Основные характеристики магнитных материалов

 

Магнитные свойства материалов характеризуются петлей гис­терезиса, кривой намагничивания, магнитной проницаемостью, потерями энергии при перемагничивании.

 

Петля гистерезиса

При циклическом изменении напряженности постоянного магнитного поля от 0 до +Н, от + Н до - Н и снова от - Н до + Н кривая изменения индукции (кривая перемагничивания) имеет форму замкнутой кривой - петли гистерезиса. Для слабых полей петля имеет вид эллипса (рис. 6.1). При увеличении значения напряженности магнитного поля Н получают серию заключенных одна в другую проме­жуточных петель гис­терезиса. Когда все векторы намагничен­ности доменов сориен­тируются вдоль на­правления поля, про­цесс намагничивания закончится состояни­ем технического насы­щения намагниченнос­ти материала. Петлю гистерезиса, полученную при условии насыщения намагничивания, называют предельной петлей гистерезиса.

Рис. 6.1. Петли гистерезиса при различных значениях напряженности внешнего магнитного поля

Она характеризуется максимально достигнутым значением ин­дукции B_s, называемым индукцией насыщения. При уменьшении на­пряженности магнитного поля от + Н до 0 магнитная индукция со­храняет остаточную индукцию В_с. Чтобы получить остаточную маг­нитную индукцию, равную нулю, необходимо приложить противо­положно направленное размагничивающее поле определенной на­пряженности - Н_с. Отрицательная напряженность магнитного поля - Н_с называется коэрцитивной силой материала. При достижении на­пряженности магнитного поля значения - Н, а затем 0 вновь возни­кает остаточная индукция - В_c. Если повысить напряженность маг­нитного поля до + Н_с, то остаточная магнитная индукция Вс будет равна 0.

Площадь гистерезисных петель в промежуточных и предельном состояниях характеризует рассеивание электрической энергии в процессе перемагничивания материала, т.е. потери на гистерезис. Площадь гистерезисной петли зависит от свойств материала, его геометрических размеров и частоты перемагничивания.

По предельной петле гистерезиса определяют такие характерис­тики магнитных материалов, как индукцию насыщения B_s, остаточ­ную индукцию В_с, коэрцитивную силу Н_с.

 

Кривая намагничивания

Рис. 6.2. Зависимость магнитной индукции В от напряженности магнитного поля Н (основная кривая намагничивания) технически чистого железа (99,92% Fe)

 

Это важнейшая характеристика магнит­ных материалов, она показывает зависимость намагниченности или магнитной индукции материала от напряженности внешнего поля Н. Магнитная индукция материала B_i измеряется в теслах (Тл) и связа­на с намагниченностью М формулой

(1),

где - магнитная постоянная, равная 4 10^-7Гн/м; М -намагниченность, А×м^-1.

Основная (коммутационная) кривая намагничивания представ­ляет собой геометрическое место вершин петель гистерезиса, полу­ченных при циклическом перемагничивании (см. рис. 6.1) и отра­жает изменение маг­нитной индукции В в зависимости от напря­женности магнитного поля Н, которое созда­ется в материале при намагничивании. На­пряженность магнит­ного поля в образце в виде тороида, когда магнитная цепь замкну­та, равна напряженности внешнего поля В разомкнутой магнитной цепи на концах образца появляются магнитные полюса, создающие размагничи­вающее поле Н_р. Разница между магнитными напряженностями внешнего и размагничивающего полей определяет внутреннюю магнитную напряженность Н_i. материала.

Основная кривая намагничивания (рис. 6.2) имеет ряд характер­ных участков, которые можно условно выделить при намагничива­нии монокристалла ферромагнетика. Первый участок кривой намаг­ничивания соответствует процессу смещения границ менее благо­приятно ориентированных доменов. На втором участке происходит поворот векторов намагниченности доменов в направлении внеш­него магнитного поля. Третий участок соответствует парапроцессу, т. е. завершающему этапу процесса намагничивания, когда сильное магнитное поле поворачивает в направлении своего действия несориентированные магнитные моменты доменов ферромагнетика.

 

Магнитная проницаемость

Для характеристики поведения маг­нитных материалов в поле с напряженностью Н пользуются поня­тиями абсолютной магнитной проницаемости и относительной магнитной проницаемости :

(2)

(3)

где - абсолютная магнитная проницаемость, Гн/м; - магнитная постоян­ная.

Подставляя в эти соотношения конкретные значения В и Н, по­лучают различные виды магнитной проницаемости, которые при­меняют в технике. Наиболее часто используют понятия нормальной , начальной , максимальной , дифференциальной и импульсной магнитной проницаемости.

Относительную магнитную проницаемость материала полу­чают по основной кривой намагничивания. Для простоты слово «относительная» не упоминается.

Магнитную проницаемость при Н =0 называют начальной маг­нитной проницаемостью . Ее значение определяется при очень слабых полях (примерно 0,1 А/м).

Максимум на кривой проницаемости, соответствующий II участку кривой намагничивания (см. рис. 6.2), характеризуется значением мак­симальной магнитной проницаемости . Начальная и максималь­ная магнитные проницаемости представляют собой частные случаи нормальной магнитной проницаемости. Их значения наряду с B_s, B_c и H_с являются важнейшими параметрами магнитного материала.

В сильных полях в области насыщения магнитная проницаемость стремится к единице.