1.3.4 Намагничивание тел

Возбуждение магнитных свойств в веществе при помещении его в магнитное поле называется намагничиванием.

По способности намагничиваться все вещества делятся на ферромагнитные, парамагнитные и диамагнитные. Эта способ­ность характеризуется величиной магнитной проницаемости р.

В справочниках обычно указывается относительная магнитная проницаемость показывающая, во сколько раз магнитная про­ницаемость данного вещества больше или меньше ц вакуума.

Интенсивность магнитного поля в данном веществе есть маг­нитная индукция В. Интенсивность магнитного поля, создавае­мого проводником без учета свойств вещества, в котором оно су­ществует, есть напряженность поля Н. Поэтому магнитная прони­цаемость μ, связывая эти две величины, учитывает способность ве­щества увеличивать или уменьшать магнитное поле.

В системе СИ магнитная проницаемость измеряется в генри на метр (Гн/м).

Относительная магнитная проницаемость ферромагнитных ве­ществ во много раз больше единицы. К таким веществам относится железо, сталь, чугун, никель, кобальт и некото­рые сплавы.

Парамагнитные веще­ства слабо притягиваются к магниту. Они имеют маг­нитную проницаемость не­сколько больше единицы. Такими веществами явля­ются воздух, алюминий, олово, марганец, платина и др.

Диамагнитные вещества отталкиваются от магнита. Магнитная проницаемость их меньше единицы. К чис­лу их относятся медь, цинк, серебро, графит и др.

Если через катушку с сердечником из ферромагнитных матери­алов пропустить ток, то под действием магнитного поля, создава­емого током, сердечник намагнитится. Напряженность магнитного поля возрастает с увеличением тока. Это приводит к увеличению количества магнитных силовых линий, проходящих через сердеч­ник, т. е. к увеличению до определенных пределов магнитной ин­дукции.

Графическая зависимость магнитной индукции от напряжен­ности магнитного поля называется кривой намагничивания (рис. 1.10). На участке Ое кривой намагничивания магнитная ин­дукция меняется почти по линейному закону. Железный сердечник втягивает в себя все магнитные силовые линии. На участке еа ин­дукция возрастает более медленно, а затем наступает насыщение железа, т. е. такое состояние, когда все элементарные магнитики сердечника полностью ориентированы. После этого дальнейшее увеличение напряженности магнитного поля приводит лишь к очень медленному возрастанию магнитной индукции. Такое состояние соответствует полному намагничиванию сердечника

Если намагниченное тело начать размагничивать то уменьшение магнитной индукции будет происходить не по кривой намаг­ничивания Оеа, а по другой кривой абвг. При напряженности поля, равной нулю, магнитная индукция определяется отрез­ком Об. Он характеризует величину остаточной индукции (оста­точного магнетизма).

Чтобы сердечник размагнитить полностью, необходимо по об­мотке пропустить ток обратного направления, который создает напряженность, равную отрезку Ов. Напряженность магнитного поля, необходимая для полного размагничивания сердечника на­зывается коэрцитивной (задерживающей) силой.

При увеличении тока (напряженности) обратного направления сердечник вновь будет намагничиваться. Величина магнитной ин­дукции достигнет максимального значения, но направление ее ока­жется противоположным первому. При дальнейшем перемагничивании сердечника изменение магнитной индукции будет происходить по кривой гдабвг, называемой петлей гистерезиса.

Перемагничивание вызывает нагревание сердечника. На это расходуется энергия источника тока. Эти потери энергии называ­ются потерями на гистерезис или на перемагничивание. Чем боль­ше площадь петли гистерезиса, тем больше потери при перемаг- ничивании.

Для изготовления постоянных магнитов применяются материалы с большей оста­точной индукцией или с большей коэрци­тивной силой. Для сердечников трансфор­маторов и магнитных систем электриче­ских машин, подвергающихся частому перемагничиванию, выбирают материал с не­большой остаточной индукцией и коэрцитив­ной силой, т. е. с узкой петлей гистерезиса.

Явление электромагнитной индукции

Возьмем постоянный магнит, между полюсами которого поместим проводник, соединенный с микроамперметром (рис. 1.11). Между полюсами магнита су­ществует магнитный поток. Если провод­ник, показанный на рис. 1.11, перемещать перпендикулярно к силовым линиям магнитного поля, то стрелка микроамперметра будет отклоняться, фиксируя наличие тока. В проводнике возникает ЭДС и проходит ток в том случае, если проводник пересекается магнитным потоком.

Явление возникновения ЭДС в проводнике при пересечении им магнитного потока называется электромагнитной индукцией а индуктированная электродвижущая сила — ЭДС индукции.

Величина индуктируемой ЭДС е зависит от магнитной индук­ции поля В, скорости движения проводника и, его длины l и угла а между направлением движения проводника и магнитными сило­выми линиями:

Направление индуктируемой ЭДС и тока в проводнике опре­деляется по правилу правой руки. Если правую руку в магнитном поле держать так, чтобы силовые линии входили в ладонь, а ото­гнутый большой палец показывал направление движения провод­ника, то четыре вытянутых пальца укажут направление действия индуктированной ЭДС и тока в проводнике (рис. 1.11).

Индуктированная ЭДС возникает, в проводнике не только при пересечении проводником магнитного потока, но и при изменении потока.

На основании многочисленных опытов и теоретических ис­следований русский ученый Ленц сформулировал общий закон, носящий его имя: индуктированная ЭДС всегда имеет такое на­правление, что созданный ею ток своим магнитным полем проти­водействует причине, вызвавшей эту ЭДС.

Например, если вводить в катушку, замкнутую на амперметр, магнит, то возникающий в ней индукционный ток создает магнит­ный поток, который отталкивает магнит и препятствует его даль­нейшему движению.

На явлении индуктирования ЭДС в катушке при изменении магнитного потока, пронизывающего ее, основана работа транс­форматора.

Индуктированная ЭДС возникает не только в проводниках или катушках, но и в массивных металлических телах при пересече­нии ими магнитных линий. Под действием ЭДС индукции в мас­сивных телах возникают вредные вихревые токи. Они сильно на­гревают тело. Чтобы уменьшить величину вихревых токов и этим предохранить сердечники трансформаторов и якоря электрических машин от нагревания, их делают из тонких изолированных желез­ных пластин.