Раздел V

Магнитные материалы.

§ 68. Основные характеристики магнитных материалов.

К магнитным материалам относятся железо, кобальт и ни­кель в технически чистом виде и многочисленные сплавы на их основе. Наибольшее распространение получили технически чис­тое железо, стали и сплавы на основе никеля и железа. Такие материалы называются ферромагнитными, или ферромагнети­ками, так как железо является основой всякого магнитного ма­териала.

Отличительной чертой всех ферромагнитных материалов яв­ляется их способность намагничиваться в магнитных полях. Обычно говорят, что они намагничиваются во внешнем магнит­ном поле. Таким полем может быть поле, создаваемое электри­ческим током, или поле другого магнита. В результате намагни­чивания в ферромагнитном материале возникает магнитный по­ток, измеряемый в веберах (Вб).

Состояние намагниченности магнитных материалов принято определять магнитным потоком, проходящим через один .квад­ратный метр площади поперечного сечения магнитного ма­териала. Эта величина магнитного потока называется магнитной индукцией. Она обозначается буквой В и измеряется в тесла (Тл) = Вб/м². Магнитную индукцию выражают также в гауссах (Гс). Соотношение этих двух единиц: 1 Тл =10^⁶ Гс. Иногда поль­зуются дробной единицей тесла (Вб/см²). Величина магнитной индукции следующим образом зависит от напряженности магнитного поля Н и магнитной проницаемости материала μ_а;

В = μ_аН Тл, (формула №12) где μ_а = μ₀ μ - абсолютная магнитная проницаемость ферро­магнитного

материала, измеряемая в Гн/м;

μ₀ — магнитная постоянная, причем μ₀ = 4π • 10¯ ⁷Гн/м;

μ — относительная магнитная проницаемость — ве­личина безразмерная.

Эта характеристика ши­роко применяется для оценки свойств магнит­ных материалов. В дальнейшем будем называть μ магнитной проницаемостью.

В формуле (12) величина напряженности Н магнитного по­ля измеряется в амперах на метр (А/м). Часто пользуются дроб­ной единицей А/см.

Из формулы видно, что чем больше магнитная проницае­мость, тем лучше намагничивается магнитный материал.

Напряженность магнитного поля иногда выражают в эрсте­дах (э). Соотношение этих двух единиц измерения напряжен­ности магнитного поля равно

1 А/см — 1,256 э.

Если напряженность магнитного поля плавно увеличивать от нуля до Н, то магнитная индукция В помещенного в это поле материала будет возрастать по кривой, называемой кривой пер­воначального намагничивания, приведенной на рис. 169.

Рис.169. Кривая зависимости магнитной индукции от величины напряженности магнитного поля(В – гс, Н – а/см). .

Рис.170. Кривая зависимости магнитной проницаемости от величины

напряженности магнитного поля.

Такие графики для ферромагнитных материалов имеют оди­наковый вид. Из графика видно, что магнитная индукция В вна­чале быстро возрастает, затем при больших напряженностях Н рост индукции снижается, а начиная с величины ее В_$ почти не изменяется. Эта величина индукции, характерная для всех маг­нитных материалов, получила название магнитная индукция на­сыщения.

График зависимости магнитной проницаемости μ от величи­ны напряженности магнитного поля Н для всех ферромагнети­ков имеет тоже одинаковый вид (рис.170).

Если напряженность магнитного поля Н близка к нулевому значению, то величина μ называется начальной магнитной про­ницаемостью и обозначается . При увеличении напряженности поля магнитная проницаемость быстро возрастает и достигает наибольшего значения μ_м, а затем уменьшается. Величины являются характеристиками магнитных материалов. Они по­казывают способность материала намагничиваться.

Во всех ферромагнитных ма­териалах наблюдается явление, которое известно под названием магнитного гистерезиса¹. Оно проявляется при намагничивании материала сначала в одном, а за­тем в противоположном направ­лении (рис.171 ).

Рис. 171. Начальная кривая намагничивания и петля гистерезиса.

Если магнитный материал подвергнуть намагни­чиванию, непрерывно повышая напряженность магнитного поля Н, то магнитная индукция В будет возрастать по кривой начального намагничивания. На рис.171 эта кривая выходит из точки О и заканчивается в точке, соответ­ствующей индукции насыщения . При уменьшении напряжен­ности Н значения индукции В будут понижаться. Однако они не будут совпадать с прежними величинами В, а будут заметно пре­восходить их. Поэтому, когда напряженность поля станет равной пулю (Н = 0), индукция не будет равна нулю, а будет равна какой-то величине .

Эта индукция называется остаточной магнитной индук­цией.

Дальнейшее размагничивание материала осуществляют уве­личением напряженности магнитного поля противоположного направления — Н. Напряженность поля, при которой индукция станет равной нулю, называется коэрцитивной силой Н_с. Если после этой точки магнитный материал намагничивать в проти­воположном направлении, то он достигнет индукции насыще­ния противоположного направления. Дальнейшее изменение

напряженности поля до Н = 0 и новое намагничивание в перво­начальном направлении дает повторение хода кривой, образуя замкнутую петлю. Она называется петлей гистерезиса. Площадь этой петли пропорциональна потерям энергии на перемагничивание Р_Г (гистерезис) данного магнитного материала.