3 Особенности испытаний и измерений магнитных параметров
Как уже было сказано в заключении к главе 1, одной из проблем системы сертификации магнитных материалов является несовершенство терминологической базы. Проиллюстрировать недостатки терминологии можно на примере термина «магнитный материал». Согласно ГОСТ 19693-74 [54], «магнитный материал – материал, обладающий свойствами ферромагнетика или ферримагнетика». В свою очередь и ферромагнетик, и ферримагнетик по данному документу являются кристаллическими веществами. Однако известно, что наиболее новыми и перспективными магнитными материалами являются аморфные, которые не имеют кристаллического строения.
3.1 Основные параметры магнитных материалов. Термины и определения в области магнитных материалов и измерений
Основным документом, устанавливающим терминологию в области магнитных материалов, является ГОСТ 19693-74 [54]. Дальнейшее изложение, в основном, учитывает требования этого документа, однако в ряде случаев, даны определения, которые, по мнению авторов, более полно отвечают практике измерений, в том числе описанные в научной литературе [55].
Магнетизм, как наука, описывает совокупность явлений, определяемых взаимодействием между электрически заряженными движущимися объектами, между такими объектами и объектами, обладающими магнитным моментом, и между объектами, обладающими магнитным моментом. Для описания магнитного взаимодействия используется понятие магнитное поле – физическое поле, действующее на электрически заряженные движущиеся объекты и на объекты, обладающие магнитным моментом, и создаваемое любым из перечисленных объектов. Для описания магнитного поля в каждой точке пространства необходимо задать две из трех векторных величин:
магнитный момент M – вектор, характеризующий способность объектов создавать в окружающем пространстве магнитное поле и определяющее поведение таких объектов во внешнем магнитном поле. Для замкнутого контура с током модуль вектора магнитного момента равен произведению силы тока на площадь контура, а направление этого вектора совпадает с нормалью к плоскости контура;
магнитная индукция B – вектор, характеризующий магнитное поле и определяющий величину и направление сил, действующих в вакууме или материальной среде на электрически заряженные движущиеся объекты и на объекты, обладающие магнитным моментом. Модуль вектора магнитной индукции равен отношению действующей в магнитном поле на движущийся электрический заряд силы (силы Лоренца) к произведению электрического заряда на проекцию его скорости, перпендикулярной магнитному полю.
напряженность магнитного поля Н – вектор, характеризующий магнитное поле и определяющий величину и направление сил, действующих в вакууме на электрически заряженные движущиеся объекты и на объекты, обладающие магнитным моментом;
Для описания магнитных свойств материалов, состоящих из множества частиц, обладающих магнитным моментом, используется вектор намагниченности I – суммарный магнитный момент, отнесенный к единице объема V:
I = M / V, (3.1)
Взаимосвязь между напряженностью магнитного поля, магнитной индукцией и магнитным моментом определяется соотношением:
,
(3.2)
где 0 = 410–7 Гн/м – магнитная постоянная.
Применение магнитных материалов обусловлено их способностью определенным образом изменять свое состояние под действием внешнего магнитного поля. Для описания изменения магнитного состояния используются понятия намагничивание, размагничивание и перемагничивание. Эти процессы описываются значительным числом магнитных параметров, стандартизация которых, в конечном счете, способствует обеспечению единства измерений.
Намагничивание 4 – процесс, в результате которого под воздействием внешнего магнитного поля возрастает среднее по объему значение проекции вектора намагниченности магнитного материала на направление вектора напряженности внешнего магнитного поля. Размагничивание – процесс, в результате которого под воздействием внешнего магнитного поля уменьшается средняя по объему намагниченность магнитного материала. Перемагничивание – процесс, в результате которого под воздействием внешнего магнитного поля направление вектора намагниченности магнитного материала меняется на противоположное.
Кроме того, внешние магнитные поля можно разделить на постоянные и переменные, в том числе импульсные. В этой связи магнитные характеристики и параметры можно разделить на статические и динамические, т.е. полученные при воздействии постоянного внешнего магнитного поля и переменного (в том числе импульсного) внешнего магнитного поля.
Процессы изменения магнитного состояния материала удобно охарактеризовать основными характеристиками магнитного материала - кривой намагничивания и петлей магнитного гистерезиса. Возможно два способа отражения этих процессов – в координатах I(H) (намагниченность = f(напряженность магнитного поля)) или B(H) (магнитная индукция = f(напряженность магнитного поля)). Эти кривые связаны между собой соотношением (3.1). Необходимо отметить, что значительное число параметров магнитных материалов является параметрами, определяемыми кривой намагничивания и петлей гистерезиса, либо в статическом режиме, либо в динамическом, хотя для определения ряда из них построения самих кривых не требуется.