Основные показатели свойств магнитных материалов

Основным показателем свойств магнитных материалов является их относительная магнитная проницаемость, которая определяется выражением:

,

где В — магнитная индукция, Тл,

Н — напряженность магнитного поля, А/м,

μ₀ — магнитная постоянная, равная 4π10^-7 Гн/м.

Другим важным показателем физических свойств магнитных материалов является магнитная восприимчивость , которая связана с относительной магнитной проницаемостью выражением:

.

Важным показателем свойств является точка (температура) Кюри, при нагреве до которой магнитные материалы переходят в парамагнитное состояние.

Магнитное насыщение характеризуется индукцией насыщения В_max. Часто она определяется как значение магнитной индукции, после которой при увеличении напряженности поля в 2 раза наблюдается прирост индукции не более 5%.

Остаточная индукция В_r — это магнитная индукция при нулевой напряженности магнитного поля после предшествующего намагничивания до индукции насыщения.

Коэрцитивная сила по магнитной индукции H_c — это напряженность магнитного поля, которая необходима, чтобы после предшествующего намагничивания до насыщения магнитная индукция упала до нуля.

Остаточная индукция и коэрцитивная сила определяются по предельной петле гистерезиса. Эти показатели свойств указываются как для магнитомягких, так и для магнитотвердых материалов.

Процесс намагничивания магнитных материалов

Магнитным гистерезисом называется явление отставания изменений намагниченности или магнитной индукции от вызывающих эти изменения изменений напряженности магнитного поля.

Рисунок 47 – Петля магнитного гистерезиса

Если начать намагничивать ненамагниченный образец магнитного материала, то при непрерывном возрастании напряженности магнитного поля H магнитная индукция образца В увеличивается, пока не достигнет значения индукции насыщения B_max (рис. 47, участок 0-1). Если после этого уменьшать напряженность магнитного поля Н, индукция В уменьшится, но отдельным значениям Н при уменьшении будут соответствовать уже другие, большие значения В. Это означает, что кривые В=f(H) при увеличении и при уменьшении Н не тождественны. При уменьшении Н до нуля в образце остается остаточная индукция В_r. Если направление поля изменить на противоположное и начать его увеличивать, то при Н=-H_с индукция В уменьшится до нуля. В этом случае величина H_с называется коэрцитивной силой по индукции. При дальнейшем возрастании поля в обратном направлении образец будет намагничиваться в обратном направлении, пока при значении напряженности минус Н_max индукция не достигнет значения минус B_max. При последующем уменьшении поля индукция снова будет уменьшаться, причем ее значения будут отличаться от соответствующих значений индукции при увеличении поля. При H=0 снова остается остаточная индукция минус В_r. Для ее исчезновения необходимо снова изменить направление поля и увеличить его до H=H_с. При дальнейшем увеличении Н до H_max, значения B увеличатся до B_max.

Кривая изменения индукции при изменении напряженности магнитного поля H от + H_max до – H_max и обратно называется предельной петлей магнитного гистерезиса. Она является важной характеристикой магнитного материала, так как на ее основе определяются важные показатели свойств материала - коэрцитивная сила Н_с и остаточная индукция В_r.

Вследствие магнитного гистерезиса одному значению напряженности магнитного поля соответствует бесконечное множество значений намагниченности или магнитной индукции, которые зависят не только от напряженности магнитного поля, но и от предыстории намагничивания образца.

Если при циклическом перемагничивании значения Н не достигают H_max, явление гистерезиса становится более сложным и в этом случае петля гистерезиса не всегда бывает замкнутой и симметричной. Для получения симметричной кривой обычно бывает необходимо около 10 циклов перемагничивания.

Явление магнитного гистерезиса в некоторых случаях является нежелательным, например, в магнитопроводах трансформаторов, так как оно вызывает большие потери. Во многих случаях, однако, они используется, например, в постоянных магнитах, в магнитных запоминающих устройствах и т. п.

Физической причиной явления магнитного гистерезиса является то, что доменная структура магнитного материала зависит от напряженности внешнего магнитного поля. Изменения в доменной структуре осуществляются путем перемещения доменных границ, что требует определенных энергии и времени. При циклическом перемагничивании перемещения доменных границ не успевают происходить одновременно с изменениями напряженности магнитного поля. Часть этих перемещений необратима, т.е. изменения остаются и после того, как напряженность магнитного поля исчезает. Это является причиной возникновения остаточной намагниченности.