Характеристики магнитного поля.

Магнитная индукция В, [Тл] (тесла) - характеризует энергию магнитного поля в какой-либо точке. Чем гуще силовые линии (обычно - ближе к полюсам), тем больше магнитная индукция.

Магнитный поток Ф, [Вб] (вебер) - характеризует общую энергию магнитного поля, т.е общее число силовых линий проходящих через какую либо площадь S.

Ф = В* S; В = Ф/ S.

Прим. Различия между магнитной индукцией и потоком можно объяснить на примере воды из лейки душа: мощность одной струи эквивалентна индукции, а сумма всех струй аналогична магнитному потоку. При этом на одиночный проводник в магнитном поле действует именно индукция, а на массивную деталь – весь поток.

Магнитная проницаемость µ, [мю]- характеризует магнитные свойства данного материала или среды в сравнении с магнитными свойствами вакуума – пустого пространства (µ=1), т.е насколько хорошо материал пропускает магнитный поток и намагничивается. (по сравнению с вакуумом)

Прим. Конкретное значение магнитной проницаемости для любого материала или среды характеризует абсолютная магнитная проницаемость µ_а. Единицы ее измерения - Гн/м (генри/метр). Для удобства принято считать относительную магнитную проницаемость µ= µ_а/µ₀всравнением с магнитной проницаемостью пустого пространства – вакуума, у которого абсолютная магнитная проницаемость µ₀ = 4π*10^-7Гн/м.

 

В зависимости от значения µ все материалы по магнитным свойствам делятся на 3 группы:

Ферромагнетики µ» 1 (>7000 единиц) - хорошо пропускают магнитный поток и намагничиваются (железо Fe, кобальт Cо, никель Ni);

Парамагнетики µ ≥ 1 -намагничиваются слабо (алюминий Al, олово Sn и пр.);

Диамагнетики µ< 1 – не намагничиваются (медь Cu, золото Au и др.);

2.4. Природа ферромагнетизма.

Все ферромагнитные материалы по своей структуре состоят из отдельных мелких частиц размером тысячные доли сантиметра, которые называются ДОМЕН ами, они обладают собственным маленьким магнитным полем. В обычном состоянии их поля ориентированы хаотично и компенсируют друг друга.

Если такой материал поместить во внешнее магнитное поле (например, стальной сердечник поместить в катушку с током) эти домены начнут разворачиваться вдоль внешнего магнитного поля и их поля будут складываться, т.е. материал начнет намагничиваться. Чем сильнее внешнее магнитное поле, тем большее число доменов учувствует в этом процессе, пока все они не развернутся вдоль линий внешнего поля. При этом намагниченность материала расти перестанет, т.е наступит магнитное насыщение.

Петля гистерезиса.

Достигнув магнитного насыщения материала (точка а) начнем уменьшать внешнее магнитное поле за счет уменьшения тока в катушке. Материал будет терять свою намагниченность (участок а-б), но медленнее, чем уменьшается внешнее магнитное поле и, когда внешнее поле станет = 0 (точка б), материал останется частично намагниченным – это называется остаточным магнетизмом. Что бы полностью размагнитить материал, нужно изменить направление внешнего магнитного поля (участок б-в). Если продолжать увеличивать внешнее магнитное поле в обратном направлении, материал начнет намагничиваться в обратном направлении (участок в-г), достигнет насыщения (точка г) и т.д.

 

Явление запаздывания изменения собственного маг-нитного поля материала (намагниченности) от изменения внешнего магнитного поля называется гистерезисом, а кривая, характеризующая этот процесс – петлёй гистерезиса.

 

В зависимости от ширины петли гистерезиса все ферромагнетики делятся на 2 группы:

ü Магнитомягкие - имеют узкую петлю, т.е малый остаточный магнетизм, т.е. перемагничиваются легко, поэтому из них делают сердечники электрических машин (трансформаторов, якорей).

 

ü Магнитотвердые (магнитожесткие) - имеют широкую петлю, большой остаточный магнетизм, поэтому из них делают постоянные магниты.

Площадь петли гистерезиса пропорциональна энергии, которую надо затратить на перемагничивание материала (нагреву материала).

2.6. Магнитная цепь (магнитопровод). Закон Ома для магнитной цепи. Способы усиления магнитных полей.

Магнитная цепь - это путь (цепь), по которому проходит и замыкается магнитный поток.

Пример - магнитопровод машины постоянного тока. Магнитная цепь замыкается через следующие участки: северный полюс (1) – воздушный промежуток между полюсом и якорем (2) – якорь - промежуток между якорем и южным полюсом– южный полюс (3)– корпус (4).

 

Закон Ома для магнитной цепи: