Л е к ц і я 7

Магнітні матеріали

План лекції.

1. Загальні відомості.

2. Основні характеристики магнітних матеріалів.

3. Класифікація магнітних матеріалів.

4. Магнітом’які матеріали.

5. Магнітотверді матеріали.

6. Ферити.

Література: 1. 199-228; 2. ст.107-114; 3 cт.310-346; 4. ст.65-69; 5. ст. 85-111; 6. ст. 245-273.

1 Загальні відомості

Всі матеріали в природі, при внесенні їх в магнітне поле, в тій чи іншій мірі володіють магнітними властивостями, які зумовлені внутрішніми формами руху електричних зарядів (див. лекцію 1).

Магнітне поле в матеріалі створюють рухомі електричні заряди – електрони. Рух електрона по орбіті навколо атомного ядра приводить до виникнення орбітального магнітного моменту. Рух електрона навколо своєї осі, який називається «спином електрона» приводить до виникнення спинового магнітного моменту. Орбітальний та спиновий магнітні моменти в сумі утворюють магнітний момент атома.

Орбітальні магнітні моменти практично не приймають участі в явищі намагнічування. Елементарними носіями магнетизму матеріалу є спинові магнітні моменти.

Так як електрони із правим і лівим обертанням мають різний напрям магнітних моментів, то сумарний магнітний момент атома може бути рівний нулю або відрізнятися від нього. Матеріали із різною електронною структурою атомів мають різні магнітні властивості.

Сила взаємодії речовини (матеріалу) із зовнішнім магнітним полем оцінюється безрозмірною величиною – магнітною сприйнятливістю:

(7.1)

де М – намагніченість речовини під впливом магнітного поля, А/м;

Н – напруженість зовнішнього магнітного поля, А/м.

В залежності від знаку та величини магнітної сприйнятливості k_m усі матеріали діляться на діамагнетики (k_m  0), парамагнетики (k_m  0), феромагнетики та феримагнетики (k_m  1), антиферомагнетики (k_m  0 ).

Діамагнетики, парамагнетики та антиферомагнетики відносяться до слабомагнітних матеріалів, а феромагнетики та феримагнетики до сильномагнітних матеріалів.

Практичне застосування в електротехніці найшли матеріали із сильномагнітними властивостями – матеріали, які під дією зовнішнього магнітного поля здатні намагнічуватися, тобто набувати особливих магнітних властивостей. Саме ці матеріали ми і будемо далі називати магнітними.

Основні магнітні матеріали:

феромагнетики – залізо, нікель, кобальт, сплави на основі хрому і марганцю та сплави на основі заліза;

ферримагнетики – сполуки оксиду заліза із оксидами інших металів.

Явище феромагнетизму пов’язано із утворенням всередині матеріалу, нижче певної температури (нижче точки Кюрі), таких кристалічних структур, при яких в межах макроскопічних областей (доменів), електронні спини орієнтовані паралельно один до одного і мають однаковий напрямок.

Із сказаного слідує, що у феромагнітних речовин існують спонтанно намагнічені області ще до прикладання зовнішнього магнітного поля (рисунок 7.1). Ці намагнічені області (домени) мають різні напрямки магнітних моментів. Магнітний потік такого тіла у просторі буде дорівнювати нулю.

Також особливістю феромагнітних матеріалів є те, що їх кристали характеризуються магнітною анізотропією, яка проявляється у тому, що вони по різному намагнічуються уподовж різних осей.

Рисунок 7.1 – Фрагмент феромагнетику із спонтанно намагніченими областями (доменами)

У випадках, коли анізотропія в полікристалічних магнетиках виражена досить сильно, говорять, що феромагнетик має магнітну текстуру.

Одержання заданої магнітної текстури магнітного матеріалу має велике значення і широко використовується в електротехніці для створення магнітних виробів із підвищеними магнітними характеристиками у заданому напрямі.

Властивості магнітних матеріалів оцінюються за допомогою величин, які називаються магнітними характеристиками.