§ 69. Классификация магнитных материалов.

Описанные выше магнитные величины μ_а, μ_м, Н_с, В_г и В₃ являются основными магнитными характеристиками ферромаг­нитных материалов. Они позволяют оценить способность мате­риалов намагничиваться. Согласно их значениям можно распре­делить все ферромагнитные материалы на две главные группы.

Первую группу магнитных материалов составляют магнитно-мягкие материалы, т. е. такие ферромагнетики, которые пред­назначаются для работы в качестве магнитопроводов для пере­менного магнитного поля, создаваемого переменным электриче­ским током. Такие материалы должны иметь весьма малые по­тери на гистерезис и вихревые токи. Они должны обладать боль­шими величинами магнитной проницаемости μ_п и μ_м и в то же время иметь малую коэрцитивную силу Н_с и большую индукцию насыщения В_$. Наличие в них малой коэрцитивной силы Н_с и высокой индукции насыщения В_$ обусловливает узкую и высо­кую петлю гистерезиса. Эта петля и является характерным при­знаком всех материалов, входящих в данную группу. Магнитно-мягкие материалы легко перемагничиваются в переменном магнитном поле, поэтому из них изготовляют сердечники и магнитопроводы для электрических машин, трансформаторов и электромагнитов.

Вторую группу магнитных материалов составляют магнитно-твердые материалы. Они применяются для изготовления постоян­ных магнитов. Постоянные магниты будучи один раз намагни­чены, сохраняют состояние намагниченности в течение ряда лет. Для этих материалов характерными являются большая коэрци­тивная сила Н_с и большая остаточная индукция В_г. Петля гисте­резиса у таких материалов (рис. 172 ) очень широкая по сравне­нию с магнитно-мягкими материалами. Магнитно-твердые мате­риалы поэтому трудно перемагничиваются.

Физические процессы, протекающие в ферромагнитных ма­териалах при их намагничивании, весьма сложны. В упрощен­ном виде их можно описать следующим образом. Известно, что атомы состоят из электронов и ядер. Движение электронов по орбитам и вращение их вокруг своей оси может быть уподобле­но электрическому току. Электрический же ток, как известно, создает магнитное поле. Таким образом, движущиеся электроны атомов являются элементарными «магнитиками», которые, складываясь, создают общий магнитный момент атома, но магнит­ные моменты атомов направлены в материале хаотично и поэто­му их суммарный момент равен нулю.

Рис. 172. Верхняя часть петли гистерезиса для магнитно-твердого

материала альнико (В – Гс, Н – а/см)

Рис. 173. Верхние части петель гистерезиса:

1 – для пермаллоя, 2 – для чистого железа (В – Гс, Н – а/см)

Под действием же внешнего магнитного поля магнитные мо­менты атомов ориентируются в направлении этого поля. Чем выше напряженность Н внешнего магнитного поля, тем на больший угол повертываются магнитные моменты атомов. Такой по­ворот с повышением напряженности внешнего поля совершается непрерывно, пока все магнитные моменты атомов не выстроятся по полю. Это магнитное состояние ферромагнетика получило на­звание магнитного насыщения.

Магнитные свойства ферромагнитных материалов изменя­ются с изменением температуры. Обычно эти изменения изобра­жают в виде кривых, показывающих зависимость величин от­дельных магнитных характеристик от температуры. На рис.174. и приведены кривые зависимости магнитных характеристик (В_$, В_г, Н_с и μ_м) технически чистого железа от температуры.

Рис.174..Изменение остаточной индукции и индукции насыщения

технически чистого железа ( и —Гс) в зависимости от температуры.

На этих рисунках видно, что величины всех указанных харак­теристик около температуры 770°С резко падают до нуля.

Рис.175. Изменение максимальной магнитной проницаемости

и коэрцитивной силы технически чистого железа

в зависимости от температуры.

Это свидетельствует о том, что железо при температуре 770°С пере­стает быть ферромагнитным материалом. Эта температура назы­вается температурой Кюри¹ и обозначается . Каждый ферро­магнитный материал имеет свою температуру Кюри.

Так как магнитные характеристики ферромагнетиков при температуре Кюри имеют весьма малые значения, то при этой температуре и выше ее ферромагнетики не могут быть использованы в электротехнических устройствах. Зависимости разных магнитных характеристик ферромагнитных материалов от тем­пературы отличаются друг от друга по форме. На рис.175 и видно, что кривая магнитной индукции отлична от кривой коэр­цитивной силы. Кривая же зависимости для резко отличается от них тем, что с повышением температуры магнитная проницае­мость не падает, а нарастает, достигая вблизи температуры Кю­ри наибольшего значения, после чего она резко снижается.

Итак, магнитные свойства ферромагнитных материалов ко­личественно выражаются числовыми значениями их магнитных характеристик.

В табл.46. приведены характеристики основных ферромагне­тиков: железа, кобальта, никеля.

Таблица 46.

Магнитные характеристики основных ферромагнитных материалов

Материалы			,а/см	, гс	, гс	, °С
Железо Кобальт Никель	10 000 70 110	200 000 250 600	0,04 8,0 0,56	13 000 4900 4000	21 500 17 000 6100	770 1120 358