Меню

Намагничивание ферромагнитных материалов постоянным током

Намагничивание ферромагнитных материалов

У ферромагнетиков . Они используются во всех электрических машинах. Если ввести ферромагнитный сердечник в катушку с током, то магнитное поле этой катушки увеличивается в сотки и в тысячи раз.

В ферромагнетиках имеются произвольно намагниченные области, которые называют доменами, или области спонтанного намагничивания. Магнитные поля их направлены хаотически, а результирующее магнитное поле равно «0».

Если такой ферромагнетик поместить во внешнее магнитное поле, например – в катушку с током, то домены будут разворачиваться в направлении внешнего магнитного поля, и результирующее поле резко возрастает. При этом говорят, что ферромагнетик намагнитился.

Процесс намагничивания ферромагнетика, помещенного в катушку с током, можно объяснить с помощью кривой намагничивания.

— кривая Столетова

Под действием внешнего поля, создаваемого током в катушке, домены начнут ориентироваться в направлении внешнего поля. Кривую можно разбить на три участка:

1. участок ОА – здесь магнитная индукция растет пропорционально к увеличению напряженности магнитного поля;

2. участок АВ (колено кривой) – здесь рост магнитной индукции замедляется, т.к. большинство доменов уже сориентированы в направлении внешнего поля;

23 Свойства ферромагнитных материалов

Все вещества — твердые, жидкие и газообразные в зависимости от магнитных свойств делят на три группы: ферромагнитные, парамагнитные и диамагнитные. К ферромагнитным материалам относят железо, кобальт, никель и их сплавы.

Магнитные свойства ферромагнитных материалов. Ферромагнитные материалы благодаря их способности намагничиваться широко применяют при изготовлении электрических машин, аппаратов в других электротехнических установок. Основными характеристиками их являются: кривая намагничивания, ширина петли гистерезиса и потери мощности при перемагничивании.

Кривая намагничивания. Процесс намагничивания ферромагнитного материала можно изобразить в виде кривой намагничивания (рис. 44, а), которая представляет собой зависимость индукции В от напряженности Н магнитного поля. Так как напряженность магнитного поля определяется силой тока, посредством которого намагничивается ферромагнитный материал, эту кривую можно рассматривать как зависимость индукции от намагничивающего тока I.

26.

Явлением электромагнитной индукции называется явление возникновения электрического индукционного тока в проводящем контуре, который либо покоится во внешнем переменном магнитном поле, либо движется во внешнем магнитном поле при условии, что число линий магнитной индукции, пронизывающих этот контур, меняется во времени.

24 Магнито-мягкие и магнито-твердые материалы

Магнитно-мягкими называют материалы с высокой начальной проницаемостью и малой коэрцитивной си­лой. Для этих материалов характерна малая работа перемагничивания. Магнитно-мягкие материалы используют в трансфор­маторах, генераторах, переключателях и других устрой­ствах. К числу этих материалов относятся чистое желе­зо, трансформаторная и динамная стали.

Магнитно-твердыми материалами называют материа­лы с высокой коэрцитивной силой Н и малой начальной проницаемостью. Для большинства магнитных материа­лов наблюдается линейная зависимость между началь­ной проницаемостью и коэрцитивной силой.

Применяют магнитотвердые материалы для производства постоянных магнитов. Они являются источниками постоянных магнитных полей, используемых в различной аппаратуре в электро- и радиотехнике, автоматике, приборостроении, электронике, в устройствах электромагнитной записи, фокусирующих устройствах для телевизоров, микрофонах, электроизмерительных приборах, микроэлектронике, СВЧ-приборах и т.д. Их используют в электрических машинах малой мощности, для записи и хранения цифровой, звуковой и видеоинформации и др. Преимущества постоянных магнитов по сравнению с электромагнитами постоянного тока — повышенная работоспособность; экономия материалов и потребления энергии; экономическая и техническая выгода применения.

25.
Магни́тное сопротивле́ние,характеристика магнитной цепи, отношение магнитодвижущей силы F в цепи к созданному в ней магнитному потоку Ф. Магнитное сопротивление однородного участка магнитной цепи вычисляется по формуле Rm = l / mmS (l и S — длина и поперечное сечение участка магнитной цепи, m — относительная магнитная проницаемость материала цепи, m — магнитная постоянная). В случае неоднородной магнитной цепи, состоящей из однородных последовательных участков с различными l, S, m, ее магнитное сопротивление равно сумме Rm однородных участков. Расчет магнитного сопротивления является приближенным, так как формула не учитывает: «магнитные утечки» (рассеяние магнитного потока в окружающем цепь пространстве), неоднородности магнитного поля в цепи, нелинейную зависимость магнитного сопротивления от поля. Единицей измерения в Международной системе единиц служит ампер на вебер (а/вб).

Дата добавления: 2018-08-06 ; просмотров: 381 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник

Намагничивание ферромагнетика.

Этапы намагничивания

Намагничивание ферромагнетиков представляет собой про-цесс, состоящий из нескольких этапов.

На первом этапе при увеличении напряжённости внешнего магнитного поля увеличиваются размеры тех доменов, у которых собственный магнитный момент образует с внешним полем острый угол. При этом уменьшается объём тех доменов, у кото-рых этот угол тупой.

Читайте также:  Индикатор утечки тока для автомобиля

* Обычно размеры домена составляют 10 -4 …10 -5 м.

К концу первого этапа домены, у которых упомянутый угол острый, полностью поглощают те, у которых угол между собственным и внешним магнитным полем тупой.

Этот этап намагничивания называют этапом смещения границ.

На втором этапе дальнейшее увеличение напряжённости внешнего магнитного поля вызывает поворот магнитных мо-ментов доменов в сторону внеш-него магнитного поля.

Второй этап намагничивания называют этапом вращения.

К концу второго этапа маг-нитные моменты всех доменов направлены по внешнему магнит-ному полю. По окончании этого этапа наступает третий этап намагничивания – этап насыщения.

В ходе первого и второго этапов намагничивания поле внутри ферромагнетика растёт за счёт увеличения как внешнего магнитного поля, так и магнитного поля, созданного доменами.

На третьем этапе увеличение магнитного поля в ферромагнетике происходит только за счёт роста внешнего магнитного поля. Суммарное магнитное поле доменов не изменяется.

Явление гистерезиса

Если уменьшать магнитное поле, которое вызвало намаг-ничивание ферромагнетика, то окажется, что зависимость индук-ции магнитного поля в ферромагнетике от напряжённости внешнего магнитного поля не совпадает с начальной кривой намагничивания.

При уменьшении напряжённости внешнего магнитного поля до нуля, маг-нитное поле в ферромагнетике не умень-шится до нуля. Индукция магнитного поля в ферромагнетике окажется равной Вост – остаточной индукции поля в фер-ромагнетике. Другими словами – образец ферромагнетика после выключения внешнего магнитного поля останется на-
агниченным.

Для того, чтобы уменьшить индукцию магнитного поля в ферромагнетике до нуля, необходимо изменить направление внешнего магнитного поля на противоположное и начать постепенное увеличение его напряжённости.

При некоторой напряжённости Нс индукция поля в ферромагнетике уменьшится до нуля. Эту напряжённость приня-то называть коэрцитивной силой.

Дальнейшее увеличение напряжённости вызывает намаг-ничивание ферромагнетика. Направление намагничивания противоположно первоначальному.

Если после намагничивания до насыщения вновь уменьшать напряжённость внешнего магнитного поля, то процесс пойдёт так, как показано на рисунке.

График зависимости В(Н) замкнётся, образовав так называемую петлю гистерезиса. Само рассматриваемое явление называется явлением гистерезиса.

Явление гистерезиса заключается в том, что значение В при данном Н зависит от того, какое значение Н имела ранее. Например, если ферромагнетик не намагничен, то при Н = 0 В = 0.

Если ферромагнетик ранее находился в магнитном поле с
Н > 0, то при Н = 0 В = Вост.

Если же ранее напряжённость была отрицательной, то при
Н = 0 В =- Вост.

Ферромагнетики делят на две группы. Основанием для клас-сификации является коэрцитивная сила.

Коэрцитивная сила показывает, насколько трудно раз-магнитить ферромагнетик. Если коэрцитивная сила велика, то ферромагнетик размагнитить трудно. Такие ферромагнетики на-зывают магнитожёсткими. Из жёстких ферромагнетиков изго-тавливают постоянные магниты.

Если коэрцитивная сила мала, ферромагнетик можно размагнитить, почти не затрачивая на это энергию. Такие ферромагнетики называют магнитомягкими. Из них изготав-ливают сердечники трансформаторов.

4.7. Граничные условия для векторов В и Н

Рассмотрим магнитное поле вблизи границы раздела двух сред с различной магнитной проницаемостью m1 и m2.

Допустим, что магнитное поле не перпендикулярно границе раздела двух сред.

Разложим векторы В и Н на две компоненты, из которых одна параллельна границе раздела двух сред, а вторая – перпендикулярна. Перпендикулярную компоненту назовём нормальной, а параллельную – тангенциальной.

Начнём с рассмотрения нормальной компоненты вектора магнитной индукции Вn. Воспользуемся для этого теоремой Гаусса для магнитного поля (см. разд. 8,8).

Выделим вблизи границы раздела двух сред цилиндрический объём бесконечно малой высоты с площадью основания DS. Верхнее основание расположено в среде с магнитной проницаем-остью m1, а нижнее – в среде с m2.

Согласно теореме Гаусса, маг-нитный поток через замкнутую поверх-ность равен нулю.

В данном случае полный маг-нитный поток через выбранную поверхность равен сумме потоков Вn через верхнее и нижнее основания и через боковую поверхность цилиндра.

Поскольку высота боковой поверхности бесконечно мала, магнитный поток через неё бесконечно мал. Следовательно, полный магнитный поток равен сумме потоков через верхнее и нижнее основания.

Полный магнитный поток нормальной компоненты вектора магнитной индукции равен нулю, следовательно, потоки через верхнее и нижнее основания равны между собой

Это означает, что нормальная компонента вектора магнитной индукции на границе раздела двух сред не изменяется

По определению напряжённости В = mmН, поэтому

.

Таким образом, нормальная компонента вектора напряжён-ности магнитного поля на границе раздела двух сред изменяется. Значение нормальной составляющей напряжённости магнитного поля в средах с разной магнитной проницаемостью различно.

Читайте также:  Передача данных по цепям постоянного тока

Перейдём к рассмотрению тангенциальной компоненты векторов В и Н. Воспользуемся для этого теоремой о циркуляции вектора напряжённости магнитного поля (см. разд. 4.2.).

Выделим вблизи границы раздела двух сред замкнутый контур 1234 прямоугольной формы (см. рисунок).

Длина горизонтальной стороны прямоугольника равна l, а высота прямоугольника бесконечно мала.

Если на границе раздела двух сред нет тока, то , т. е. циркуляция вектора напряжённости магнитного поля на границе раздела двух сред равна нулю.

Компоненты циркуляции по сторонам прямоугольника, перпендикулярным границе разделы пренебрежимо малы, так как высота прямоугольника бесконечно мала.

Компоненты циркуляции по параллельным сторонам соответственно равны и .

Если длина участков 12 и 34 настолько мала, что напряжённости можно считать постоянными, то Н1 и Н2 можно вынести за знак интеграла. Тогда в результате интегрирования получим векторы l12 и l34, направление которых определяется направлением обхода контура.

Таким образом, циркуляция вектора напряжённости на границе раздела двух сред оказывается равной H1 . l12 + H2 . l34 = 0.

Учитывая, что скалярное произведение двух векторов равно произведению их модулей на косинус угла между ними, получаем

(минус обусловлен тем, что векторы l12 и l34 противоположны по направлению).

Следовательно, тангенциальная составляющая вектора напряжённости магнитного поля в средах с разной магнитной проницаемостью одинакова:

Тангенциальная составляющая вектора магнитной индукции при переходе из одной среды в другую изменяется

.

Полученные результаты означают, что силовые линии маг-нитного поля на границе раздела двух магнетиков преломляются
(т. е. изменяют свой наклон)

.

На рисунке показано, что в среде с большей магнитной проницаемостью (m1 > m2) силовые линии отклоняются от нор-мали к границе раздела двух сред (это значит, что их густота уве-личивается).

Из полученных результатов также следует, что если в образ-це магнетика сделать узкую щель, параллельную силовым линиям магнитного поля в ве-ществе, то напряжённость маг-нитного поля в щели будет равна напряжённости магнитного поля внутри магнетика. Это вытекает из того, что тангенциальная составляющая вектора напряжён-ности магнитного поля на границе раздела двух сред не изменяется.

Поскольку нормальная составляющая вектора магнитной индукции не изменяется на границе раздела, постольку значение индукции магнитного поля внутри магнетика и в узкой щели, перпендикулярной направлению магнитного поля, одинакова.

Эти особенности в поведении тангенциальной составляющей напряжённости и нормальной составляющей индукции магнит-ного поля лежат в основе методов практических измерений напряжённости и индукции магнитного поля внутри магнетиков.

Источник

Намагничивание ферромагнетиков

date image2014-02-24
views image12152

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Ферромагнетики(железо, никель, кобальт и их сплавы с алюминием, медью, хромом, серебром) – это сильномагнитные материалы, у которых магнитная проницаемость (μ) намного больше единицы.

Электроны в ферромагнетиках, двигаясь по орбитам вокруг ядра атома, образуют элементарные токи, которые создают отдельные самопроизвольно намагниченные области (домены), имеющие разные направления микроскопических внутренних магнитных полей (рис. 2.6, а). Если ферромагнетик поместить во внешнее магнитное поле, то все домены разворачиваются вдоль внешнего поля, то есть ферромагнетик намагничивается (рис. 2.6, б).

а) б)

Поместим ферромагнитный сердечник в катушку с током I. (рис. 2.7). Ток, протекающий по катушке, создает вокруг витков катушки магнитное поле с напряженностью Н. Ферромагнитный сердечник под действием этого поля будет намагничиваться, т.е. в нем создается магнитная индукция В. Если по катушке протекает переменный ток частотой 50 Гц, (изменяющийся по величине и направлению 50 раз в секунду), то ферромагнитный сердечник в такой катушке будет перемагничиваться с такой же частотой.

Рис. 2.8 Петля гистерезиса Рис. 2.9

Петля гистерезиса (кривая намагничивания) — это график зависимости магнитной индукции ферромагнетика — В от напряженности магнитного поля — Н при намагничивании ферромагнетика (рис. 2.8).

Последовательность намагничивания ферромагнетика (рис. 2.8)

1) Кривая намагничивания начинается из нуля (точка 0), то есть, при Н = 0, В = 0.

2) При увеличении напряженности поля (Н), магнитная индукция (В) быстро растет (участок 0А) и достигает предельного значения +Вм (горизонтальный участок после точки А).

3) При уменьшении Н, магнитная индукция В тоже уменьшается, но медленнее (участок АВ).

При Н = 0 магнитная индукция имеет значение Вrостаточная индукция.

4) При изменении направления намагничивающего тока меняется и направление напряженности поля (участок БГ). При Н = Нс (точка Г), по­лучим индукцию В = 0. Значение Нс называетсякоэрцитивной силой.

Читайте также:  Номинальный ток двигателя 200 квт

5) При дальнейшем увеличении Н обратного направления (участок ГД) маг­нитная индукция достигнет зна­чения –Вм – максимальная намагниченность обратного направления.

6) При уменьшении Н до нуля (участок ДЕ), получим уменьшение В до значения остаточной индук­ции (отрезок ОЕ).

7) Изменив еще раз направление Н и увеличивая ее (участок ЕЖА), снова получим остаточную индукцию +Вr

Площадь петли гистерезиса пропорциональна энергии, затрачиваемой на намагничивание, поэтому ферромагнетики с узкой петлей гистерезиса легко перемагничиваются и наоборот.

Потери на гистерезис — это потери электроэнергии на нагрев при перемагничивании ферромагнетиков.

Магнитомягкие материалы – это ферромагнитные материалы с узкой петлей гистерезиса (рис. 2.9, а) и малыми потерями на гистерезис (техническое железо, низкоуглеродистая сталь, железо-никелевые сплавы). Применяются для изготовления магнитопроводов трансформаторов и электрических машин.

Магнитотвердые материалы – это ферромагнетики с широкой петлей гистерезиса (рис. 2.9, б), то есть с большой остаточной индукцией (Вr) (углеродистые, вольфрамовые, хромистые, кобальтовые стали). Применяются для изготовления постоянных магнитов.

Источник



НАМАГНИЧИВАНИЕ ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Материалы, обладающие большой магнитной проницаемостью, назы- вают ферромагнитными (железо, никель, кобальт и их сплавы). Оказав- шись во внешнем магнитном поле, эти материалы значительно усиливают его. Это явление упрощенно можно объяснить таким образом.

Ферромагнитные материалы имеют области самопроизвольного намагничи- вания. Магнитное состояние таких областей (доменов) характеризуется век- тором намагниченности, которые ориентированы случайным образом. Поэ- тому намагниченность ферромагнитных тел в отсутствие внешнего маг- нитного поля не проявляется. Если ферромагнитное тело поместить во внеш- нее магнитное поле, то под его воздействием произойдут изменения, в ре -зультате которых векторы намагниченности отдельных областей будут ориентированы в направлении внешнего поля. Индукция результирующего магнитного поля будет определяться как индукцией внешнего поля, так и магнитной индукцией отдельных доменов, т. е. результирующее значение индукции будет намного превышать ее начальное значение. Таким образом, суммарное магнитное поле значительно превысит внешнее поле.

Магнитное состояние ферромагнитного поля и характеризуется кривой намагничивания (рис. 2.7). Рассмотрим процесс намагничивания ферромаг- нитного сердечника, помещенного в катушку с током. По мере увеличе- ния тока в катушке магнитная индукция в сердечнике быстро возрастает Это объясняется ориентацией векторов намагниченности ферромагнитного сердечника. Затем интенсивность ориентации замедляется, точка 2 соответ-

ствует магнитному насыщению. т. е. при некотором значении напряженности поля все домены сориентированы и при дальнейшем увеличении тока в катушке индукция поля растет так же, как она росла бы при отсутствии сердечника.

Если через катушку пропускать ток, меняющий свое направление, то сер- дечник будет перемагничиваться. Рассмотрим этот процесс (рис. 2.8). При увеличении тока в катушке магнитная индукция возрастает до индукции насыщения (точка а). При уменьшении тока магнитная индукция снижа- ется но так, что при тех же значениях Н она оказывается больше значе- ний магнитной индукции, соответствующих увеличению тока. Это объяс- няется тем, что часть доменов сохраняет свою ориентацию. Таким обра- зом, при Н = 0 в сердечнике сохраняется магнитное поле, характери- зуемое остаточной индукцией Вr (точка 6). При увеличении тока в противополож ном направлении магнитное поле катушки компенсирует магнитное поле, созданное доменами сердечника. При напряженности поля Нс (точка с), которая называется коэрцитивной силой, магнитная индук ция окажется равной нулю. Дальнейшее увеличение тока в катушке вызо- вет перемагничивание сердечника, т. е. поворот векторов намагниченности на 180°. При некотором значении Н (точка d) сердечник снова будет на-сыщаться. При уменьшении тока в катушке до нуля индукция будет умень- шаться до остаточной индукции (точка е). Увеличение тока в положитель- ном направлении вызовет намагничивание сердечника до исходного состоя- ния (точка а). Полученную кривую называют петлей г и с т е р и з и с а (запаздывания). Участок 0а характеристики намагничивания назы- вают основной кривой намагничивания.

Процесс перемагничивания связан с затратами энергии и сопровожда- ется выделением теплоты. Энергия, которая затрачивается за один цикл перемагничивания, пропорциональна площади, ограниченной петлей гистерезиса. В зависимости от вида петли гистерезиса ферромагнитные материалы подразделяют на магнитомягкие и магнитотвердые. Магнито-. мягкие материалы обладают круто поднимающейся основной кривой намаг- ничивания и относительно малыми площадями гистерезисных петель. Для магнитотвердых материалов характерны пологость основной кри -вой намагничивания и большая площадь гистерезисной петли.

Источник