К магнитным материалам относятся железо, кобальт и никель в технически чистом виде и многочисленные сплавы на их основе. Наибольшее распространение получили технически чистое железо, стали и сплавы на основе никеля и железа. Такие материалы называются ферромагнитными, или ферромагнетиками, так как железо является основой всякого магнитного материала.
Отличительной чертой всех ферромагнитных материалов является их способность намагничиваться в магнитных полях. Обычно говорят, что они намагничиваются во внешнем магнитном поле. Таким полем может быть поле, создаваемое электрическим током, или поле другого магнита. В результате намагничивания в ферромагнитном материале возникает магнитный поток, измеряемый в веберах (Вб).
Состояние намагниченности магнитных материалов принято определять магнитным потоком, проходящим через один .квадратный метр площади поперечного сечения магнитного материала. Эта величина магнитного потока называется магнитной индукцией. Она обозначается буквой В и измеряется в тесла (Тл) = Вб/м². Магнитную индукцию выражают также в гауссах (Гс). Соотношение этих двух единиц: 1 Тл =10⁶ Гс. Иногда пользуются дробной единицей тесла (Вб/см²). Величина магнитной индукции следующим образом зависит от напряженности магнитного поля Н и магнитной проницаемости материала μа;
В = μаН Тл, (формула №12) где μа = μ0 μ - абсолютная магнитная проницаемость ферромагнитного
материала, измеряемая в Гн/м;
μ0 — магнитная постоянная, причем μ0 = 4π • 10¯ 7Гн/м;
μ — относительная магнитная проницаемость — величина безразмерная.
Эта характеристика широко применяется для оценки свойств магнитных материалов. В дальнейшем будем называть μ магнитной проницаемостью.
В формуле (12) величина напряженности Н магнитного поля измеряется в амперах на метр (А/м). Часто пользуются дробной единицей А/см.
Из формулы видно, что чем больше магнитная проницаемость, тем лучше намагничивается магнитный материал.
Напряженность магнитного поля иногда выражают в эрстедах (э). Соотношение этих двух единиц измерения напряженности магнитного поля равно
1 А/см — 1,256 э.
Если напряженность магнитного поля плавно увеличивать от нуля до Н, то магнитная индукция В помещенного в это поле материала будет возрастать по кривой, называемой кривой первоначального намагничивания, приведенной на рис. 169.
Рис.169. Кривая зависимости магнитной индукции от величины напряженности магнитного поля(В – гс, Н – а/см). .
Рис.170. Кривая зависимости магнитной проницаемости от величины
напряженности магнитного поля.
Такие графики для ферромагнитных материалов имеют одинаковый вид. Из графика видно, что магнитная индукция В вначале быстро возрастает, затем при больших напряженностях Н рост индукции снижается, а начиная с величины ее В$ почти не изменяется. Эта величина индукции, характерная для всех магнитных материалов, получила название магнитная индукция насыщения.
График зависимости магнитной проницаемости μ от величины напряженности магнитного поля Н для всех ферромагнетиков имеет тоже одинаковый вид (рис.170).
Если напряженность магнитного поля Н близка к нулевому значению, то величина μ называется начальной магнитной проницаемостью и обозначается . При увеличении напряженности поля магнитная проницаемость быстро возрастает и достигает наибольшего значения μм, а затем уменьшается. Величины являются характеристиками магнитных материалов. Они показывают способность материала намагничиваться.
Во всех ферромагнитных материалах наблюдается явление, которое известно под названием магнитного гистерезиса1. Оно проявляется при намагничивании материала сначала в одном, а затем в противоположном направлении (рис.171 ).
Рис. 171. Начальная кривая намагничивания и петля гистерезиса.
Если магнитный материал подвергнуть намагничиванию, непрерывно повышая напряженность магнитного поля Н, то магнитная индукция В будет возрастать по кривой начального намагничивания. На рис.171 эта кривая выходит из точки О и заканчивается в точке, соответствующей индукции насыщения . При уменьшении напряженности Н значения индукции В будут понижаться. Однако они не будут совпадать с прежними величинами В, а будут заметно превосходить их. Поэтому, когда напряженность поля станет равной пулю (Н = 0), индукция не будет равна нулю, а будет равна какой-то величине .
Эта индукция называется остаточной магнитной индукцией.
Дальнейшее размагничивание материала осуществляют увеличением напряженности магнитного поля противоположного направления — Н. Напряженность поля, при которой индукция станет равной нулю, называется коэрцитивной силой Нс. Если после этой точки магнитный материал намагничивать в противоположном направлении, то он достигнет индукции насыщения противоположного направления. Дальнейшее изменение
напряженности поля до Н = 0 и новое намагничивание в первоначальном направлении дает повторение хода кривой, образуя замкнутую петлю. Она называется петлей гистерезиса. Площадь этой петли пропорциональна потерям энергии на перемагничивание РГ (гистерезис) данного магнитного материала.