25. Магнитные величины и ферромагнетики.

Основные физические величины, описывающие магнитное поле, известны из курса физики. К ним относятся магнитная индукция, магнитный поток, намагниченность, напряженность магнитного поля, магнитная проницаемость. Магнитная индукция В определяется силой, испытываемой единичным зарядом Q, движущимся в магнитном поле со скоростью V: . Магнитная индукция измеряется в теслах [Тл]. Магнитный поток - это поток вектора магнитной индукции через площадь S: . В однородном магнитном поле, перпендикулярном площади S, магнитный поток можно определить произведением скалярных величин: . Магнитный поток измеряется в веберах [Вб]: . Намагниченность есть магнитный момент единицы объема вещества: , где - вектор магнитного момента элементарного контура; Напряженность магнитного поля Н связана с магнитной индукцией В и намагниченностью М зависимостью: , где - магнитная постоянная, причем, Гн/м. Намагниченность и напряженность магнитного поля измеряются в А/м. Для магнитного поля в ферромагнитной среде связь между магнитной индукцией и напряженностью поля определяется выражением: , где - относительная магнитная проницаемость. О наличии магнитного поля судят по воздействию, которое оно оказывает на помещенные в него тела. Различают индукционное и электромеханическое воздействия. Индукционное воздействие магнитного поля состоит в том, что при перемещении проводника в постоянном магнитном поле в проводнике наводится электро-движущая сила. Если же это поле переменное, то Э.Д.С. возникает в неподвижном проводнике. На индукционном действии магнитного поля основана работа таких электромагнитных устройств, как трансформаторы, электрические генераторы, электроизмерительные приборы и др. Электромеханическое воздействие магнитного поля заключается в том, что на проводник с током в магнитном поле действует сила со стороны поля. На электромеханическом действии магнитного поля основана работа электрических двигателей, реле, электромагнитных муфт и др. устройств.

Ферромагнитные материалы характеризуют зависимостью магнитной индукции от напряженности магнитного поля: . Эта зависимость устанавливается опытным путем. На рис. 8.1. приведено ферромагнитное кольцо с обмоткой в виде витков провода. Если увеличивать ток в витках, то Н и В будут возрастать от нулевых значений по кривой начальной намагниченности (рис.8.2). Участок «оа» кривой есть начальная область, «аб» - область интенсивного намагничивания, «бв» - колено кривой, «вг» - участок насыщения, на котором намагниченность практически постоянная. Отношение называется абсолютной магнитной проницаемостью, причем, , где - относительная магнитная проницаемость.

О тносительная магнитная проницаемость зависит от Н и может изменяться от единиц до десятков тысяч. Она показывает, во сколько раз магнитная проницаемость материала больше магнитной проницаемости вакуума. Намагничивание сопровождается отставанием изменения вектора от вектора . Это обусловлено внутренним трением между границами областей самопроизвольного намагничивания и потерей энергии. Поэтому при циклическом изменении Н зависимость В=f(H) приобретает вид петли гистерезиса (рис.8.3). На рисунке В_r - остаточная намагниченность, Н_С - коэрцитивная сила. Площадь петли гистерезиса пропорциональна энергии, выделяющейся в единице объема ферромагнитного материала за один цикл перемагничивания. Ферромагнитные материалы бывают магнитотвердые и магнитомягкие. Магнитомягкие используются для изготовления магнитопроводов. К таким материалам относятся: -технически чистое железо (низкоуглеродистые стали), -листовая электротехническая сталь (железокремнистая), -железоникелевые стали (пермаллой). Кривые намагничивания этих материалов приведены на рис.8.4. Графики кривых начального намагничивания используется для выбора материалов при расчете электромагнитных устройств.