3.2. Магнітні властивості феромагнетиків
Феромагнетики – це речовини, які мають дуже велику відносну магнітну проникність (величина сягає значень близько106), і при намагнічуванні утворюють власне магнітне поле, яке збігаються за напрямком із зовнішнім магнітним полем. До феромагнетиків відносять залізо, кобальт, нікель та низку сплавів на їх базі.
З причини необоротності процесів, які відбуваються при намагнічуванні феромагнетику, зміна величини Віндукції магнітного поля всередині феромагнетику відстає від зміни величини напруженостіНмагнітного поля, прикладеного до цього феромагнетику. Це явище називаютьгістерезісом. Якщо в повністю розмагніченому феромагнетику збільшувати напруженістьНдо деякої максимальної величиниHmaxі при цьому вимірювати величинуВіндукції, то графік отриманої залежностіВ(Н) являтиме собою криву початкового намагнічування (рис.3.2).
Рис. 3.2
При зменшенні HвідHmaxдо0та далі в область від’ємних значень графікB(H)пройде вище кривої початкового намагнічування, що обумовлено явищем гістерезіса. Після ряду повторних повільних змін напруженості в межах[-Hmax,Hmax] графік залежностіB(H)набуває вигляду симетричної петлі гістерезіса. На рис. 3.3 показано сім’ю таких петель, отриманих при різних величинах параметраHmax. Всі ці петлі розташовані всередині так званої граничної петлі гістерезіса, яку отримують при дуже великих значеннях параметраHmax. Характерними точками граничної петлі гістерезіса є:
-залишкова індукція Br– величина індукції, що залишається у феромагнетику приH=0, тобто при знятті зовнішнього магнітного поля;
- коерцитивна сила Hc–величина напруженості зовнішнього поля, яке треба прикласти до намагніченого зразка, щоб його повністю розмагнітити (тобто створитиB=0).
Рис. 3.3
Відносна
магнітна проникність
неоднаково залежить відHна різних
вітках петлі гістерезіса. Для забезпечення
однозначності розрахунків введеноосновну криву намагнічування –
геометричне місце вершин симетричних
петель гістерезіса, отриманих при різних
числових значеннях параметраHmax.
Однозначні залежностіB(H)для
феромагнітних матеріалів, які наведено
в довідниках, є саме основними кривими
намагнічування.
При великих числових значеннях напруженості Hвеличина індукціїBперестає змінюватися зі зростаннямHз причинимагнітного насиченняферомагнетика (рис. 3.3).
Феромагнітні матеріали розділяють на магнітном’які та магнітнотверді. Магнітном’які матеріали мають вузьку петлю гістерезіса(Hc200 A/м). Вони легко піддаються перемагнічуванню, тому їх застосовують у пристроях, у яких відбуваються швидкі періодичні зміни магнітного потоку (наприклад, у трансформаторах або генераторах).
Магнітнотверді матеріали мають широку петлю гістерезіса(Hc 4000 A/м). Їх досить важко перемагнітити, тому їх використовують для виготовлення постійних магнітів. Наочне порівняння петель гістерезіса для обох типів феромагнетиків дозволяє зробити рис. 3.4.
Рис. 3.4
Більш широку та детальну інформацію щодо феромагнетиків можна знайти в [1, 6, 9].
3.3. Магніторушійна сила. Магнітне коло
Як уже зазначалося, будь-яке магнітне поле породжене електричним струмом. Цей струм може протікати як в областях мікроскопічного масштабу (елементарні струми, які породжують поле постійних магнітів), так і в областях макроскопічного масштабу (струми в обмотках котушок індуктивності) і навіть у мегамасштабних областях (наприклад, струми в іонізованому міжзоряному газі). Здатність струму утворювати магнітне поле, тобто магнітний потік, характеризують магніторушійноюсилою МРС (за аналогією із ЕРС як здатністю електричного поля утворювати потік електричних зарядів, тобто струм). Кількісну характеристику МРС буде наведено в наступному підрозділі.
Магнітні елементи пристроїв автоматики та зв’язку сконструйовані таким чином, що магнітний потік утримується всередині певних елементів конструкції (звичайно, деяка частина магнітного потоку розсіюється, але це небажане явище). Найкраще утримують “у собі” магнітний потік феромагнетики.
Магнітним коломназивають сукупність феромагнітних елементів, призначену для підсилення, направляння та концентрації магнітного потоку, всі електромагнітні явища в якій можуть бути описані за допомогою понять магніторушійної сили, магнітної напруги та магнітного потоку.
Поняття магнітної напруги буде детально розглянуте в п.3.5.