3.3.4. Магнітні матеріали I їх застосування

Дослідження О.Г. Столєтова дали можливість класифікувати магнітні матеріали на м'які і тверді.

До м'яких магнітних матеріалів належать такі, для яких магнітна проникність велика, а коерцитивна сила мала (петля гістерезису вузька). Такими є чисте залізо, залізокремнієві сплави (трансфор­маторне і динамне залізо), залізонікелеві сплави та ін.

М'які магнітні матеріали використовують в установках із змінни­ми магнітними полями, наприклад у трансформаторах, індукційних котушках. При використанні таких осердь втрати енергії на пере­магнічування їх незначні.

До твердих магнітних матеріалів належать такі, для яких коерци­тивна сила і залишкова індукція великі. Тверді магнітні матеріали використовують для побудови постійних магнітів, які є складовою частиною магнітоелектричних вимірю­вальних приладів, динаміків тощо.

Названі магнітні матеріали мають малий питомий опір, а тому у змінних магнітних полях спричинюють значні втрати енергії на індукційні струми. Щоб запобігти таким втратам, використовують напівпровідникові феромагнетики - ферити. Вони мають дуже великий опір.

Ферити - це тверді розчини оксиду заліза Fе₂О₃ і оксиду одно­валентного або двовалентного металу Ni, Zn, Sі, Сd, Си, Рb та ін. Виготовляють ферити спіканням при температурі 1100—1600 К добре перемішаних порошкоподібних компонент. Особливого значення набули магній-марганцеві ферити з коерцитивною силою 160 000— 240 000 А/м. їх використовують у запам'ятовуючих пристроях ЕВМ.

3.4. Електромагнітна індукція. Закон електромагнітної індукції

План лекції

3.4.1. Потік магнітної індукції (магнітний потік)

3.4.2.Електромагнітна індукція. Досліди Фарадея

3.4.3. Закон Ленца

3.4.4. Основний закон електромагнітної індукції

3.4.1. Потік магнітної індукції (магнітний потік)

Нехай лінії магнітної індукції пронизують якусь невелику пло­щину dS (рис. 3.9). Можна вважати, що в межах площини dS магнітне поле однорідне. Потоком вектора магнітної індукції, або магнітним потоком, називається скалярна фізична величина:

, (3.23)

де — зовнішня нормаль до площини dS, - проекція вектора напрям нормалі.

Повний потік через поверхню S буде:

. (3.24)

Рис. 3.9. Визначення магнітного потоку

Якщо магнітне поле однорідне, а поверхня плоска і перпендику­лярна до В, то

В= . Тоді:

. (3.25)

Найменування й одиниця Ф у СІ: 1Вб (вебер).

3.4.2. Електромагнітна індукція. Досліди фарадея

Вивчення магнетизму показало, що магнітне поле є невід'ємною компонентою електричного струму. Керуючись ідеєю про існування взаємозв'язків у явищах природи, М. Фарадей, слідом за відкриттям магнітного поля струму, зафіксував у записній книжці завдання: «Перетворити магнетизм в електрику».

М. Фарадей помітив, що коли замкнути струм в одній котушці, то в другій, сусідній з нею, котушці, замкнутій на гальванометр, виникає корот­кочасний струм. На різних дослідах М. Фарадей показав, що при всяких змінах магнітного поля в області, обмеженій контуром провідника, в останньому виникає електрорушійна сила індукції. Це явище Фарадей назвав електромагнітною індукцією, а наведений струм - індукційним.

Рис. 3.10. Досліди М.Фарадея з котушками

Досліди Фарадея проводять так: беруть котушку К₁ із струмом І₁, і котушку К₂ без струму. Кінці котушки К₂ приєднують до гальвано­метра (рис. 3.10). Індукційний струм І₂ виникає в тих випадках, коли: 1) котушки деформують або переміщують одну відносно одної; 2) коло К₁ замикають або розмикають; 3) змінюють реостатом R струм І_1. У першому випадку механічна енергія перетворюється на електричну. У другому й третьому випадках електричну енергію переносить з першого контура в другий магнітне поле струму І_1.

Рис. 3.11. Досліди М.Фарадея з постійним магнітом

В явищі електромагнітної індукції істотне значення має не зміна сили навідного струму І₁, а зміна його магнітного поля. Щоб переконатися в цьому, замість котушки К₁ беруть постійний магніт (рис. 3.11). Індукційний струм виникає у випадках відносного переміщення пос­тійного магніту й котушки.

Усі попередні досліди показують, що ЕРС електромагнітної ін­дукції виникає завжди тоді, коли змінюється потік ліній магнітної індукції Ф через площу, обмежену контуром К₂ (рис. 3.11), неза­лежно від того, чим зумовлена ця зміна потоку індукції.