2.2 Властивості феромагнітних матеріалів

За значенням абсолютної магнітної проникності _a речовини поділяють на: діамагнітні – _a < 1 (полімерні матеріали, срібло, мідь), парамагнітні – _a > 1 (платина, алюміній, повітря) і феромагнітні – _a >> 1 (залізо, кобальт, нікель, ферити).

Феромагнетики є основним матеріалом, який використовують для виготовлення магнітопроводів сучасного електротехнічного обладнання. Це обумовлено тим, що крім великої магнітної проникності _а, яка в десятки, а то і сотні тисяч разів може перебільшувати магнітну проникність вакууму ₀, ці матеріали мають здатність добре намагнічуватися і, тим самим, ставати джерелами магнітного поля. Так наприклад, якщо МРС, яку збуджує котушка зі струмом відносно мала, то при введені у цю котушку феромагнітного осердя, магнітна проникність якого _а, МРС підсилюється приблизно в  = _а/₀ разів.

Для розрахунку магнітних кіл складених із феромагнітних матеріалів використовують криві намагнічування – залежності В(Н). Враховуючи, що для абсолютної більшості цих матеріалів криву намагнічування складно точно описати аналітично, то у довідниковій літературі залежності В від Н звичайно наводять у вигляді таблиць або графіків (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Крива намагнічування феромагнітного матеріалу.

Залежність В(Н), побудовану при безперервному збільшені В і Н від нуля, тобто при відсутності у речовини залишкової намагніченності, називають початковою кривою намагнічування (крива 1). З рис. 2.4 видно, що зі збільшенням напруженості магнітного поля індукція (намагніченість) матеріалу збільшується. Разом з тим, при Н > Н_с подальше зростання В практично не відбувається. Стан матеріалу намагніченого до В  В_с називають магнітним насиченням матеріалу.

При періодичному намагнічуванні феромагнетику до стану насичення, то в одному, то в іншому напрямках процес відбувається за так званою граничною гістерезисною петлею. При періодичному намагнічуванні до В < В_с отримують сімейство гістерезисних петель (на рис. не показані) розташованих у межах граничної петлі.

Площа гістерезисної петлі є пропорційною енергії, яка витрачається за один цикл на перемагнічування одиниці об’єму матеріалу. Координати точок перетину граничної петлі гистерезису з віссю ординат В_r і віссю абсцис Н_r називають, відповідно, залишковим намагнічуванням і коерцитивною силою.

Залежно від значення Н_r, тобто ширини гістерезисної петлі, феромагнітні матеріали умовно поділяють на магнітом’які (Н_r < 4, кA/м – вузька петля гистерезису) і магнітотверді (Н_r > 4, кA/м – широка гістерезисна петля). Оскільки втрати енергії на перемагнічування магнітом’яких матеріалів (технічне залізо, електротехнічні сталі, залізонікелеві сплави, чавуни) відносно малі, то такі матеріали використовують для виготовлення електромагнітних пристроїв, які працюють зі змінною МРС. Магнітотверді матеріали (вуглецеві, кобальтові, вольфрамові та хромові сталі) використовують для виготовлення постійних магнітів.

Слід відмітити, що під дією магнітного поля феромагнітні матеріали змінюють свої геометричні розміри (це явище називають магнітострикцією), а при стиснені або розтягуванні здатні намагнічуватися. Зі збільшенням температури магнітна проникність феромагнетиків зменшується і для кожного з матеріалів є така критична температура (точка Кюрі) при якій матеріал втрачає свої феромагнітні властивості.