МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра МНЭ

отчет

по лабораторной работе №8

по дисциплине «Материалы электронной техники»

Тема: Исследование свойств металлических ферромагнитных материалов

Студентка гр. 9493		Старикова А.С.
Преподаватель		Марасина Л.А.

Санкт-Петербург

2021

Цель работы: исследование основных магнитных свойств электротехнической стали, железо-никелевого сплава (пермалоя) или нанокристаллического сплава на основе железа.

К ферромагнитным относят материалы с большой положительной магнитной восприимчивостью k_м, которая сильно зависит от напряженности магнитного поля H и температуры T. Ферромагнетикам присуща в интервале температур от 0 К до температуры Кюри Т_к спонтанная (самопроизвольная) намагниченность и их особые свойства обусловлены доменным строением.

Важнейшим свойством ферромагнетиков является нелинейная зависимость магнитной индукции В от напряженности внешнего магнитного поля Н. Эту зависимость называют начальной кривой намагничивания ферромагнетика, так как она снимается из размагниченного состояния при монотонном увеличении H.

Приняв во внимание, что B = μμ₀H, по начальной кривой намагничивания ферромагнетика строится зависимость статической магнитной проницаемости μ_ст от напряженности магнитного поля H. Величину статической магнитной проницаемости определяют по формуле μ_ст = B/(μ₀H), где μ₀ = 4π ∙ 10^-7 Гн/м – магнитная постоянная.

При увеличении напряженности магнитного поля магнитная проницаемость сначала растет, что связано с увеличением относительного изменения объемов соседних доменов за счет смещения доменных границ и за счет возрастания вклада процессов вращения векторов намагниченности. Далее она достигает максимального значения μ_max и затем уменьшается вследствие насыщения магнитной индукции.

Для металлических ферромагнетиков характерно уменьшение измеряемой величины магнитной проницаемости от частоты, наблюдаемое на достаточно низких частотах, когда инерционность процессов намагничивания еще не проявляется. Это объясняется размагничивающим действием вихревых токов.

Плотность потока, создаваемого вихревыми токами, максимальна в центре сердечника и равна нулю на поверхности его. Поэтому результирующая магнитная индукция убывает от поверхности вглубь сердечника.

Относя измеренный поток ко всему сечению сердечника, мы определяем некоторое эффективное значение индукции при данной частоте и соответствующее ему эффективное значение магнитной проницаемости μ_эф.

Наноструктурированные материалы характеризуются высокой магнитной проницаемостью в слабых магнитных полях, достигающей μ = 100000, малой коэрцитивной силой H_с, а значит, малыми потерями на перемагничивание, и высокой индукцией насыщения B_т. В сравнении с электротехнической сталью и пермаллоем в нанокристаллическом сплаве начало спада магнитной проницаемости происходит на более высокой частоте.

Протокол к лабораторной работе №8

Обработка результатов эксперимента.

1. Расчет значений U_x и U_y, используя масштабы осей осциллографа. Расчет напряженности и магнитной индукции в образце при R_т = 10; r_ср = 0,021м; w₁=100; w₂ = 1330; C_и = 10⁻⁶ Ф; R_и = 300 кОм; S = 1∙10⁻⁴ м^–2. Расчет статической магнитной проницаемости.

Пример расчета:

x, дел	Ux, В	Hm, А/м	y, дел	Uy, В	Bm, Тл
4	2	151,58	2,5	0,25	0,56	2939,92
3	1,5	113,68	2,2	0,22	0,496	3472,06
2,5	1,25	94,73	2	0,2	0,4511	3789,44
2	1	75,78	1,8	0,18	0,406	4263,45
1,5	0,75	56,84	1,5	0,15	0,338	4732,09
1	0,5	37,89	0,5	0,05	0,1127	2366,95
0,5	0,25	18,94	0,2	0,02	0,04511	1895,32

2. Графики зависимости В_m(Н_m) (основная кривая намагничивания) и статической магнитной проницаемости от напряженности магнитного поля μ_ст(Н_m)

3. Расчет энергии малых потерь.

Пример расчета:

= 37,89 (А/мм*м)

Таблица 1

50	857	37,89	0,23	9,69
200	902			10,21
400	1058			11,97
600	1139			12,89
800	1227			13,87

4. График частотной зависимости потерь энергии в образце. Расчет потери энергии на гистерезисе. Определение вихревых токов. Расчет мощности потери на гистерезисе и вихревых токах.

Экстраполируем полученную прямую зависимость к f = 0 и найдем потери энергии на гистерезисе:

Пример расчета:

Таблица 2

9,23	0,48	0,4615	0,023	50
	0,98	1,846	0,196	200
	2,7	3,692	0,108	400
	3,66	5,538	2,196	600
	4,64	7,384	3,712	800