Обозначение параметра определяющего способность материалов намагничиваться

Основные магнитные характеристики материалов

Магнитная восприимчивость к атомов величина, характеризующая связь намагниченности вещества J с напряженностью магнитного поля Н:

Уравнение (4.20) не распространяется на ферромагнетики.

Магнитная восприимчивость может быть как положительной, так и отрицательной. Отрицательной магнитной восприимчивостью обладают диамагнетики (они намагничиваются против поля) положи­тельной − парамагнетики и ферромагнетики, (они намагничиваются по полю).

Магнитная восприимчивость характеризует способность ве­ществ к намагничиванию под действием магнитного поля. Она опре­деляется, главным образом, содержанием ферромагнитных включе­ний, а также их формой, размером и расположением относительно друг друга. Магнитная восприимчивость одного и того же вещества меняется в зависимости от величины магнитного поля и его магнит­ной предыстории, так как в процессе намагничивания в ферромаг­нитных включениях могут происходить обратимые и необратимые явления. С учетом последнего различают обратимую и необратимую магнитную восприимчивость.

Магнитная индукция В − среднее результирующее магнитное поле вещества, представляющее собой среднее значение суммарной напряженности микроскопических магнитных полей, созданных от­дельными электронами и другими элементарными частицами, Тл:

Магнитная проницаемость µ − величина, показывающая, во сколько раз увеличивается (уменьшается) магнитная индукция в ве­ществе при воздействии магнитного поля напряженностью Н.

Магнитная проницаемость ферромагнетиков сложно зависит от Н. Различают (рис. 4.15) начальную магнитную проницаемость µ_н, измеряемую в очень слабых магнитных полях − при значениях на­пряженности магнитного поля Н, близких к нулю, и максимальную магнитную проницаемость µ._м.

Рис. 4.15. Кривая намагничивания

Параметрами магнитной проницаемости являются: относительная магнитная проницаемость µ. и абсолютная магнитная проницаемость, Гн/м:

Между величинами магнитной восприимчивости и магнитной проницаемости существует зависимость:

Графическое изображение зависимости намагниченности фер­ромагнетика от напряженности внешнего магнитного поля называет­ся кривой намагничивания (см. рис. 4.15). Кривые намагничивания опре­деляют характеристики магнитных материалов и служат для расчетов магнитных цепей электромагнитов, магнитных пускателей, реле и других электротехнических устройств и приборов.

Кривые намагничивания ферромагнитных материалов при перемагничивании образуют петлю магнитного гистерезиса (если пер­воначально ненамагниченное вещество намагнитить до насыщения, а затем уменьшать и снова увеличивать напряженность магнитного поля. То изменение индукции не будет следовать начальной кривой). Площадь петли магнитного гистерезиса пропорциональна энергии, теряемой в образце на его нагревание за один цикл изменения поля (гистерезисные потери). Характерными точками магнитного гистере­зиса являются коэрцитивная сила и остаточная намагниченность.

Коэрцитивная сила Н_с − значение напряженности магнитного поля, в котором ферромагнитный образец, первоначально намагни­ченный до насыщения, полностью размагничивается.

Коэрцитивная сила, в отличие от намагниченности на­сыщения, является структурно чувствительным свойством. Наличие в образцах примесей и других дефектов кристаллической решетки затрудняет движение границ магнитных доменов и тем самым повышает коэрци­тивную силу. Чистые металлы, а также твердые растворы, не претерпевающие упорядочения, как правило, характеризуются низкой коэр­цитивной силой. Применение пластической деформации повышает коэрцитивную силу этих металлов и сплавов, но по абсолютной вели­чине она остается невысокой.

У сплавов с гетерогенной структурой коэрцитивная сила по­вышенная: при этом тем больше, чем выше дисперсность структуры. Рост коэрцитивной силы особенно значителен при высокой дисперс­ности ферромагнитной фазы, каждая частица которой является однодоменной и анизотропной. Коэрцитивную силу также увеличивает рост микронапряжений и плотности дислокаций, как, например, в случае закалки стали на мартенсит.

Остаточная намагниченность В_r — величина намагниченно­сти, которую ферро- или ферримагнитный материал имеет при на­пряженности внешнего поля, равной нулю.

Остаточная намагниченность обусловлена задержкой измене­ния намагниченности при уменьшении напряженности (после преды­дущего намагничивания образца) из-за влияния магнитной анизотро­пии и структурных неоднородностей образца. Наиболее устойчивой остаточной намагниченностью обладают материалы с высокой коэр­цитивной силой. При нагревании ферромагнитных материалов выше температуры, превышающей точку Кюри, они теряют остаточную намагниченность. К уменьшению остаточной намагниченности при­водят также механические сотрясения и вибрации.

По величине магнитной проницаемости существует деление элек­тротехнических материалов на немагнитные и магнитные.

Немагнитные материалы — пара-, диа- и слабоферромагнит­ные материалы с магнитной проницаемостью менее 1,5. К немагнит­ным материалам относится большинство металлов и сплавов (в том числе некоторые стали), полимеры, дерево, стекло и т.д.

Магнитные материалы классифицируют по их физической при­роде и величине коэрцитивной силы.

По физической природе магнитные материалы делят (отрасле­вое деление) на три группы: металлические материалы, неметалличе­ские материалы и магнитодиэлектрики.

К неметаллическим магнитным материалам относятся ферри­ты − ферримагнитные материалы, получаемые из порошкообразной смеси оксидов некоторых переходных металлов и оксида железа пу­тем прессования с последующим спеканием. По магнитным свойст­вам ферриты аналогичны ферромагнетикам.

Магнитодиэлектрики− композиционные материалы, состоя­щие из 70. 80 % порошкообразного магнитного материала (ферро- или ферримагнетика) и 30. 20 % диэлектрического материала (на­пример, полистирола, резины и др.). Магнитодиэлектрики применя­ются в приборостроении (постоянные магниты, эластичные гермети­заторы для разъемных соединений и др.).

По величине коэрцитивной силы магнитные материалы делят­ся на материалы:

магнитно-мягкие — не более 4 А/м;

магнитно-твердые (магнитно-жесткие) − более 4 А/м.

Магнитно-мягкие материалы намагничиваются до насыщения и перемагничиваются в относительно слабых магнитных полях на­пряженностью Н

0,1. 10 Э). При температурах ниже точки Кюри эти материалы спонтанно намагничены, но внешне не проявляют магнитных свойств, так как состоят из хаотически ориен­тированных намагниченных до насыщения доменов. Магнитно-мягкие материалы обладают относительно большими значениями магнитной проницаемости, малой коэрцитивной силой и относитель­но большой индукцией насыщения. Эти материалы отличаются ма­лыми потерями на гистерезис и вихревые токи на один цикл намагни­чивания.

К магнитно-мягким материалам относятся: чистое (электро­магнитное) железо, листовая электротехническая сталь, железо-армко, пермаллои (железоникелевые сплавы) и др.; металлические стекла и некоторые ферриты. К магнитно-мягким материалам специального назначения относятся термомагнитные сплавы и магнитострикционные материалы.

Магнитно-мягкие материалы применяются для изготовления магнитопроводов трансформаторов, электрических машин и аппара­тов, магнитных экранов и др., где требуется быстрое намагничивание с малыми потерями энергии. Термомагнитные материалы служат для компенсации температурных изменений магнитных потоков в маг­нитных системах приборов, а магнитострикционные материалы − для преобразования электромагнитной энергии в механическую.

К металлическим магнитно-твердым материалам относятся ле­гированные стали, закаливаемые на мартенсит; специальные сплавы на основе Fe-Ni-Al и Fe-Ni-Co, легированных медью, титаном, нио­бием и др. Большое значение в технике приобрели порошковые спла­вы и ферриты. В качестве магнитно-твердых материалов используют­ся также магнитопласты и магнитоэласты из порошков сплавов и ферритов со связкой из пластмасс и резины.

Магнитно-твердые материалы применяются для изготовления постоянных магнитов.

Источник

Основные свойства и параметры магнитных материалов

Основные свойства и параметры магнитных материалов оцениваются и определяются исходя из кривых намагничивания и магнитной проницаемости, которые для ферромагнитного материала имеют вид рис. 6:

Кривые намагничивания определяют на размагниченных образцах, в которых при отсутствии внешнего поля векторы магнитных моментов расположены равновероятно. (Размагничивать, либо нагревом выше ТК, либо воздействием на материал переменного или коммутируемого постоянного поля с убывающей до нуля амплитудой).

Эта кривая есть геометрическое место точек вершин симметричных петель перемагничивания (она хорошо воспроизводится и используется для определения параметров магнитных материалов).

Магнитная проницаемость характеризует способность вещества изменять свою магнитную индукцию В при воздействии магнитного поля Н. Располагая кривыми намагничивания, магнитную проницаемость можно интерпретировать геометрически в виде:

Начальная и максимальная проницаемости являются частными случаями нормальной проницаемости:

Основная кривая намагничивания и зависимость (Н) могут быть разделены на 4 области в соответствии с возможным различием процессов намагничивания при увеличении напряженности намагничивающего поля.

В области I выполняется закон Рэлея и называется областью начальной проницаемости (n определяется практически при Н0/1 A/м).

В технике определяют еще дифференциальную и импульсную магнитную проницаемость

(которая используется при рассмотрении одновременного воздействия на магнитный материал постоянного и переменного магнитных полей (при условии Н

Н0), например, в магнитных усилителях, бесконтактных реле и т.д.). Импульсная проницаемость:

Зависимость имеет вид (рис. 7).

Графики зависимости В (или Вi) от Н называют кривыми намагничивания.

При намагничивании предварительно размагниченного образца различают три типа зависимостей:

При циклическом намагничивании кривая намагничивания образует петлю гистерезиса.

При прохождении одного цикла намагничивания получаем незамкнутую петлю, что объясняется различной для характерных точек магнитной историей.

Для получения более определенной установившейся петли гистерезиса при измерениях в цепях постоянного тока производят магнитную подготовку.

Вследствие магнитной вязкости намагниченность образца устанавливается после изменения Н через время от 10 с до десятков минут и более. Это свойство обусловлено наличием вихревых микротоков (в магнитных материалах с большой электропроводностью: Fe, Co, Ni), диффузией атомов примесей задерживающих смещение границ доменов, наличием флуктуаций тепловой энергии (в легированных сталях), диффузией электронов (в ферритах), инерцией электронов при намагничивании путем вращения вектора магнитного момента спина электрона (в тонких ферромагнитных пленках на СВЧ).

По петле магнитного гистерезиса определяются:

4. Удельные магнитные потери на гистерезис, за один цикл перемагничивания, определяемые по площади петли гистерезиса.

Потери на гистерезис Pr, Дж/м2, в единице объема вещества (удельные потери) за один цикл перемагничивания определяются:

При перемагничивании материала с частотой f мощность потерь на гистерезис на единицу массы определится по формуле:

Наиболее удачная эмпирическая формула Штеймеца для симметричного цикла. Потери на гистерезис:

Потери на гистерезис зависят от ряда факторов: состава и примесей, технологии изготовления (давление, термообработка), температуры и механических напряжений.

5. Энергия намагниченного тела. Если учесть кривую размагничивания, магнитной энергии и коэффициент возврата, можем показать, что магнитная энергия единицы объема межполюсного пространства (

H2) пропорциональна ВН, т.е. пропорциональна магнитной энергии единицы объема магнитного материала, и тем больше, чем меньше объем воздушного зазора при данном объеме магнитного образца.

Кроме петли гистерезиса, вершины которой соответствуют основной кривой намагничивания, часто рассматривают так называемые частные петли гистерезиса, вершины которых не лежат на основной кривой (на рис. 10 заштрихованные).

Источник

Основные характеристики магнитных материалов

Магнитные материалы — это материалы, которые под действием внешнего магнитного поля способны намагничиваться, т.е. приобретать особые магнитные свойства.

Основные характеристики магнитных материалов:

— магнитная проницаемость — величина, определяющая способность материала к намагничиванию. Между абсолютной магнитной проницаемостью μ_а Гн/м, и относительной магнитной проницаемостью μ (безразмерная величина) существует соотношение

— индукция насыщения Bs, Тл;

— остаточная магнитная индукция Вr Тл, т.е. индукция в веществе при напряженности магнитного поля, равной нулю;

— коэрцитивная сила Нс, А/м, — напряженность магнитного поля, при которой магнитная индукция становится равной нулю;

— коэффициент прямоугольности a_п петли гистерезиса, характеризующий степень прямоугольности предельной гистерезисной петли. Определяется отношением

где В_max — максимальная магнитная индукция;

8.1. Определите абсолютную магнитную проницаемость пермаллоя, если относительная магнитная проницаемость этого материала μ = 6000.

8.2. Вставьте пропущенные слова:

— Поведение магнитного материала в магнитном поле характеризуется начальной кривой. ______________________________________________

— Для размагничивания образца материала надо, чтобы вектор напряженности магнитного поля изменил свое направление на___________

— Чем больше a_п, тем более ___________________гистерезисная петля.

— При воздействии на материал переменного магнитного поля получают ___________кривую намагничивания и _____________петлю гистерезиса.

Выберите правильный ответ

8.3. Свойства магнитных материалов оценивают с помощью:

A. Магнитных параметров;

B. Магнитных характеристик;

C. Магнитных величин;

D. Магнитных зависимостей.

8.4. Чем больше величина магнитной проницаемости μ, тем материал:

A. Легче намагничивается;

B. Труднее намагничивается;

C. Легче перемагничивается;

D. Свойства намагничивания материала не зависят от величины ц.

8.5. Потери энергии на вихревые токи Рв зависят:

A. От величины остаточной магнитной индукции В_r;

B. От величины коэрцитивной силы Нс;

C. От удельного электрического сопротивления r магнитного материала;

D. От параметра, который не указан в предыдущих ответах.

8.6. При увеличении остаточной магнитной индукции В_r, магнитные свойства материала ведут себя следующим образом:

8.7. Магнитная проницаемость μ в большей степени зависит:

A. От величины магнитной индукции;

B. От напряженности магнитного поля;

C. От удельной объемной магнитной энергии;

D. От внутренних свойств самого материала.

8.8. Для размагничивания образца материала необходимо:

A. Чтобы магнитная индукция В достигла нуля;

B. Чтобы вектор напряженности магнитного поля Н изменил свое направление на обратное;

C. Чтобы магнитная индукция В и напряженность магнитного поля Н материала достигли нуля.

Магнитотвердые материалы

Магнитотвердые материалы обладают большой коэрцитивной силой (Н_с > >40 А/м) и большой остаточной индукцией (В_r > 0,1 Тл).

Они с большим трудом намагничиваются, а будучи намагниченными, могут несколько лет сохранять магнитную энергию, т.е. служить источниками постоянного магнитного поля.

Основными характеристиками магнитотвердых материалов являются коэрцитивная сила Н_с, остаточная индукция В_r и отдаваемая во внешнее пространство максимальная удельная магнитная энергия w_max.

Выберите правильный ответ

8.9. Магнитная проницаемость μ магнитотвердых материалов:

A. Значительно больше, чем у магнитомягких материалов;

B. Значительно меньше, чем у магнитомягких материалов;

C. Не зависит от типа материала.

8.10. У любого постоянного магнита с течением времени уменьшается магнитный поток, а следовательно, и удельная магнитная энергия. Этот процесс называется:

A. Дестабилизацией магнитных параметров;

B. Дисперсионным твердением;

C. Старением магнита;

D. Все ответы верны.

8.11. Для стабилизации магнитных характеристик все магниты подвергаются:

A. Дисперсионному твердению;

B. Искусственному старению;

C. Термомагнитной обработке;

D. Всем перечисленным процессам.

8.12. При оценке качества магнитотвердых материалов учитывают:

B. Остаточную магнитную индукцию В_r,

C. Максимальную удельную магнитную энергию w_max;

D. Все перечисленные параметры.

8.13. Чем «тверже» магнитный материал:

A. Тем выше его коэрцитивная сила Н_с;

B. Тем больше его остаточная магнитная индукция В_r;

C. Тем меньше его магнитная проницаемость μ;

D. Все ответы верны.

8.14. Уровень магнитных характеристик у сплавов с содержанием кобальта 15% и более, можно повысить:

A. Термомагнитной обработкой отлитых магнитов;

B. Дисперсионным твердением;

C. Искусственным старением;

D. Всеми перечисленными способами;

E. Способом, не указанным в предыдущих ответах.

8.17. Вставьте пропущенные слова

— Металлические магнитотвердые материалы можно разделить на три основные группы:____________ ________________ __________________;

— Металлические магнитотвердые материалы применяют главным образом для изготовления________________________________________.

— Магнитотвердым материалам соответствует __________гистерезисная петля.

— Мартенситная структура в высокоуглеродистых сталях получается посредством их_________________________________________________.

— Порошковые магнитотвердые материалы применяют для изготовления __________________________________________________.

— Порошковые магнитотвердые материалы подразделяют на металлокерамические, металлопластические, __________и _____________.

8.18. Расшифруйте марки железо-никель-алюминиевых сплавов ЮНД8, ЮНДК15, ЮН13ДК24, ЮНДК34ТБ, ЮНДК35Т5.

8.19. Заполните табл. 8.1.

Ответьте на вопросы

8.20. Каким требованиям должны отвечать магнитные материалы для носителей информации?

8.21. Что представляют собой жидкие магниты и где их применяют?

8.22. Как классифицируют магнитотвердые материалы по составу и способу получения?

8.23. В каком случае повторное намагничивание не устраняет необратимое старение?

Магнитомягкие материалы

Магнитомягкие материалы обладают большими начальным и максимальным значениями магнитной проницаемости и малыми значениями коэрцитивной силы (Н_с

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Источник

Основные характеристики магнитных материалов

Представление об основных характеристиках магнитных материалов – ферромагнетиков и ферримагнетиков – дают кривые намагничивания (рис. 10.12).

Кривая намагничивания материала – это графическое изображение зависимости магнитной индукции В от напряженности внешнего магнитного поля Н, обе эти величины имеют одинаковый физический смысл, одинаковую размерность – тесла и определяют направление и величину магнитного поля.

При приложении внешнего магнитного поля намагниченность материала возрастает как за счет увеличения напряженности поля H, так и за счет увеличения собственной намагниченности материала I, т.е. , где – магнитная проницаемость вакуума.

На кривой намагничивания выделяют начальную кривую намагничивания 0АС. Этот участок характеризует процесс намагничивания материала, суммарный магнитный момент которого при отсутствии внешнего магнитного поля был равен нулю (точка 0) вследствие хаотичного расположения доменов. Увеличение магнитной индукции В под действием внешнего магнитного поля H происходит за счет ориентации доменов в направлении этого поля. Магнитная индукция В достигает своего предела (насыщения), когда все магнитные моменты доменов сориентированы по направлению внешнего поля. Ордината точки С, в которой заканчивается начальная кривая намагничивания, соответствует индукции насыщения ,

При достижении намагниченности насыщения магнитная индукция может увеличиваться только за счет повышения напряженности поля.

При уменьшении напряженности H (размагничивании) магнитная индукция также уменьшается, но по кривой, которая не совпадает с начальной кривой намагничивания. После снятия внешнего магнитного поля, т.е. когда его напряженность станет равной нулю (H = 0), ферромагнетик не размагничивается окончательно, в нем сохраняется остаточная магнитная индукция (остаточное намагничивание). Для окончательного размагничивания необходимо изменить направление внешнего магнитного поля на противоположное (-H). Напряженность этого поля, вызывающая полное размагничивание, называется коэрцитивной силой ().

Рис. 10.12. Кривая намагничивания (петля гистерезиса) ферромагнетика

При дальнейшем намагничивании материала в противоположном (первоначальному) направлении его намагниченность достигает насыщения (). При последующем изменении направления магнитного поля в первоначальном направлении индукция будет вновь увеличиваться до величины насыщения ().

Таким образом, зависимость магнитной индукции от напряженности внешнего ноля представляет собой замкнутую петлю, которую называют предельной (статической) петлей гистерезиса (см. рис. 10.12).

Предельная петля гистерезиса является важной характеристикой, по которой количественно определяются основные параметры магнитных материалов.

Основными магнитными характеристиками материала являются:

– магнитная проницаемость (относительная магнитная проницаемость) – µ, определяет способность материала к намагничиванию. Магнитная проницаемость – переменная величина, зависящая от напряженности внешнего поля Я, ее можно определить для любой точки но кривой намагничивания: .

Начальную () и максимальную () магнитную проницаемость определяют по начальной кривой намагничивания (см. рис. 10.12). Чем выше значения и материала, тем легче он намагничивается;

Источник