Магнитные свойства материалов

Намагничивание постоянным полем. При циклическом изменении напряженности магнитного поля от 0 до +Н_s, от +Н_s до –Н_s и снова до +Н_s кривая изменения индукции (кривая перемагничивания) имеет форму замкнутой кривой – петли гистерезиса. Для слабых полей петля имеет вид эллипса. При увеличении значения Н₁ получим серию заключенных одна в другую петель гистерезиса, пока не дойдем до предельной петли гистерезиса – петля, полученная при условии насыщения намагничивания. Является важной технической характеристикой магнитного материала. Предельная петля гистерезиса характеризуется максимальным достигнутым значением индукции B_s, называемым индукцией насыщения. При уменьшении напряженности от +Н до 0 магнитная индукция сохраняет остаточную магнитную индукцию В_с. Чтобы получить В_с = 0, необходимо приложить противоположно направленное размагничивающее поле определенной напряженности –Н_с (коэрцитивная сила материала) и т.д.

Площадь гистерезисной петли зависит от свойств материала, его геометрических размеров и частоты перемагничивания.

По предельной петле гистерезиса определяют характеристики магнитных материалов: индукцию насыщения, остаточную индукцию, коэрцитивную силу.

Магнитная проницаемость. Для характеристики поведения магнитных материалов в поле с напряженностью Н пользуются понятиями абсолютной проницаемости μ_а, измеряемой в Гн/м, и относительной μ магнитной проницаемости (магнитной постоянной μ₀, равной 4π *10^-7Гн/м):

μ_а = В/Н; μ = В/( μ₀Н) = μ_а /μ₀

Относительную магнитную проницаемость материала μ получают по основной кривой намагничивания как отношение индукции В к соответствующему значению напряженности поля μ₀Н.

Намагничивание переменным током. При намагничивании материала переменным полем петля гистерезиса расширяется, увеличивая свою площадь.

Магнитная проницаемость всех ферромагнитных материалов зависит от температуры и имеет максимальные значения при температурах, близких к точке Кюри Т_k. При температурах, более высоких, чем Т_k, материал перестает быть ферромагнитным.

Потери энергии при перемагничивании. Потери энергии, возникающие при перемагничивании магнитных материалов, выделяются в материале в виде тепла. Они складываются из потерь на гистерезис и динамических потерь. Динамические потери вызываются вихревыми токами и частично магнитной вязкостью (магнитным последействием).

Потери на гистерезис за один цикл перемагничивания для каждого материала могут быть определены по площади статической петли гистерезиса.

Потери на вихревые токи зависят не только от магнитных, но и от электрических свойств материала (удельного электрического сопротивления), а также от формы и конструкции магнитного сердечника.

Дополнительные потери, вызванные магнитной вязкостью, определяют обычно как разность между полными потерями Р и суммой потерь на гистерезис и вихревые токи

Р_д = Р – (Р_г+Р_в).

Классификация магнитных материалов

Исходя из различий в коэрцитивной силе принято разделение магнитных материалов на магнитомягкие и магнитотвердые. Свойствами магнитомягких материалов является малое значение коэрцитивной силы, в связи, с чем они намагничиваются до насыщения даже в слабых магнитных полях. Они обладают высокой магнитной проницаемостью и малыми потерями на перемагничивание, Нс < 800А/м.

Магнитотвердые материалы (для постоянных магнитов) обладают высокими значениями коэрцитивной силы, большой удельной энергией. Эта энергия пропорциональна произведению остаточной индукции на величину коэрцитивной силы, Нс > 4кА/м.

Магнитомягкие, т. е. легко намагничивающиеся материалы, имеют узкую петлю гистерезиса небольшой площади при высоких значениях индукции.

Магнитотвердые материалы намагничиваются с трудом, но способны длительное время сохранять сообщенную им энергию. Для них характерна широкая петля гистерезиса большой площади, служат эти материалы для изготовления постоянных магнитов.

Рисунок 5.4 – Пологая (а), крутая (б) и прямоугольная (в) петли гистерезиса