Магнитные свойства твердых тел

 

 

 

 

   6.2 Кривая намагничивания

 

      Кривая  намагничивания показывает в графическом  виде зависимость магнитного потока от МДС обмотки или тока возбуждения (намагничивающего тока):

      На  рис. 5, а приведена характерная кривая намагничивания Ф=/(Л») в относительных единицах для электрических машин с явно выраженными полюсами. Ее можно построить по результатам определения магнитных напряжений на отдельных участках магнитной цепи, при определенных значениях магнитного потока

F_m=F_t+F_zl + F_Zi+F_a+F_M+Fj.                                                                                                                                                                                                                                      возбуждения определяется по полученному значению МДС F_B на пару полюсов. В кривой намагничивания резко выражен начальный прямолинейный участок, что обусловлено наличием сравнительно большого воздушного зазора, для которого характерна линейная зависимость разности магнитных потенциалов от магнитного потока. При малых значениях магнитного потока, а следовательно, и магнитной индукции в ферромагнитных участках магнитопровода разностью магнитных потенциалов на этих участках можно пренебречь и считать, что F_BzzF₆. По мере увеличения магнитного потока магнитные сопротивления этих участков и особенно зубцового слоя возрастают. При индукции в зубцах примерно 1,6 Тл зависимость Ф= =f(F_B) начинает отклоняться от прямолинейной.

 В большинстве электрических машин  точка а, соответствующая номинальному режиму, выбирается на нелинейном участке кривой намагничивания.

Рис..5 Универсальная магнитная характеристика

      При работе на линейном участке (т. е. при небольшой магнитной индукции) не полностью используются свойства стали магнитной системы, а при больших насыщениях резко возрастает МДС обмотки, создающей магнитный поток, а следовательно, и число ее витков и поперечное сечение провода. Таким образом, ненасыщенная машина и машина с очень большим насыщением магнитной системы требуют повышенного расхода активных материалов: меди обмоток или электротехнической стали.

      Кривые  намагничивания всех электрических  машин в относительных единицах совпадают, если данные номинального режима приняты при одном и том же коэффициенте насыщения. Это означает, что все кривые намагничивания можно свести к одной кривой, выраженной в некоторых условных единицах.

      Использование универсальной кривой намагничивания позволяет значительно сократить магнитные расчеты, так как для построения требуемой кривой намагничивания нужно определить координаты только одной точки и коэффициент насыщения в ней.

 

6.3 Магнитный гистерезис

 

      Магнитным гистерезисом назвал современный физик  Юинг весьма важное свойство железа отставать по фазе от причин, производящих эти явления. Гистерезис особенно резко обнаруживается в намагничивании железных стержней, длина которых велика сравнительно с линейными размерами поперечника, а также в намагничивании колец, приготовленных из железа и подвергаемых действию тока, проходящего по проволоке, в виде кольцевой катушки, окружающей железо. В толстых и коротких стержнях явление гистерезиса менее заметно. В этом случае большое влияние на магнитное состояние железа оказывают оба конца таких стержней. Магнетизм этих концов вызывает в каждой точке внутри стержня силу, производящую размагничивание железа. От этой причины и происходит тоя. Что недлинный железный стержень, после прекращения намагничивающего тока, удерживает вообще слабый «остаточный магнетизм». Иначе происходит в стержнях тонких и длинных,

      Таким образом, гистерезис магнитный –  это отставание магнитной индукции от внешнего намагничивающего поля. Оно  обусловлено тем, что магнитная  индукция зависит от ее предыдущего значения.  Значит, магнитный гистерезис есть следствие необратимости процессов намагничивания. Иначе происходит в стержнях тонких и длинных, в которых размагничивающее действие концов по их отдаленности мало на большей части длины стержня. Такие тонкие железные стержни сохраняют весьма значительный остаточный магнетизм, который в противоположность тому, что обыкновенно утверждается, больше для мягкого железа, чем для твердого железа, и даже стали. По исследованиям Юинга, в проволоке из очень мягкого железа может наблюдаться  «остаточный магнетизм», составляющий  по величине 97% «временного» магнетизма, который является в этой проволоке при действии на нее тока. Изменяя силу намагничивающего тока и определяя количественно являющийся при этом железе магнетизм, находят, что намагничивание железа, соответствующее какой-либо силе тока, получается неодинаковым, смотря по тому, какой намагничивающей силе подвергалось железо непосредственно перед этим. Так, если, начиная от нуля, постепенно увеличивать силу намагничивающего тока до некоторой наибольшей величины, затем уменьшить эту силу опять до нуля, а  потом, изменив направление тока, увеличивать эту силу до прежней наибольшей величины и, наконец, непрерывно уменьшая довести снова до нуля, то можно заметить, что намагничивание железа не будет следовать за изменением силы тока; магнетизм в железе как будто чем-то задерживается и различно приспособляется к той силе тока, какая наблюдается в намагничивающей цепи.

      Гистерезис  железа имеет немаловажное значение в практике. Из-за него понижается производительность динамо- машин и трансформаторов. Юинг выяснил также, что намагничивание железа, подвергаемого действию данной намагничивающей силы, некоторое время возрастает, стремясь асимптоматически к некоторой предельной величине. Такое изменение намагничивания названо вязким гистерезисом. Сотрясения железа, удары и вообще механические действия влияют на уменьшение гистерезиса. Гистерезис в железе, по отношению к магнитным явлениям аналогичен «упругому последействию», наблюдаемому в твердых телах при механических изменениях этих тел.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

         В заключение  проделанной работы следует еще  раз отметить важность и актуальность  в исследованиях магнитных свойств твердых тел учеными-физиками России и всего научного мирового сообщества.

      Итак, данная работа доказывает, что твердые тела является особым предметом современного производства. Результативность их исследований является стимулятором дальнейшего успешного экономического развития страны.

      Ферромагнитные  материалы, благодаря наличию описанных  в работе свойств, находят широкое  практическое применение в технике. Магнитные  характеристики ферромагнетиков  определяют их назначение.

      Так, ферромагнетики с большой величиной  коэрцитивной силы работают как постоянные магниты, с малой – находят применение в технике СВЧ. Изменяя состав и режим термообработки ферромагнитных материалов, можно в очень широких пределах менять их магнитные свойства. Удельное сопротивление ферритов во много раз больше сопротивления металлических ферромагнетиков. Поэтому вихревые индукционные токи Фуко в ферритах очень малы, что позволяет широко использовать ферриты в устройствах, работающих на высоких частотах, например, в качестве катушек индуктивности, трансформаторов в радиоустройствах, в импульсных устройствах.

      Таким образом, рассмотрение и изучение в  данной научной работе вопросов, касающихся процессов в ферромагнетиков, является  практически значимым для высокой  профессиональной подготовки инженеров  технических специальностей разных направлений.

 
 
 
 
 
 

СПИСОК  ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.

1..Абрагам А., Гольдман М. Ядерный магнетизм: порядок и беспорядок, пер. с англ., т. 1 – 2. -М.: Высшая школа, 1984.

2. Альтшулер С.А., Козырев Б. М.. Электронный парамагнитный резонанс соединений элементов промежуточных групп, 2 изд. - М.: МО СССР, 1972.

3. Бозорт Р. Ферромагнетизм.- М.: Наука, 1956.

4. Вонсовский С. В. Магнетизм.- М.: Высшая школа, 1971.

5. Дорфман Я. Г. Магнитные свойства и строение вещества.- М. МО СССР: Высшая школа, 1955.

6. Киттель Ч. Введение в физику твердого тела. 2 издание. - М.: Наука, 1962.

7. Кринчик Г. С. Физика магнитных явлений. 2 изд.- М.: Просвещение, 1985.

8. Ландау Л. Д. и Лифшиц Е. М. Электродинамика сплошных сред. М.: Высшая школа, 1959.

9. Маттис Д.. Теория магнетизма. Введение в изучение кооперативных явлений.- М.: Высшая школа, 1967.

10. Пайерлс Р. Е. Квантовая теория твердых тел. - М.: Просвещение, 1956.

11. Поливанов К. М. Ферромагнетики. - Л.: Наука , 1957.

12. Тамм И. Е. Основы теории электричества.- М.: Просвещение, 1957.

13. Туров Е. А. Физические свойства магнитоупорядоченных кристаллов.- М.: Высшая школа, 1963.

14.Чижухина Н.И., Бочкарева Ю.Г. Квантовая физика: учебное пособие.- М: Изд-во Пенз. гос. технол. акад., 2010.