7. Циклическое перемагничивание. Гистерезис.

Если взять ферромагнитное тело в размагниченном состоянии и начать его намагничивание, т.е. увеличивать ток в катушке (рис.41 а), до момента, когда индукция достигнет максимального значения, то можно получить кривую В(Н), называемую кривой первоначального намагничивания (рис. 41 б).

в)

Рис.41

Если уменьшать ток в катушке, т.е. уменьшать напряженность внешнего поля, то кривая будет располагаться немного выше кривой намагничивания. Таким образом, кривая размагничивания не совпадает с кривой намагничивания. Размагничивание сердечника как бы запаздывает по сравнению с уменьшением напряженности поля. Это явление получило название гистерезиса (отставание). Из рис. 41 б видно, что при размагничивании, когда напряженность поля Н= 0, магнитная индукция тела сохраняет некоторую величину В₀, называемую остаточной магнитной индукцией.

Для того, чтобы довести магнитную индукцию тела до нуля (снять остаточную индукцию или размагнитить сердечник), необходимо изменить направление внешнего поля (направление тока в катушке).

Величину напряженности магнитного поля (Н_с), необходимую для снятия остаточной индукции, называют коэрцитивной силой. Если увеличивать напряженность поля на величину, большую, чем Н_с, то магнитная индукция начнет возрастать, но с другой полярностью, т.е. будет снова происходить процесс намагничивания. При определенной напряженности поля магнитная индукция достигает наибольшего значения (-В_max), при котором происходит магнитное насыщение тела. Таким образом, изменяя ток в катушке по величине и направлению, можно получить данные для построения замкнутой кривой B = f(H), которую называют петлей магнитного гистерезиса. На следующем рисунке представлена кривая, характеризующая полный процесс циклического перемагничивания (рис. в).

Кривую циклического перемагничивания называют петлей гистерезиса. При циклическом перемагничивании с определенной частотой ферромагнитные материалы нагреваются, что свидетельствует о затрате некоторой энергии на перемагничивание.

Величина этих потерь энергии тем больше, чем больше площадь, ограниченная петлей гистерезиса.

8. Ферромагнитные материалы

Ферромагнетики подразделяются на магнитомягкие и магнитожесткие.

Рис.44

Для магнитомягких материалов характерно быстрое намагничивание и малая Нс.

Нс < 400А/м = 4А/см. Эти материалы легко намагничиваются и размагничиваются. Имеют узкую гистерезисную петлю (рис.44а,б) и поэтому отличаются малыми потерями на гистерезис( ΔР_гист →мало).

Основные металлические магнитомягкие материалы – низкоуглеродистая сталь, чугун, электротехнические стали.

Железо-никелевые сплавы – пермаллои, имеют высокую магнитную проницаемость, малую коэрцитивную силу (рис.44б), повышенное удельное сопротивление, малые потери на гистерезис и вихревые токи.

Ферриты . Соединения окислов металлов – ферриты- изготавливают из порошковой смеси окиси железа (Fe₂O₃) с окислами других металлов (ZnO, MnO и т.д.) путем прессования и спекания при высоких температурах.

Магнитодиэлектики – материалы, состоящие из смеси магнитомягкого материала (железо, пермаллои) с каким-либо органическим или неорганическим диэлектриком ( эпоксидная смола, полистирол, жидкое стекло и т.д.).

Магнитомягкие материалы применяют для сердечников электрических машин и электромагнитных аппаратов (трансформаторы), магнитных усилителях, высокочастотых узлах электронной аппаратуры.

Магнитотвердые или магнитожесткие материалы намагничиваются с трудом, но надолго сохраняют намагниченность. Они имеют относительно большие величины остаточной индукции (0,2- 2Тл) и коэрцитивной силы (до 100 000А/м=1000А/см), широкую петлю гистерезиса (рис. в). Поэтому их применяют в постоянных магнитах.

К магнитотвердым материалам относятся мартенситные высокоуглеродистые стали, а также легированные стали (легирующие компоненты – хром, вольфрам, кобальт, молибден).

Магниты очень малых размеров или сложной формы изготавливают из металлокерамических материалов (прессование из порошков и спекание при высоких температурах).