Начальная кривая намагничивания, Основная кривая намагничивания, Предельная петля гистерезиса

 

Начальная кривая намагничивания. Кривая, выражающая зависимость магнитной индукции от напряженности магнитного поля в процессе намагничивания, предварительно термически размагниченного (нагретого выше точки Кюри) магнитного материала при монотонном возрастании напряженности магнитного поля.

 

Основная кривая намагничивания. Кривая представляющая собой геометрическое место вершин симметричных петель магнитного гистерезиса, которые получаются при последовательно возрастающих максимальных значениях напряженности магнитного поля.

 

Петля гистерезиса. Замкнутая кривая, выражающая зависимость магнитной индукции материала от напряженности магнитного поля при периодическом достаточно медленном изменении последнего.

 

Предельная петля гистерезиса. Симметричная петля магнитного гистерезиса, максимальное значение намагниченности которой соответствует намагниченности технического насыщения

 

Кривая размагничивания. Часть нисходящей ветви петли магнитного гистерезиса между точкой, для которой равно нулю значение напряженности магнитного поля, и точкой, для которой равно нулю значение магнитной индукции.

 

Остаточная индукция. Индукция, сохраняющаяся в магнитном материале после намагничивания его до насыщения и уменьшения напряженности магнитного поля в нем до нуля.

 

Коэрцитивная сила. Величина, равная напряженности магнитного поля, необходимого для изменения магнитной индукции от остаточной индукции до нуля.

 

Начальная магнитная проницаемость. Значение абсолютной магнитной проницаемости, деленной на магнитную постоянную, на начальной или основной кривой намагничивания при стремлении напряженности поля к нулю.

 

 

Максимальная магнитная проницаемость. Максимальное значение абсолютной магнитной проницаемости, деленной на магнитную постоянную, как функции напряженности магнитного поля в процессе получения начальной кривой намагничивания.

 

Относительная магнитная проницаемость . Отношение магнитной индукции к напряженности магнитного поля в материале, деленное на магнитную постоянную.

 

Дифференциальная магнитная проницаемость. Производная от магнитной индукции по напряженности магнитного поля в данной точке кривой намагничивания, деленной на магнитную постоянную

 

Импульсная магнитная проницаемость Отношение приращения индукции к приращению напряженности магнитного поля в материале при намагничивании импульсом тока определенной формы, амплитуды и длительности, деленное на магнитную постоянную..

 

Удельные магнитные потери. Мощность, поглощаемая в единице массы магнитного материала и рассеиваемая в виде тепла при воздействии на материал меняющегося во времени магнитного поля

 

Удельные потери на гистерезис. Часть удельных магнитных потерь, обусловленная явлением магнитного гистерезиса.

 

Удельные потери на вихревые токи. Часть удельных магнитных потерь, обусловленная вихревыми токами.

 

Тангенс угла магнитных потерь tgd_M. Тангенс угла дополняющего до 90 ⁰ угол сдвига фаз между током и напряжением в катушке индуктивности.

 

Парамагнетики – это вещества с магнитной восприимчивостью k_m, несколько большей единицы и независящей от напряженности внешнего магнитного поля. Парамагнетизм обусловлен главным образом ориентацией магнитных доменов отдельных атомов, которые находятся в хаотическом тепловом движении, в одном направлении при внесении вещества в магнитное поле. В парамагнетиках атомы имеют элементарные магнитные моменты даже при отсутствии внешнего магнитного поля, однако, вследствие хаотического движения атомов эти моменты распределяются хаотически. К парамагнетикам относят закись азота, щелочные металлы и др.

 

Диамагнетики – это вещества, характеризующиеся тем, что ослабляют внутри себя то магнитное поле, которое действует снаружи. Это возникает вследствие того, что их намагниченность направлена против внешнего магнитного поля, т.е. магнитная восприимчивость отрицательна (k_м <0) и очень мала. В чистом виде диамагнетизм имеет место только в тех веществах, у которых существует полная компенсация как орбитальных, так и спиновых моментов. К этим веществам относятся все инертные газы, водород, азот, хлор, аммиак, неметаллы (кремний, фосфор, сера и др.), большинство органических соединений, и ряд металлов: медь, серебро, золото , свинец, висмут, и др. Внешне диамагнетики проявляются в том, что они выталкиваются из неоднородного магнитного поля.

 

Магнитострикция - это явление изменения линейных раз­меров магнитного материала при его намагничивании. Количест­венной характеристикой величины магнитострикции материала яв­ляется константа l_s, называемая магнитострикционной деформацией насыщения: ,

где - изменение длины образца l₀ в направлении поля при уве­личении его напряженности от нуля до величины H_s, вызывающей техническое насыщение.

Это явление характерно для всех магнитных материалов. Константа l_s может быть положительной и отрицательной. В случае ее нулевого значения на магнитные свойства не оказывают влияния внутренние механические напряжения в материале и внешние механические усилия, вызываемые сдавливающим действием обмоток, стяжкой сердечников крепежом и т. д. Явление магнитострикции может быть использовано также и в полезных целях.

 

Домены – это области ферромагнитного вещества макроскопического размера с равновероятным распределением направлений магнитных моментов, вследствие чего результирующий магнитный момент тела оказывается равным нулю.

Существование доменов было подтверждено экспериментально (скачки Баркгаузена, порошковые фигуры Акулова- Биттера и т.п.) Линейные размеры доменов составляют от тысячных до десятых долей миллиметра, магнитный момент равен приблизительно 10¹⁵ магнитных моментов отдельного атома. Домены разделены между собой граничными стенками, в которых происходит постепенное изменение вектора намагниченности одного домена по отношению к направлению вектора намагниченности соседнего домена.

 

Магнитная анизотропия – изменение способности намагничивания в кристаллах по разным направлениям (направлениям легкого и трудного намагничивания).

 

Ферромагнетики – это вещества, обладающие исключительно большими положительными значениями k_m, доходящими до сотен тысяч и миллионов, и сложной не линейной зависимостью её от температуры и внешнего магнитного поля.

Ферримагнетики - это ряд кристаллических веществ, у которых магнитные моменты атомов ориентированы в противоположных направлениях с преобладанием одного из них. Такие вещества принято называть ферритами.

.Антиферромагнетизм – это явление, характеризующееся наличием антиферромагнитного порядка, который заключается в том, что в отсутствие внешнего магнитного поля магнитные моменты одинаковых соседних атомов или ионов вследствие взаимодействия ориентированы антипараллельно, так что результирующий магнитный момент равен нулю.

 

Магнитная вязкость – это сложное явление, механизм которого можно пояснить следующими факторами:

· Инертностью спинов электронов и их взаимодействием с кристаллической решеткой. Время установления нового магнитного состояния по этой причине составляет 10^-8 – 10^-10 с, т.е. этот вид вязкости существует в магнитных полях высокой частоты;

· Вихревыми токами, которые возникают при движении границ доменов;

· Диффузией атомов примесей в кристаллической решетке, которые задерживают движение доменных границ при изменении поля, что приводит изменению намагниченности с достаточно большим временем установления;

· В результате тепловой или магнитной флуктуации некоторые домены получают меньшую энергию, чем необходима им для перемагничивания и поэтому находятся в неустойчивом состоянии.

 

Магнитомягкие материалы – это материалы с малой величиной коэрцитивной силы (менее 4кА/м). Характерными свойствами магнитомягких материалов является их способность намагничиваться до насыщения уже в слабых полях ( высокая магнитная проницаемость) и малые потери на перемагничивание.

 

Магнитотвердые материалы (материалы для постоянных магнитов)– это материалы с большой величиной коэрцитивной силы ( более 4 кА/м). Они должны обладать возможно большей удельной энергией.

 

Иттриевые ферриты-гранаты с частичным замещением в некоторых марках ионов иттрия и железа ионами других элементов (например, алюминия) характеризуются наиболее узкими значениями ширины линии гиромагнитного резонанса. Среди ферритов применяемых в низкочастотной области диапазона СВЧ, они являются наиболее распространенными. Их применяют также и в устройствах СВЧ, работающих на других частотах, что объясняется малыми диэлектрическими потерями при относительно высокой намагниченности.

Литиевые ферриты обладают высокой термостабильностью и хорошей прямоугольностью петли гистерезиса, что особо важно для создания ферритовых устройств СВЧ с магнитной памятью.

Магниевые ферриты применяют в средней части сантиметрового диапазона. Для них характерны малые значения магнитных и диэлектрических потерь, но относительно низкая термостабильность.

Никелевые ферриты имеют высокие значения намагниченности насыщения и относительно небольшую ширину линии гиромагнитного резонанса. Их используют в основном в миллиметровом диапазоне волн и в коротковолновой части сантиметрового диапазона. Преимущество этой группы ферритов – высокая термостабильность.

Магниевые ферроалюминаты и магниевые феррохромиты применяют в длинноволновой части диапазона СВЧ. Их недостаток – малая термостабильность( низкие значения точки Кюри).

Никелевые феррохромиты применяют в резонансных устройствах, работающих при высоком уровне мощности.

 

Таблица 5.1. Некоторые характеристики магнитомягких низкочастотных материалов

Материалы	Начальная магнитная проницаемость	Макси- мальная магнитная проницаемость	Коэр-цитив-ная сила, А/м	Индукция насыщения, Тл	Удельн. сопротивление, мкОм..м
Технически чистое железо	250-400	3500-4500	50-100	2,18	0,1
Электролитическое железо				2,18	0,1
Карбонильное железо	2000-3000	20000-21500	6,4	2,18	0,1
Монокристалл железа в направлении [100]	> 20000		0,8	2,2	0,097
Электротехническая сталь	200-600	3000-8000	10-65	1,95-2,02	0,25-0,6
Низконикелевый пермаллой	1500-4000	15000-60000	5-32	1,0-1,6	0,45-0,9
Высоконикелевый пермаллой	7000-100000	50000-300000	0,65-5	0,65-1,05	0,16-0,85
Суперпермаллой 79% Ni, 5% Мо, 15% Fe, 0,5% Mn		до 1500000	0,3	0,8	0,6
Альсифер 4,5% Si, 5,6% Al, ост. Fe			1,8		0,8

 

 

Таблица 5.2. Группы и марки ферритов

 

Гру-ппа	Название группы	Использование	Марки
			никель-цинковые	Марганцево-цинковые
I	Общего назначения	Как сердечники трансформаторов, дросселей, антенн на частотах до 30 МГц	100НН, 400НН 600НН, 1000НН 2000НН	1000НМ, 1500НМ, 2000НМ, 3000НМ
II	Термостабильные	Имеют температурно стабильные параметры, никель-цинковые до 100 МГц, марганцево-цинковые - до 3 МГц	7ВН, 20ВН, 30ВН, 50ВН, 100ВН, 150ВН	700НМ, 1000НМЗ, 1500НМЗ, 2000НМЗ
III	С высокой проницаемостью	Как сердечники трансформаторов, статических преобразователей	—	4000НМ, 6000НМ, 10000НМ, 20000НМ
IV	Для телевизионной техники	Сердечники строчных трансформаторов	—	2500НМС1 3000НМС
V	Для импульсных трансформаторов	Сердечники импульсных трансформаторів	300ННИ, 350ННИ, 450ННИ, 1000ННИ, 1100ННИ	1100НМИ
YI	Для перестраиваемых контуров	Сердечники контуров	10ВНП, 35ВНП, 55ВНП, 60ВНП, 65ВНП, 90ВНП, 150ВНП, 300ВНП,	—
YП	Для широкополосных трансформаторов	Сердечники мощных согласующих трансформаторов	50ВНС, 90ВНС, 200ВНС, 300ВНС	—
VШ	Для магнитных головок	Изготовление сердечников головок записи, воспроизведения, стирания	500НТ, 500НТ1, 1000НТ, 2000НТ	500МТ, 1000МТ, 2000МТ, 5000МТ
IХ	Для датчиков температуры	Сердечники индуктивных датчиков температуры	1200НН, 800НН, 1200Н1	—
Х	Для магнитного экранирован.	Экраны радиочастотных полей	200ВНРП, 800ВНРП	—
ХІ	Для устройств, работающих на эффекте ядерного спинового эха	Как материалы ядерного магнитного резонанса	1,5СЧИ, 3,0СЧИ	—

 

 

Таблица 5.3. Свойства некоторых ферритов

 

Марка	Начальная магнитная проницаемость	Максимальная магнитная проницаемость	Коэр-цетивная сила, A/м	Остаточная индукция, Тл	Граничная частота МГц	Удельное сопротивление, Ом.м	Группа
20000НМ 6000НМ	4800-8000		0,24	0,11 0,11	0,1 0,5	0,001 0,1	Ш
1000НН   600НН	800-1200 500-800			0,1   0,12			І
2000НМ1   700НМ1 100ВН	1700-2500 550-850 80-120			0,12   0,05, 0,15	1,5	105	II
300ВНП	286-350			0,13		106	VI
200ВНС 50ВНС	180-220 45-65			0,11 0,14		103	VII

 

Таблица 5.4.

Основные параметры магнитодиэлектриков

 

Марка	Начальная магнитная проницаемость	Магнитные потери на частоте 100 кГц, tgdМ	Температурный коэффициент магнитной проницаемости, К-1	Граничная частота, МГц	Материал
ТЧ90	79-91	8,3.10-2	- 6.10-4	0,02	альсифер
ВЧ32	28-33	9,9.10-3	- 2,5.10-4	0,2	альсифер
ВЧК22	19-24	4,6,3.10-3	± 5.10-5	0,7	альсифер
Р10	13-15	(1,5-2,5).10-4	(2,5- 8). 10-5		карбонильное железо
Р100	9-10	(5-10).10-5	(5-10).10-5		карбонильное железо
ПС	11.13	0,2.10-3	(2,5-10).10-5		карбонильное железо
П250		3.10-4	2.10-4	0,03	пермаллой

 

 

Таблица 5.5.

Магнитные свойства сплавов для изготовления постоянных магнитов

 

Марка сплава	Состав	WD, кДж/м3	НС, кА/м	Вr, Тл	Особенности структуры
1. Литые высококоэрцетивные сплавы
ЮНТС	Fe-Ni-Al, легированные титаном и кремнием	4,0		0,43	Равновесная кристаллическая структура
ЮНДК18	Fe-Ni-Al-Со, легированные медью	9,7		0,9	Равновесная кристаллическая структура
ЮН15ДК24	Fe-Ni-Al-Со, легированные медью			1,15	Равновесная кристаллическая структура
ЮНДК31Т3БА	Fe-Ni-Al-Со, легированные медью , титаном, кобальтом			1,15	Столбчатые
ЮНДК35Т5АА	Fe-Ni-Al-Со, легированные медью, титаном, кобальтом			1,05	Монокристаллические
ЮНДК40Т8АА	Fe-Ni-Al-Со, легированные медью, титаном, кобальтом			0,9	Монокристаллические
2. Металлокерамические магниты
ММК4	Fe-Ni-Al-Со,	4,5		0,55	—
ММК8	Fe-Ni-Al-Со			1,10	—
ММК11	Fe-Ni-Al-Со			0,7	—
3. Магнитотвердые ферриты
6БИ240	ВаО.6Fe2O3			0,19	изотропные
16БА190	ВаО.6Fe2O3			0,3	анизотропные
25БА150	ВаО.6Fe2O3	12,5		0,38	анизотропные
24БА210	ВаО.6Fe2O3	12,0		0,37	анизотропные
11КА135	СоО.Fe2O3	5,5		0,24	анизотропные
2КА	СоО.Fe2O3	7,5		0,28	анизотропные
4. Сплавы на основе редкоземельных элементов
КС37	SmCo5			0,77	—
КСП37	SmО,5PrO,5Co5			0,90	—