромагнитные свойства исчезают. Она называется точкой Кюри. Для железа точка Кюри равна 768 °С, для никеля - 358 °С, а для кобальта - 1120 °С .

Для расчета индукции МП В в ферромагнетике используют выражение, которое учитывает способность к намагничиванию материала, В = Цй11,.Н = //, II, где Я - напряженность внешнего МП; цг - относительная магнитная проницаемость материала; //, - абсолютная магнитная проницаемость материала.

Свойства ферромагнетиков намагничиваться учитываются //_ , поэтому для ферромагнетиков ц,»1, в то время как у немагнитных материалов Цг=.

Основными характеристиками ферромагнетиков являются кривая намагничивания В(Н) и петля гистерезиса (рис. 1.5,а). Для получения петли гистерезиса необходимо плавно увеличивать Н от нуля до н„ах > а затем уменьшать от Яшах до -Яшах.

Кривые намагничивания ферромагнетиков

Рис. 1.5. Кривые намагничивания ферромагнетиков: а - петля гистерезиса; б - частные и предельный циклы

После ряда циклов намагничивания получится замкнутая кривая, которая называется петлей гистерезиса. При разных значениях получается семейство петель гистерезиса (рис. 1.5,6). Если величина напряженности МП превышает значение, при котором наступает магнитное насыщение, т.е. Яшах > Н8, то размеры петли больше не увеличиваются, растут только безгистерезисные участки (1-2 и 5-6 на рис. 1.5,а). Такая петля называется предельной петлей гистерезиса. Намагничивание ферромагнитного материала, впервые помещенного в МП, осуществляется по линии 0-1. Точки 8 и 4 предельной петли гистерезиса соответствуют коэрцитивной силе Нс(—Нс), а точки 3 и 7 дают значения остаточной индукции Вг(—Вг).

Соединяя вершины в семействе всех гистерезисных кривых, получим основную кривую намагничивания ферромагнетика. Эта кривая в основном используется в технических расчетах и почти совпадает с первоначальной кривой намагничивания 0-1 (см. рис. 6.5,а). Для удобства ее приводят только для положительных значений.

Петли гистерезиса ферромагнитных материалов

Рис. 1.6. Петли гистерезиса ферромагнитных материалов: 1 - магнитно-мягкие; 2 - магнитно-твёрдые

На рис. 1.6 приведены петли гистерезиса для различных магнитных материалов. В зависимости от значения коэрцитивной силы все магнитные материалы принято делить на магнитно-мягкие (кривая 1) и магнитно-твердые (кривая 2).

Магнитно-мягкие материалы имеют малую коэрцитивную силу и относительно узкую петлю гистерезиса. К этой группе относят электротехническую сталь, пермаллои, ферриты. Применяют эти материалы в электротехнических устройствах, таких как электрические машины, трансформаторы, электрические аппараты и др.

Магнитно-твердые материалы имеют большую коэрцитивную силу и широкую петлю гистерезиса. Будучи намагниченными, они сохраняют намагниченность и после снятия намагничивающего МП. Из таких материалов изготовляют постоянные магниты, широко применяемые в технических устройствах.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >