2.1.6. Магнітне поле
Коли струм проходить через котушку, котра є навитою на осерді, то виникає магніторушійна сила Um, яка спричиняє появу магнітного потоку Ф в ньому. Значення цього потоку залежить від магнітного опору осердя Rm. Магнітний опір осердя Rm можна прирівняти до «магнітного опору» за аналогією із законом Ома U=I·R
Um=Ф·Rm, (2.9)
Одиницею магніторушійної сили є Ампер·виток (А·вит) N·І, але виражається вона в А, оскільки виток є безрозмірною величиною. Одиницею магнітного потоку є Вебер (Вб).
Якщо магніторушійну силу віднести до ефективного значення довжини магнітної лінії lе в метрах, то отримаємо напруженість магнітного поля Н в А/м
Н=N·І/lе. (2.10)
Напруженість магнітного поля дорівнює добутку кількості витків і струму, поділеному на ефективну довжину шляху потоку. Належить зауважити, що ця ефективна довжина не дорівнює фізичній довжині осердя.
Густина магнітного потоку В називається індукцією – це потік Ф, поділений на ефективну площу магнітної поверхні Ае
В=Ф/Ае. (2.11)
Густина потоку В має одиницю Тесла Тл: 1 Тл=1 Вб/м2.
Крива гістерезису (петля В/H) (рис. 2.5) показує залежність індукції В
Р
ис.
2.5 – Крива гістерезису
матеріалу від напруженості магнітного поля Н. У феромагнітному матеріалі в стані спокою магнітні домени є невпорядкованими, випадково поскладаними у різному порядку. В цілому об’ємі їх сумарна магнітна дія компенсується. Коли уводиться зовнішнє магнітне поле, молекулярні магнітні домени повернуться в такому напрямку, щоб він був ідентичний з магнітним потоком. Чим вища є напруженість магнітного поля Н, тим більше магнітних доменів буде в такий спосіб повернуто. Коли всі частки, тобто магнітні домени будуть скеровані в тому самому напрямку, матеріал увійде в стан насичення ВS і не можна буде досягнути більшої індукції (густоти потоку), навіть тоді, коли додатково збільшити напруженість магнітного поля Н. Коли зменшити напруженість магнітного поля, то магнітна крива не повертається попереднім шляхом, оскільки частина магнітних доменів не повертається до свого попереднього положення. Коли напруженість магнітного поля дорівнює нулеві Н=0, то надалі існує певний потік в матеріалі. Ця індукція називається залишковою магнітною індукцією Вr. З метою зведення магнітного потоку в осерді до нуля, слід створити напруженість магнітного поля, скеровану в протилежному напрямку. Ця напруженість магнітного поля називається коерцитивною силою НС.
2.1.7. Магнітна проникність
Формула, в якій подана залежність індукції В і напруженості магнітного поля Н
В=μ·Н, (2.12)
де μ - магнітна проникність, для порівняння можлива аналогія до «магнітної провідності».
В графічному трактуванні, магнітна проникність - це нахил кривої гістерезису. Магнітна проникність є широким визначенням і в принципі дорівнює добутку μ0·μr, де μ0 - є проникністю вакууму, а μr - умовна проникність по відношенню до μ0. Наприклад, якщо μr=100, то це означає що магнітна проникність магнітного матеріалу є у 100 разів більшою від магнітної проникності вакууму. Із врахуванням сказаного залежність індукції від напруженості магнітного поля можна подати виразом
В=μ0·μr·Н, (2.13)
де μ0 – магнітна проникність вакууму μ0=4π·10-7 Гн/м.
В закритому магнітному колі, такому як тороїд, μr називається початковою проникністю або проникністю тороїду μtor. Вона має велике значення тільки при малій густині потоку (В<0,1 мТ). Проникність μі виробники найчастіше подають в специфікації до магнітного матеріалу.
В магнітному колі з повітряною щілиною проникність μr називається ефективною проникністю μе. Залежність між μе і μі описується формулою:
μе=μі/(1+(G/lе·μі)), (2.14)
де G - ширина щілини; lе - довжина магнітного шляху.
З огляду на той факт, що проникність матеріалу не є лінійною функцією індукції В і напруженості Н, то мова йде про різні види проникності.
Амплітудна проникність μа - це проникність для випадку проходження через котушку виключно змінного струму. Вже при значеннях індукції декілька мТл, може виникнути велике відхилення від значень μі. Вона є найбільшою поблизу індукції насичення ВS, де її значення може бути у 2-3 рази більшим, ніж μі. Проникність змінюється залежно від напруженості поля.
Реверсивна проникність або диференціальна μΔ з’являється тоді, коли одночасно є стала і змінна складові струму, наприклад, в осерді фільтра перетворювача. В цьому випадку проникність змінюється в залежності від напруженості магнітного поля. В залізних осердях спричиняє проникність зростає до значень напруженості магнітного поля 10000 А/м, у той час, як ферити вже при значеннях напруженості декілька сотень А/м вже входять в стан насичення і практично втрачають проникність.