144

Тема 12. МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

12.1.Задачи для индивидуальной работы к теме 12

12.1.При насыщении магнитная индукция чистого железа В = 2,2 Тл. Учитывая, что элементарная ячейка кристаллической решетки железа представляет собой объемно-центрированный куб с ребром а = 0,286 нм, рассчитать магнитный момент, приходящийся на один атом железа.

12.2.Магнитная индукция насыщения металлического никеля, имеющего плотность 8960 кг/см3, равна 0,65 Тл. Определить магнитный момент, приходящийся на один атом никеля.

12.3.Для α-железа, кристаллизующегося в структуре кубической симметрии,

константы магнитной кристаллографической анизотропии имеют следующие значения: К1 = 4,2·104 Дж/м3, К2 = 1,5·104 Дж/м3. Показать, что кристаллографическое направление типа [100] являются осями легкого намагничивания, а направления семейства {111} — осями трудного намагничивания.

12.4.Измерения дают следующие значения констант магнитной кристаллографической анизотропии для никеля, имеющего структуру гранецентрированного куба: К1 = –5,1·103 Дж/м3, К2 = 0. Пользуясь этими данными, определить направления осей: а) легкого, б) трудного намагничивания в монокристаллах никеля.

12.5.Из экспериментальных данных следует, что при температуре 700°С намагниченность насыщения чистого железа Iмs составляет 0,55 намагниченности насыщения Iм0 при Т = 0 К и Iмs = 0,296 Iм0 при температуре 750°С. Определить температуру Кюри.

12.6.Определить индукцию насыщения вблизи температуры 0 К для никелевого феррита NiFe2O4, кристаллизующегося в структуре обращенной шпинели

спериодом решетки 0,834 нм. Магнитные моменты катионов Fe3+ и Ni2+ принять равными соответственно 5μв и 2μв.

12.7.Найти индуктивность соленоида, имеющего 200 витков, намотанных на

диэлектрическое основание, длиной l = 50 мм. Площадь поперечного сечения основания S = 50 мм2. Как изменится индуктивность катушки, если в нее введен ци-

линдрический ферритовый сердечник, имеющий магнитную проницаемость

μ= 400, определенную с учетом размагничивающего действия воздушного зазора.

12.8.Оценить максимально возможную плотность записи информации (бит/см2) в устройстве на цилиндрическом магнитном домене (ЦМД) на пленке феррограната, если минимальный диаметр доменов составляет d = 3 мм.

12.9.Оцените быстродействие устройства на ЦМД, если подвижность границ ЦМД μГ = 0,015 м2/(А·с), а управление перемещением доменов осуществляется

146

12.18.Кольцевой магнитопровод имеет площадь поперечного сечения S=100 мм2 и среднюю длину магнитного контура lср = 0,1 м. На сердечник намотана обмотка с числом витков n = 100. Определить магнитный поток через сердечник при токе в обмотке I = 1 А, если магнитная проницаемость материала сердечника μ = 1000.

12.19.Докажите, что потери на перемагничивание, отнесенные к единице объема материала сердечника (удельные потери), могут быть вычислены по

формуле: pM = PA V =μμ0ωH2tgδM .

12.20.Определить индуктивность катушки с кольцевым магнитным сердечником размерами R × r × h=30×20×10 мм3 и обмоткой, состоящей из 200 витков. Сердечник изготовлен из высоконикелевого пермаллоя с μ = 50000.

12.21.При испытании магнитного сердечника на частоте f = 8 кГц с помощью

установки (рис. к задаче 12.17) были получены результаты: UG = 200 мВ, UR = 15 мВ. Вычислить магнитную проницаемость, напряженность магнитного поля и индукцию в кольцевом сердечнике размерами R × r × h=30×20×10 мм3, если число витков измерительной обмотки n = 100, а сопротивление резистора, ограничивающего ток в измерительном контуре, R0 = 20 Ом.

12.22.Из экспериментальных данных следует, что при температуре 700°С намагниченность насыщения некоторого вещества Iмs составляет 0,4 намагниченности насыщения Iм0 при Т = 0 К и Iмs = 0,22 Iм0 при температуре 800°С. Определить температуру Кюри.

12.23.Кольцевой магнитопровод имеет площадь поперечного сечения S=50 мм2 и среднюю длину магнитного контура lср = 0,5 м. На сердечник намотана обмотка с числом витков n = 1000. Определить магнитный поток через сердечник при токе в обмотке I = 0,5 А, если магнитная проницаемость материала сердечника μ = 2000.

12.24.Определить, сколько витков необходимо намотать на магнитный сердечник длиной 100 мм и диаметром 8 мм, чтобы получить индуктивность катушки L=10 мГн, зная что μ = 500.

12.25.Кольцевой ферритовый сердечник со средним диаметром dср = 25 мм имеет воздушный зазор 1 мм. При пропускании тока 0,17 А через обмотку сердечника, состоящую из 500 витков, в зазоре создается магнитная индукция B0 = 0,1 Тл. Определить магнитную проницаемость феррита.

12.26.Диамагнитная восприимчивость меди χ = –9,5·10-6. Определить намагниченность и магнитную индукцию в медном проводе при воздействии на него магнитного поля напряженностью 1000 А/м.

12.27.Катушка с ферритовым тороидальным сердечником диаметром 10 мм

147

имеет индуктивность 12 Гн и содержит 1000 витков. Определить ток в катушке, при котором магнитная индукция в сердечнике равна 0,1 Тл.

12.28.Серебро обладает диамагнитной восприимчивостью χ = –0,181·10-9. Определить намагниченность и магнитную индукцию в серебряном проводнике при воздействии на него магнитного поля напряженностью 100 А/м.

12.29.Катушка индуктивности содержит 200 витков медного изолированного провода, который намотан виток к витку на поверхности диэлектрического цилиндра диаметром D = 1 см. Через катушку проходит постоянный ток I = 0,9 А и пере-

менный I = 0,1 А частотой f = 2 МГц. Определить мощность выделяющуюся при этом в обмотке, учитывая, что допустимая плотность тока в обмотке j = 2 А/мм2.

12.30.Катушка индуктивности содержит 100 витков медного изолированного провода, который намотан виток к витку на поверхности диэлектрического цилиндра диаметром D = 0,5 см. Через катушку проходит постоянный ток I = 0,8 А

ипеременный I = 0,2 А частотой f = 1 МГц. Определить индуктивность катушки.

12.2.Теоретические вопросы к теме 12

12.1.К какому классу веществ по магнитным свойствам относятся полупроводники кремний и германий, химические соединения AIIIBV?

12.2.Назовите основные механизмы намагничивания ферромагнетиков, приводящие к нелинейной независимости магнитной индукции от напряженности магнитного поля?

12.3.Как изменяется магнитная восприимчивость парамагнетиков с повышением температуры?

12.4.Чем отличается спиновое обменное взаимодействие в ферро- и антиферромагнетиках?

12.5.Назовите основные факторы, определяющие энергию доменных границ.

12.6.Как влияет температура на энергию магнитной кристаллографической анизотропии? Почему ферромагнетики разбиваются на домены?

12.7.Какими способами можно полностью размагнитить ранее намагниченный ферромагнитный образец.

12.8.Какие условия необходимы для появления цилиндрических магнитных доменов (ЦМД) в магнитном материале?

12.9.Назовите магнитомягкие и магнитотвердые ферромагнетики, на основе которых получают композиционные магнитные материалы — магнитодиэлектрики.

12.10.Какие физические параметры магнитного материала определяют размер ЦМД?

148

12.11.Что понимают под константой магнитострикции? Какой физический смысл имеет знак константы магнитострикции?

12.12.Чем отличается магнитострикция в монокристаллических и поликристаллических ферромагнетиках? Приведите примеры практического применения магнитострикции.

12.13.Чем объясняется высокая магнитная проницаемость пермаллоев?

12.14.Расшифруйте обозначения пермаллоев промышленных марок: 76НХД, 65НП, 80НХС, 79НМ.

12.15.Какие требования предъявляются к материалам, используемым для изготовления магнитных лент для компакт-кассет?

12.16.Чем отличаются магнитотвердые материалы от магнитомягких?

12.17.Как классифицируются по назначению магнитомягкие материалы?

12.18.В чем преимущества электротехнической кремнистой стали по сравнению с нелегированной?

12.19.Каким требованиям должны удовлетворять материалы для работы в импульсных устройствах?

12.20.Назовите область применения магнитомягких материалов с прямоугольной петлёй гистерезиса?

12.21.Какие из магнитотвердых материалов применяются наиболее широко? 12.22.Какие материалы называются магнитопластами и магнитоэластами? 12.23.Что такое магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость

ичто они характеризуют?

12.24.Что такое спонтанная намагниченность?

12.25.Что характеризуют законы Кюри и Кюри-Вейса? Что означает поправка Вейса для ферромагнетиков и антиферромагнетиков?

12.26.Что такое магнитная анизотропия и что она характеризует?

12.27.Что такое магнитная вязкость?

12.28.Какразличныефакторывлияютнамагнитныесвойстваферромагнетиков?

12.29.Магнитные свойства аморфных сплавов: ферро- и ферримагнетизм, магнитная анизотропия.

12.30.Что такое магнитные потери и из чего они складываются?