Ферромагнитные материалы. Намагничивание и перемагничивание ферромагнетиков.
Ферромагнитные материалы обладают большой магнитной проницаемостью. К ним относятся железо, никель, кобальт и их сплавы.
По мере увеличения тока намагничивания, а значит и напряженности, происходит быстрое пропорциональное нарастание магнитной индукции.
Затем происходит замедление роста индукции (так называемое колено кривой) и наступает магнитное насыщение, при котором дальнейшее увеличение напряженности практически не влияет на рост индукции.
Нелинейная зависимость В = ƒ (Н) показывает, что магнитная проницаемость любого ферромагнетика μа непостоянна и зависит от напряженности магнитного поля.
При работе в цепях переменного тока происходит периодическое перемагничивание ферромагнетика.
Так как в данных цепях происходит постоянное изменение величины и направления тока, то вместе с ним такие же изменения происходят и с напряженностью.
На начальном этапе намагничивания при увеличении напряженности Н магнитная индукция В достигает максимального значения +Вм.. При уменьшении Н до нуля (участок АБ) магнитная индукция В уменьшается, но
остается достаточно большой (отрезок ОБ).
При изменении направления тока, а значит и напряженности поля, происходит дальнейшее уменьшение магнитной индукции до нулевого значения В = 0.
При этом значение напряженности доходит до значения –Нс , называемого коэрцитивной силой (отрезок ОГ). При дальнейшем увеличении Н обратного направления магнитная индукция достигает максимального значения –Вм. Далее уменьшая Н до нуля, получим уменьшение В до значения остаточной индукции (отрезок ОЕ). Наконец, изменив еще раз направление Н и увеличив её снова, получим индукцию +Вм.Таким образом, при циклическом перемагничивании ферромагнетика эависимость В = ƒ (Н) графически представляется замкнутой кривой, называемой симметричной петлей гистерезиса.
Гистерезис (от греч. запаздывание) – явление запаздывания изменения магнитной индукции относительно изменения напряженности поля при перемагничивании ферромагнетика.
Гистерезис показывает, что магнитная индукция зависит не только от напряженности поля, но и от предварительного намагничивания ферромагнитного материала.
Перемагничивание вызывает нагрев, что связано с потерями энергии от гистерезиса. Площадь петли гистерезиса пропорциональна энергии, затраченной на один цикл перемагничивания.
Мощность удельных потерь от гистерезиса, выраженная в ваттах на килограмм массы сердечника, зависит от сорта стали, магнитной индукции и циклов перемагничивания стали в секунду (т. е. от частоты переменного тока ƒ в обмотке электромагнита).
Ферромагнитные материалы делятся:
магнитомягкие
магнитотвердые
Магнитомягкие материалы обладают высокой магнитной проницаемостью, малой коэрцитивной силой и малыми удельными потерями. К этой группе относятся:
техническое железо, низкоуглеродистые стали, чугун – применяются для изготовления магнитопроводов, работающих в постоянных магнитных полях.
Листовые электротехнические стали применяются при постоянном и переменном токе высоких, низких и промышленных частот, при необходимости иметь малые потери от гистерезиса и вихревых токов, высокую магнитную проницаемость
Пермаллой – сплав железа, никеля и других элементов – обладают высокой магнитной проницаемостью в слабых магнитных полях.
Ферриты – получают керамическим методом из смеси мелких порошков окислов железа, цинка. никеля и других элементов. Имеют большое удельное сопротивление и малые потери на вихревые токи, что позволяет применять их при высокой частоте. Разнообразны по свойствам (магнитомягкие и – твердые, с прямоугольной петлей гистерезиса и др.).
Магнитодиэлектрики – получают из смеси ферромагнитного порошка с диэлектриком (поливинилхлоридом, полиэтиленом).
Ферриты и магнитодиэлектрики применяются для изготовления сердечников трансформаторов, аппаратуры проводной и радиосвязи, в автоматике.
Магнитотвердые материалы – характеризуются большой коэрцитивной силой, большой остаточной индукцией и поэтому используются для изготовления постоянных магнитов самого различного назначения. К этим материалам относятся: углеродистые, вольфрамовые, хромистые, кобальтовые стали; сплавы с различным содержанием железа, кобальта, никеля, кремния, известные под названиями альни, альниси, альнико, магнико и др., обладающие лучшими магнитными свойствами. Металлокерамические магниты получаются спеканием порошков из сплавов альни и альнико.