§ 38. Магнитное насыщение.

Итак, мы имеем достаточно данных признать, что гипотеза вращающихся элементарных магнитов вместе с вытекающей из нее юинговской моделью магнитного вещества может быть положена нами в основу наших представлений о внутреннем строении ферро­магнитных материалов, и мы будем в дальнейшем пользоваться всеми вытекающими отсюда следствиями для того, чтобы углубиться в понимание различных явлений, наблюдаемых при намагничении вещества.

Остановимся прежде всего на упомянутом уже в предыдущем параграфе состоянии магнитного насыщения. Как было указано, гипотеза элементарных магнитов дает возможность предвидеть характер изменения магнитных свойств при значительном увеличе­нии силы намагничивающего поля. Действительно, приняв эту гипотезу, мы придем к заключению, что интенсивность намагниче-

147

ния вещества I нельзя увеличивать беспредельно, так как, когда все элементарные магниты расположатся в направлении магнитной силы, дальнейшее увеличение этой магнитной силы уже не повлечет за собой никакого изменения в магнитном состоянии вещества. Таким образом, I имеет некоторый естественный предел I_max, при достижении которого мы будем иметь:

Следовательно, для больших значений Н получаем:

и при увеличении Н магнитная проницаемость стремится к пределу ₀, численно равному единице.

Если мы обратимся к кривой, показанной на рис. 72, то увидим, что , сначала возрастая до некоторого предела, начинает затем падать. Полученный результат показывает что пределом этого падения будет:

₀=1.

Заметим, что именно в силу этого обстоятельства при конструи­ровании Электрических машин, вообще говоря, не выгодно брать слишком большие значения Н или В, так как в этих условиях ста-

148

новится слишком малой роль ферромагнитного вещества в созда­нии магнитного потока.

На рис. 85 рядом кривых показана зависимость между  и В для разных материалов по мере приближения к насыщению.

Здесь (1) — кованое железо, (2) — сталь, (3) — кобальт, (4) — чугун, (5) и (6) — никкель, (7) — марганцевая сталь. Во всех этих случаях, как показывают кривые, величина магнитной проницаемости, стре­мящаяся к 1 по мере возрастания магнитной индукции, действительно приближается к этому пределу.

§ 39. Влияние сотрясений на магнитные свойства.

Попытаемся теперь при помощи гипотезы элементарных магни­тов объяснить влияние на магнитные свойства материалов не­которых внешних факторов, например, механических сотрясений, нагрева и т. д.

Разберем вопрос о сотрясениях, которым может подвергаться всякая магнитная система. С сотрясениями мы имеем дело на каждом шагу. В трансформаторах, под влиянием производимого переменным током перемагничивания, возникают колебания сердеч­ников (вызывающие, кстати сказать, звуковой эффект — гудение железа сердечников). В электрических машинах сотрясения соз­даются механическими условиями, благодаря вращению и вибра­циям, и это отражается на поведении материала магнитной цепи машины и т. д.

Из рассмотренной выше гипотезы элементарных магнитов должно быть ясно, что механическое сотрясение может способство­вать перегруппировкам внутри вещества и что группы элемен­тарных магнитов могут получить тот или иной вид в зависимости от внешних механических воздействий. Если, производя опыты на модели Юинга, постукивать по доске, на которой располо­жены магнитные стрелки, то характер кривой намагничения изменится в сторону уменьшения остаточного магнитизма. Таким образом, гипотеза элементарных магнитов дает нам возможность предсказать влияние механических сотрясений на поведение маг­нитного вещества.

Гопкинсон, желая обследовать влияние механических воздей­ствий на процесс намагничения, взял стержень из отпущенного мягкого железа и поместил его в катушку, по которой пропускался намагничивающий ток. Определяя величину индукции в железе с помощью баллистического гальванометра, Гопкинсон обнару­жил, что всякий раз, когда в процессе намагничения стержня он ударял его о стол, гальванометр давал отброс, показывая таким образом приращение индукции. Таким образом, возрастание индук­ции шло не постепенно, а двумя этапами, увеличиваясь с увеличе­нием Н и делая скачок при ударе. При прохождении падающей ветви кривой гистерезиса сотрясение ускоряло процесс размагни­чивания. Для иллюстрации этих опытов приведем следующую таблицу.

149

На рис. 86 приведена кривая намагничения, соответствующая вышеприведенной таблице.

Как видно из таблицы и из кривой, влияние сотрясений особенно велико при сравнительно малых зна­чениях магнитной силы. По мере приближения к условиям насы­щения, влияние сотрясений становится все слабее и слабее. Так и должно быть. Действительно, в мощных магнитных полях ориентирующее влияние внешней магнитной силы достаточно велико для того, чтобы преодолеть внутренние связи в отдельных группах элементарных магнитиков и произвести те разрушения предше­ствовавших группировок, которые необходимы для создания новых группировок в процессе намагничивания. Совершенно иную картину мы можем наблюдать в слабых магнитных полях. Влияние поля может оказаться ниже того порога, за которым наступает внезапная перегруппировка данной комбинации элементарных магнитиков. Всякий новый фактор, способный как-либо поколебать основную конфигурацию магнитиков, может, присоединившись к ориентирую-

150

щему влиянию слабого магнитного поля, вызвать необходимую в процессе намагничения молекулярную катастрофу. При этом новая конфигурация магнитиков будет в значительной степени подчинена направляющему действию слабого магнитного поля, которое само по себе не могло произвести надлежащей перегруппировки. В этом случае все происходит совершенно подобно тому, что имеет место» когда мы посыпаем опилками картон для получения магнитного спектра магнита, помещенного под картон. В тех местах, где поле

магнита очень слабо и не может надлежащим образом ориентировать частицы опилков, будучи не в силах преодолеть трение последних

о картон, мы обычно помогаем вырисовыванию силовых линий, встряхивая опилки путем легких постукиваний по картону.

Влияние сотрясений на кривую намагничения проявляется, таким образом, в сближении восходящей и нисходящей ветвей кривой гистерезиса, и площадь гистерезисной петли, снятой во время сотрясений, получается весьма малой. Нельзя, однако, на основании этого делать общее заключение, что механические сотря­сения уменьшают величину потерь на гистерезис, так как расход энергии на перемагничивание всецело определяется стационарной кривой. В случае же сотрясений этот расход покрывается не за счет намагничивающего тока, а за счет энергии механического деятеля, производящего сотрясения.

К тому же классу явлений можно отнести влияние частых перемагничиваний на магнитное состояние вещества. Можно считать, что цикл перемагничивания оказывает на элементарные магниты воз­действие, до некоторой степени подобное действию механических сотрясений. Несомненно поэтому, что прохождение цикла должно сказываться на магнитной структуре вещества, содействуя пере­ходу от одного расположения элементарных магнитов к другому. Этим обстоятельством пользуются, между прочим, для размагничива­ния материалов. С этою целью подвергают образец ряду последо­вательных перемагничиваний, уменьшая постепенно до нуля амплитуду магнитной силы (рис. 87), и таким путем достигают совершенного размагничивания материала.

Для получения наилучших результатов необходимо произвести такое размагничивание данного тела по трем взаимно перпендикулярным направлениям. Отметим при этом одно

151

обстоятельство, находящееся в непосредственной связи с только-что сказанным. Именно, вершины непрерывно изменяющихся магнитных циклов лежат весьма близко к основной кривой намагни­чения (§ 33). Таким образом, эта основная кривая легко может быть построена. В действительности так ее и строят. * Такого же рода молекулярными сотрясениями иногда пользуются в технике изготовления постоянных магнитов. Постоянные магниты постепенно теряют частично свои магнитные свойства, при чем в первое время по изготовлении уменьшение остаточной индукции происходит довольно быстро. Для получения магнитов с устойчи­выми магнитными свойствами необходимо выдерживать их некоторое время, и иногда выдерживали магниты годами. В последнее время для более быстрого достижения устойчивой остаточной индукции пользуются нагреванием магнита, которое ускоряет разрушение неустойчивых молекулярных группировок. Но еще проще получить тот же результат, подвергая магнит воздействию слабого перемен­ного поля. Это проделывается следующим образом. Помещают магнит в станок с обмоткой, по которой проходит переменный ток. Силу переменного магнитного поля подбирают значительно меньшей силы того постоянного поля, при помощи которого произведено основное намагничение. Подвергая таким образом магнит легким молекуляр­ным сотрясениям, можно уничтожить неустойчивую часть остаточной индукции, которая в противном случае исчезла бы со временем.

Подобная способность намагниченного материала терять часть остаточной индукции при воздействии слабого переменного поля использовалась между прочим в радиотехнике для конструирования так называемых магнитных детекторов. Принцип устройства такого детектора схематически изображен на рис. 88.

Бесконечный шнур из тонких железных проволок натянут на колеса А и В и движется при их вращении, проходя внутри катушки, включенной концами k₁ и k₂ в контур антенны. Около железного шнура помещены постоян­ные магниты. Намагничиваемый магнитами шнур попадает в катушку, где подвергается молекулярному сотрясению от токов высокой частоты, циркулирующих в антенне, и размагничивается. На изме­нение магнитного состояния шнура будет реагировать телефон, включенный в цепь второй катушки.