1.2. Основные магнитные характеристики ферромагнитных материалов.

Под действием внешнего магнитного поля, созданного током в катушке, наложенной на стальной магнитопровод, происходит процесс ориентации доменов в магнитопроводе и смещение их границ. Это приводит к намагничиванию стального магнитопровода, причем намагниченность увеличивается с увеличением внешнего магнитного поля.

Намагниченность М ферромагнитного материала растет только до предельного значения, называемого намагниченностью насыщения Мs.

Зависимость намагниченности М от напряженности поля М(H)

показана на рис. 2 штриховой линией.

На том же рисунке показана линейная зависимость B0(H)=m0М. Складывая ординаты кривой m0М(H) и прямой М0(H), получаем ординаты новой кривой B(H) – кривой первоначального намагничивания (рис 2). Кривую B(H) можно разделить на четыре участка:

1) почти линейный участок 0а, соответствующий малым напряженностям

поля, показывает, что магнитная индукция увеличивается относительно медленно и почти пропорционально напряженности поля;

2) почти линейный участок аб, на котором магнитная индукция В

растет также почти пропорционально напряженности поля, но значительно быстрее, чем на начальном участке;

3) участок бв – колено кривой намагничивания, который характеризует

замедление роста индукции B;

4) участок магнитного насыщения – участок, расположенный выше точки в; здесь зависимость снова линейная, но рост индукции B очень сильно

замедлен по сравнению со вторым. Магнитная индукция, которая соответствует намагниченности насыщения, называется индукцией насыщения Bs.

Абсолютная магнитная проницаемость ma=mrm0 ферромагнетика определяется для произвольной точки А кривой намагничивания (рис. 3) через тангенс угла наклона секущей 0А к оси абсцисс, т.е. Где mB, mH, mm - масштабы соответствующих величин.

Кривая изменения магнитной проницаемости mr для

ферромагнитного материала дана на том же рис. 3. Как видно из графика,

магнитная проницаемость с ростом напряженности поля изменяется в весьма широких границах, что затрудняет ее применение для расчетов. На кривой mr

(H) отмечают два характерных значения магнитной проницаемости:

1.

начальное (рис. 3)

1. 

максимальное

Начальная магнитная проницаемость характеризует возможность использования ферромагнетика в слабых магнитных полях. Максимальная магнитная проницаемость определяет верхнюю границу использования материала. Так, например, для листовой электротехнической стали mн=250¸1000, а mmax=500¸30000.

Основные магнитные характеристики:

1) Коэрцитивная сила — это такое значение магнитного поля напряженностью H, которое необходимо приложить к ферромагнетику, предварительно намагниченному до насыщения, чтобы довести до нуля его намагниченность или индукцию магнитного поля.

Величина коэрцитивной силы определяется механизмом перемагничивания и является структурно-чувствительной характеристикой материала. На H_C влияют суммарная удельная поверхность зерен, остаточные механические напряжения, дефектность материала. Чем больше дефектность материала и меньше однородность структуры, тем больше Коэрцитивная сила H_C, и соответственно меньше магнитная проницаемость. Это связано с тем, что наличие в образцах различных примесей, дефектов кристаллической решетки — все это затрудняет движению границ магнитных доменов.

2) Остаточная намагниченность — намагниченность, которую имеет ферромагнитный материал при напряжённости внешнего магнитного поля, равной нулю. В уравнениях обозначается как M_R. В технике часто считается, что намагниченность M это синоним для остаточной магнитной индукции B (они отличаются на магнитную постоянную μ0, BR = μ0M), поэтому остаточная намагниченность часто обозначается как BR.

Величина остаточной намагниченности определяется точкой пересечения петли гистерезиса с осью магнитной индукции ферромагнетика.

3) Намагниченность — векторная физическая величина, характеризующая магнитное состояние макроскопического физического тела. Обозначается обычно М. Определяется как магнитный момент единицы объёма вещества:

Здесь, M — вектор намагниченности; p_m — вектор магнитного момента; V — объём. Намагниченность тел зависит от внешнего магнитного поля и температуры.

4) Спонтанная намагниченность (M_S).

Наличие спонтанной намагниченности свидетельствует о том, что магнитные моменты атомов ориентированы не случайным образом, как в парамагнетике, а упорядоченно-параллельно друг другу.

Вещества, обладающие спонтанным магнитным моментом, т. е. имеющие конечную намагниченность при достаточно низкой температуре и нулевом внешнем магнитном иоле, называются ферромагнетиками в широком смысле слова. При этом упорядочение спиновых и орбитальных моментов электронов в этих веществах не обязательно имеет простой характер.

H_C — Коэрцитивная сила

M – Намагниченность

M_R – Остаточная намагниченность

M_S - Спонтанная намагниченность