Намагничивание ферромагнитных материалов
Ферромагнитные вещества широко применяются в электротехнике благодаря их способности значительно усиливать при намагничивании внешнее магнитное поле. Свойства этих веществ исследуют, измеряя напряженность поля H и магнитную индукцию В катушки со стальным сердечником (рис.6). По результатам измерений вычерчивается график (рис. 7). Этот график, показывающий зависимость магнитной индукции в стали от напряженности намагничивающего поля, называется кривой первоначального намагничивания. По кривым намагничивания для каждого сорта стали находят значение магнитной индукции для любого значения напряженности магнитного поля, или наоборот.
Рис.6 |
Рис.7 |
Участок оа (см. рис. 7) соответствует ненасыщенному состоянию стали; участок аб — колено кривой намагничивания, на котором замедляется рост магнитной индукции при прежнем росте напряженности поля; участок после точки б соответствует насыщенному состоянию стали, когда все элементарные магниты уже ориентированы вдоль направления внешнего поля.
Допустим, что по намагничивающей катушке проходит ток, изменяющейся по величине и направлению.
Рис.
8. Петля гистерезиса
|
Увеличивая ток (кривая 0-1 на рис.8), получим состояние магнитного насыщения (точка 1) и значение магнитной индукции Bs при напряженности Hs. Затем, уменьшая ток, будем уменьшать напряженность поля до нуля (точка 2). Получим значение магнитной индукции Br, которое называется остаточной индукцией. |
Изменив направление тока, изменим и направление напряженности поля. Доведя ее до некоторого значения Hc, называемого задерживающей (коэрцитивной) силой, получим магнитную индукцию, равную нулю (точка 3).
Продолжая изменять величину и направление тока, получим кривые 3-4, 4-5, 5-6 и 6-0. Таким образом, при циклическом перемагничивании ферромагнитного тела зависимость B=f(H) графически выражается замкнутой кривой 0-1-2-3-4-5-6-0, называемой петлей гистерезиса (рис.8), в которой участок 0-1: кривая первоначального намагничивания.
Ферромагнитные материалы разделяются на магнитомягкие и магнитотвердые. Магнитомягкие материалы легко намагничиваются и легко размагничиваются, имеют узкую петлю гистерезиса (электротехническое железо, пермаллой. Они применяются в электрических машмнах, электромагнитах и т.д. Магнитотвердые материалы трудно намагнитить, но они длительное время сохраняют остаточный магнетизм, имеют широкую петлю гистерезиса.
Способность ферромагнитных тел намагничиваться объясняется наличием в них самопроизвольно намагниченных микроскопических областей, которые можно рассматривать как элементарные магниты. Под действием намагничивающего поля эти магниты поворачиваются в направлении поля и тем создают собственное поле данного тела. При этом магнитное поле ферромагнитного тела может быть во много раз большое намагничивающего поля.
Перемагничивание связано с затратой энергии, которая превращается в тепло. Количество энергии, затрачиваемой на один цикл перемагничивании, пропорционально площади петли гистерезиса. Потери энергии, связанные с процессом перемагничивании, называются потерями на гистерезис (или потери на перемагничивание).