ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ - раздел Образование, Виды связи Магнитные Свойства Материалов Характеризуются Петлей Гистерезиса, Кривой Нам...
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.
Рис. 6.1. Петли гистерезиса при различных
значениях напряженности внешнего
магнитного поля.
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. Она характеризуется максимально достигнутым значением индукции bs, называемым индукцией насыщения. При уменьшении напряженности магнитного поля от + Н до 0 магнитная индукция сохраняет остаточную индукцию Вс. Чтобы получить остаточную магнитную индукцию, равную нулю, необходимо приложить противоположно направленное размагничивающее поле определенной напряженности -Нс. Отрицательная напряженность магнитного поля -Нс называется коэрцитивной силой материала. При достижении напряженности магнитного поля значения -Н, а затем 0 вновь возникает остаточная индукция -Вс. Если повысить напряженность магнитного поля до + Нс, 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 Bs, остаточную индукцию Вс, коэрцитивную силу Нс.
Кривая намагничивания.Это важнейшая характеристика магнитных материалов, она показывает зависимость намагниченности или магнитной индукции материала от напряженности внешнего поля Н. Магнитная индукция материала В, измеряется в теслах (Тл) и связана с намагниченностью М формулой
Bi = μ0M, (61)
где μ0 - магнитная постоянная, равная 4 π • 10 -7 Гн / 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 Нв/ В разомкнутой магнитной цепи на концах образца появляются магнитные полюса, создающие размагничивающее поле Нр. Разница между магнитными напряженностями внешнего и размагничивающего полей определяет внутреннюю магнитную напряженность Нi материала
| Рис. 6.2. Зависимость магнитной индукции В
от напряженности магнитного поля Н (основная
кривая намагничивания) технически чистого
железа (99,92% Fe)
|
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 μа и относительной магнитной проницаемости μ0:
μa = B/H; (62)
μ = B/(μ0H) = μa/μ0 (63)
где μа - абсолютная магнитная проницаемость, Гн/м; μ0 - магнитная постоянная, равная 1,257 мкГн/м.
Подставляя в эти соотношения конкретные значения В и Н, получают различные виды магнитной проницаемости, которые применяют в технике. Наиболее часто используют понятия нормальной μ, начальной μн, максимальной μmах, дифференциальной μдиф и импульсной μ и магнитной проницаемости.
Относительную магнитную проницаемость материала μ получают по основной кривой намагничивания. Для простоты слово «относительная» не упоминается.
Магнитную проницаемость при Н = О называют начальной магнитной проницаемостью μ н. 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 μmах. Начальная и максимальная магнитные проницаемости представляют собой частные случаи нормальной магнитной проницаемости. Их значения наряду с Вs, Вс и Нс являются важнейшими параметрами магнитного материала.
В сильных полях в области насыщения магнитная проницаемость стремится к единице.
Потери энергии при перемагничивании.Это необратимые потери электрической энергии, которая выделяется в материале в виде тепла.
Потери на перемагничивание магнитного материала складывается из потерь на гистерезис и динамических потерь.
Потери на гистерезис создаются в процессе смещения стенок доменов на начальной стадии намагничивания. Вследствие неоднородности структуры магнитного материала на перемещение стенок доменов затрачивается магнитная энергия.
Потери энергии на гистерезис
Pг=af, (64)
где а - коэффициент, зависящий от свойств и объема материала; f - частота тока, Гц.
Динамические потери Рвт вызываются частично вихревыми токами, которые возникают при изменении направления и напряженности магнитного поля; они также рассеивают энергию:
Pвт=bf 2, (65)
где b - коэффициент, зависящий от удельного электрического сопротивления, объема и геометрических размеров образца.
Потери на вихревые токи из-за квадратичной зависимости от частоты поля превосходят потери на гистерезис на высоких частотах.
К динамическим потерям относятся также потери на последействие Рп, которые связаны с остаточным изменением магнитного состояния после изменения напряженности магнитного поля. Они зависят от состава и термической обработки магнитного материала и проявляются на высоких частотах. Потери на последействие (магнитную вязкость) необходимо учитывать при использовании ферромагнетиков в импульсном режиме.
Общие потери в магнитном материале
Р = Рг + Рвт + Рп. (66)
Все темы данного раздела:
Виды связи
Все вещества состоят из атомов. Электроны притягиваются к ядру и отталкиваются друг от друга. Внешние электроны могут отрываться от одного атома и присоединяться к другому атому, изменяя число его
Кристаллические вещества
К кристаллическим веществам относят все металлы и металлические сплавы.
Кристалл состоит из множества сопряженных друг с другом элементарных кристаллических ячеек. В элементарной кристалли
Аморфные и аморфно-кристаллические вещества
Аморфные вещества. В аморфных веществах атомы и молекулы расположены беспорядочно. В отличие от кристаллических аморфные вещества не имеют строго определенной температуры перехода
Материалы с высокой проводимостью
К материалам этого типа предъявляются следующие требования: минимальное значение удельного электрического сопротивления; достаточно высокие механические свойства (главным образом пр
Медь и ее сплавы
Медь.Медь является одним из самых распространенных материалов высокой проводимости. Она обладает следующими свойствами:
- малым удельным электрическим сопр
Алюминий и его сплавы
Алюминий.Алюминий относится к так называемым легким металлам (плотность литого алюминия около 2600, прокатанного - 2700 кг/м3).
Алюминий
Железо и его сплавы
Железо обладает следующими свойствами:
- более высокое по сравнению с медью и алюминием удельное электрическое сопротивление (ρ примерно 0,1 мкОм×м), что ограни
Проводниковые резистивные материалы
Проводниковые резистивные материалы разделяют на сплавы для проволочных резисторов (манганин, константан) и для электронагревательных элементов (нихром, фехраль, хромаль).
Пленочные резистивные материалы
Пленочные резистивные материалы получают из исходных материалов в процессе получения самих резистивных пленок. Свойства таких резистивных пленок значительно отличаются от свойств
Материалы для термопар
Для термопар применяют чистые металлы и различные сплавы с высоким электрическим сопротивлением.
Материалы для термопар выбирают по следующим характеристикам:
доп
Благородные металлы
Группу благородных металлов (серебро, платина, палладий, золото) составляют металлы, обладающие наибольшей химической стойкостью к условиям окружающей среды и действию агрессивных сред (кислот, щ
Тугоплавкие металлы
К тугоплавким относят металлы с температурой плавления более 1700°С. Эти металлы, как правило, химически устойчивы при низких температурах, но при повышенных температурах активно взаимодействуют с
Сверхпроводники
При понижении температуры удельное электрическое сопротивление металлов уменьшается и при весьма низких (криогенных) температурах электрическое сопротивление металлов приближается
Криопроводники
Некоторые металлы могут достигать при низких (криогенных) температурах весьма малого значения удельного электрического сопротивления ρ, которое в сотни и тысячи раз меньше, чем удельное элект
Материалы для электроугольных изделий
К электроугольным изделиям относятся щетки электрических машин, электроды для прожекторов и электролитических ванн, аноды гальванических элементов, микрофоны, содержащие угольный порошок, угольные
Проводящие и резистивные композиционные материалы
Проводящие композиционные материалы представляют собой механические смеси мелкодисперсных порошков металлов и их соединений с органической или неорганической связкой.
Композиционные матер
Материалы для подвижных контактов
Все контактные материалы при работе подвергаются износу (разрушению). Принято различать механический, химический и электрический износы.
Механический износ связан с истиранием и деформир
Материалы для скользящих контактов
Скользящие контакты обеспечивают переход электрического тока от неподвижной части устройства к подвижной.
При работе скользящих контактов их поверхности подвергаются механическому износу и
Материалы для размыкающих контактов
Материалы для размыкающих контактов работают в сложных условиях, поскольку в процессе работы между контактными поверхностями размыкающих контактов могут возникать электрические разряды в виде искры
Металлокерамика
Металлокерамические или порошковые сплавы получают из металлических порошков методом их прессования и последующего спекания при температуре ниже температуры плавления исходных материа
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Полупроводниковые материалы обладают проводимостью, которой можно управлять, изменяя напряжение, температуру, освещенность и другие факторы. По способности проводить электрический ток полупроводн
Свойства полупроводников
Свойства полупроводниковых материалов характеризуются следующими показателями: собственная и примесная проводимости полупроводников, электропроводность полупроводников, оптические и фотооптически
Простые полупроводники
Простыми называют такие полупроводники, основной состав которых образован атомами одного химического элемента.
Большинство полупроводниковых материалов представляют собой кристаллические
Полупроводниковые соединения
Простые полупроводники не всегда отвечают требованиям современного производства полупроводниковых приборов. Для создания материалов с различными свойствами широко используют сложные неорганические
ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
По назначению диэлектрические материалы можно разделить на электроизоляционные материалы и активные диэлектрики.
По агрегатному состоянию диэлектрические материалы подраз
Электрические свойства
К электрическим свойствам диэлектриков относят поляризацию, электропроводность, диэлектрические потери и пробой.
Поляризация диэлектриков. Диэлектрик, поме
Механические свойства диэлектрика.
К основным механическим свойствам диэлектрика относятся упругость, прочность и вязкость. Упругость при небольших механических напряжениях выполняется закон Гука, который устанавлива
Тепловые свойства
К основным тепловым свойствам диэлектрика относят нагрево-стойкость, теплопроводность, тепловое расширение и холодостойкость (морозостойкость).
Нагревостойкость - это способность д
Влажностные свойства
Все изолирующие материалы поглощают влагу. Размер молекулы воды примерно 2,1 * 10-9 м, что позволяет ей проникать даже в поры таких диэлектриков, как стекло.
Наличие пор,
Физико-химические свойства
К основным физико-химическим свойствам относят кислотное число, растворимость, химостойкость, светостойкость и радиационную стойкость.
Кислотное число определяется количес
Полимеризационные синтетические полимеры
Получают в процессе полимеризации под действием теплоты, давления, ультрафиолетовых лучей, а также инициаторов и катализаторов. При полимеризации двойные и тройные связи мономеров разрываются и мол
Полимерные углеводороды.
К ним относят полистирол, полипропилен, полиэтилен, поливинилхлорид (ПВХ), винипласти др.
Полистирол - твердый прозрачный материал, неполярный диэлектрик с высокими электроизоляционными св
Фторорганические полимеры.
Одним из существенных недостатков органических синтетических полимеров является пониженная теплостойкость. Для большинства органических полимеров допустимые рабочие температуры от -60 до + 120°С. У
Фенолформальдегидные смолы
Фенолформальдегидные смолы получают путем поликонденсации фенола в водном растворе формальдегида при температуре 70...90°С в присутствии катализатора (кислоты или щелочи). Они могут быть термореакт
Полиэфирные смолы
Полиэфирные смолы получают в результате реакции поликонденсации различных многоатомных спиртов (гликоля, глицерина и др.) и многоосновных органических кислот (фталевой, малеиновой и
Эпоксидные смолы
В чистом виде эпоксидные смолы представляют собой термопластичные низкоплавкие жидкие материалы.
После добавления отвердителей эпоксидные смолы быстро отвердевают, приобретая пространствен
Полиамиды
Полиамиды - термопластичные полярные диэлектрики с линейной структурой.
Среди полиамидов наиболее распространены капрон и найлон.
Капрон имеет температуру размягчения 215…2
Полиимиды
Полиимиды органические полимеры, которые обладают высокой нагревостойкостью (длительно выдерживают температуру до 300°С, а кратковременно до температуры 500°С); очень высокой холодостойкостью (сохр
Электроизоляционные пластмассы
Пластические массы (пластмассы) объединяют группу твердых или упругих материалов, которые состоят полностью или частично из полимерных соединений и формуются в изделия методами, основанными на испо
Слоистые пластики и фольгированные материалы
Слоистые пластики являются одной из разновидностей пластмасс, которые получают горячим прессованием листовых волокнистых материалов, предварительно пропитанных синтетическими смолам
Электроизоляционные материалы на основе каучуков.
Полимеры, которые при нормальной температуре подвержены большим обратным деформациям растяжения (до многих сотен процентов), называются эластомерами. Эластомерами являются все каучуки и резины. На
Компаунды.
Компаунды представляют собой механические смеси из электроизоляционных материалов, не содержащих растворителей.
По сравнению с лаками компаунды обеспечивают лучшую влагостойкость и влагоне
ТВЕРДЫЕ НЕОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ.
К твердым неорганическим диэлектрикам относят стекла; стеклокристаллические материалы, получаемые с использованием специальной термообработки стекла; оксидные электроизоляционные пленки; керамику;
Ситаллы.
Ситаллы («ситалл» - сокращение от слов «силикат» и «кристалл») – продукт частичной кристаллизации стекломассы, в которую кроме обычных оксидов вводят тонкодисперсные примеси, служащие для образован
Керамика.
Керамика – твердый плотный материал, который получают спеканием неорганических солей с минералами и оксидами металлов.
В качестве исходных материалов используют непластичные кристалообразу
Жидкие диэлектрики
Жидкие диэлектрики представляют собой низкомолекулярные вещества органического происхождения, которые бывают полярными и не полярными. Их электрофизические свойства в значительной степени зависит о
Газообразные диэлектрики
Они должны быть химически инертны, не образовывать активных веществ, разрушающих твердые мат
Пробой газов в однородном электрическом поле
Однородное поле образуется между электродами одинаковой геометрической формы с большой площадью поверхности (например, плоскость-плоскость, шар-шар), когда их диаметр D в 10 раз больше расстояния
Пробой газа в неоднородном поле
Неоднородное поле образуется между электродами, если хотя бы один из которых имеет малую площадь. В основном неоднородные электрические поля существуют в газоразрядных приборах, между контактами
Относительная плотность воздуха 1.
В ряде случаев воздух является основным изолирующим материалом, например в воздушных конденсаторах, на участках воздушных линий электропередачи воздух образует единственную изоляцию между голыми п
Сигнетодиэлектрики
Сигнетодиэлектриками называются материалы, которые обладают спонтанной (самопроизвольной) поляризацией в определенном интервале температур.
Спонтанная поляризация - это поляризаци
Пьезодиэлектрики
Пьезоэлектриками называют твердые, анизотропные кристаллические вещества, обладающие пьезоэффектом.
Пьезоэффект был открыт братьями Кюри в 1880 г.
Явление образования электрическ
Электреты
Электретами называются диэлектрики, которые длительное время создают в окружающем пространстве электрическое поле за счет предварительной электризации или поляризации.
Магнитотвердые материалы
К магнитотвердым материалам относится магнитные материалы с широкой гистерезисной петлей и большой коэрцитивной силой Нс (рис. 6.3, г).
Основными характеристиками магни
Магнитомягкие материалы
Основным видом потерь в магнитомягких материалах являются на вихревые токи, которые для листового образца пропорциональны квадрату частоты перемагничивания. Это явление связано с магнитным поверхн
Магнитомягкие материалы для низкочастотных магнитных полей
В постоянных и низкочастотных магнитных полях (на частотах до единиц килогерц) применяют металлические магнитомягкие материалы: технически чистое, электролитическое и карбонильное
Новости и инфо для студентов