Характеристики магнитных материалов

Магнитные свойства материалов характеризуется петлей гистерезиса, кривой намагничивания, магнитной проницаемостью, потерями энергии при перемагничивании.

Все без исключения материалы взаимодействуют с внешним магнитным полем, т.е. проявляют определенные магнитные свойства. Любой материал под действием внешнего магнитного поля приобретает магнитный момент , т.е. намагничивается. Магнитные свойства материалов проявляются в результате движения электронов, входящих в состав атомов (ионов, молекул). Магнитным моментом обладают также и ядра атомов. Однако их влияние на магнитные свойства атомов можно пренебречь, так как магнитный момент ядра на три десятичных порядка меньше магнитного момента электрона. Каждый электрон атома осуществляет два вида движения: орбитальное и спиновое, создавая соответственно орбитальный магнитный момент М_ОРБи спиновой магнитный момент М_СП. Полный магнитный момент атома М_АТпредставляет векторную сумму орбитальных и спиновых магнитных моментов всех электронов данного атома:

В отсутствие внешнего магнитного поля магнитный момент атома М_АТне равен нулю только при наличие незаполненной у него электронной оболочки. В заполненных электронных оболочках не только орбитальные, но и спиновые магнитные моменты электронов полностью скомпенсированы.

Для характеристики магнитных свойств материалов вводят следующие величины:

B– магнитная индукция (плотность магнитного потока), Тл;

H– напряженность магнитного поля, А/м;

M– намагниченность материала под действием магнитного поля, А/м – это векторная сумма магнитных моментов атомов М_АТ, находящихся в единице объемаVмагнитного материала:

k_m – магнитная восприимчивость (величина безразмерная );

µ - относительная магнитная проницаемость (или магнитная проницаемость) – величина безразмерная.

Магнитная индукция Bматериала является векторной суммой магнитных индукций внешнего (намагничивающего) поляB₀и внутреннего поляB_ВН:

где B₀=µ₀H– магнитная индукция поля в вакууме;

B_ВН=µ₀M=k_mB₀– магнитная индукция внутреннего поля;

µ₀– магнитная проницаемость вакуума, называемая магнитной постоянной,Гн/м.

Между намагниченностью материала Mи напряженностью магнитного поляHсуществует зависимость:

где k_m – магнитная восприимчивость, характеризующая способность материала изменять свой магнитный момент под действием внешнего магнитного поля. В вакуумеk_m=0.

Объединив выражения получим

где или.

Магнитная проницаемость

Важной характеристикой магнитных материалов является магнитная проницаемость. Для характеристики поведения магнитных материалов в поле с напряженностью Н пользуются понятиями абсолютной магнитной проницаемости и относительной магнитной проницаемости. Относительную магнитную проницаемость материала получают по основной кривой намагничивания. Для простоты слово «относительная» не упоминается.

магнитная проницаемость µ характеризует способность материала намагничиваться; µ показывает, во сколько раз магнитная индукция поля, созданного в данном материале, больше, чем в вакууме.

Кроме относительной магнитной проницаемости µ, в электротехнике пользуются также абсолютной магнитной проницаемостью µ_А, имеющей размерность Гн/м. Значения µ и µ_Аопределяются из соотношения.

По магнитным свойствам все материалы разделяются на три основные группы: диамагнитные (диамагнетики), парамагнитные (парамагнетики) и ферромагнитные (ферромагнетики). Позже в самостоятельные группы были выделены еще два вида магнитных материалов: антиферромагнитные (антиферромагнетики) и ферримагнитные (ферримагнетики).