Пояснения к работе. При намагничивании размагниченного ферромагнитного материала индукция магнитного поля В(Тл) нелинейно зависит от напряженности внешнего магнитного поля

При намагничивании размагниченного ферромагнитного материала индукция магнитного поля В (Тл) нелинейно зависит от напряженности внешнего магнитного поля Н (А/м). Графически зависимость , которая называется основной кривой намагничивания, имеет вид, приведенный на рис. 4.1 (кривая OA).

Рис. 4.1. Основная кривая намагничивания и петля гистерезиса
ферромагнитного материала

Аналитически кривую намагниченности можно описать как

(4.1)

где μ – абсолютная магнитная проницаемость материала.

На практике удобнее пользоваться относительной магнитной проницаемостью

(4.2)

где μо = 4π × 10^–7 Гн/м - магнитная постоянная вакуума.

Тогда (4.1) с учетом (4.2) представляется в виде

(4.3)

Следовательно, магнитная проницаемость является важной физической характеристикой магнитных свойств материала, так как характеризует реакции вещества на внешнее магнитное поле. Эта величина позволяет сравнивать между собой различные материалы. Например, у диамагнетиков μ_r < 1, у парамагнетиков μ_г > 1, у ферромагнетиков μ_r >> 1. К диамагнетикам относится большинство органических веществ: водород, инертные газы, азот, хлор, вода, ряд металлов: Сu, Ag, Hg, Zn, Au, Be, Cd, Рb, В, Ga, Sb, а также графит, стекло и др.

К парамагнетикам относятся соли железа, кобальта, никеля, воздух, кислород, окись азота, щелочные металлы, а также Mg, Сa, Al, Сr, Нg, Мo, Pt, Рd и др. Следует отметить, что у парамагнетиков магнитная проницаемость не зависит от напряженности внешнего магнитного поля.

К ферромагнетикам относятся Fе, Ni, Со и их сплавы, ферриты – соединения типа шпинели МeО × Fe₂O₃ и граната 3МеО × 5Fe₂O₃, где Me – двухвалентный металл: Fe, Ni, Mn, Zn, Со, Сu, Cd, Mg и др.

Характерными особенностями ферромагнитных материалов являются большая величина относительной магнитной проницаемости и зависимость ее от напряженности магнитного поля (рис. 4.2).

Величину μ_r для различных значений Н можно определить по кривой намагничивания как

(4.4)

Рис. 4.2. Типичная зависимость относительной магнитной проницаемости

от напряженности магнитного поля

Одной из характеристик материала является начальная магнитная проницаемость μ_H, которая определяется в слабых магнитных полях (обычно при Н = 0,1 А/м). Кривая намагничивания OA (рис. 4.1) получена при условии, что материал предварительно был размагничен. При периодическом изменении напряженности от + Н_m до – Н_m магнитная индукция изменяется по циклу В_S – Вr – 0 – Bs – Br – 0 – Bs (рис. 4.1), т. е. наблюдается график зависимости B(H) в виде петли гистерезиса исследуемого магнитного материала. Магнитный гистерезис – отставание намагниченности ферромагнитного материала от внешнего магнитного поля, и вследствие этого, неоднозначная зависимость магнитной индукции от напряженности внешнего магнитного поля. Магнитный гистерезис обусловлен необратимым изменением магнитных свойств ферромагнетика под влиянием тех магнитных процессов, которым он ранее подвергался. Как видно из рис. 4.1, если ферромагнетик намагнитить до насыщения B_s, а затем отключить внешнее поле, то индукция в нуль не обратится, а примет значение остаточной индукции В_r. Чтобы убрать остаточную индукцию, необходимо приложить магнитное поле противоположного направления. Напряженность размагничивающего поля Н_c, при которой индукция в ферромагнетике, предварительно намагниченном до насыщения, обращается в нуль, называется коэрцитивной силой. Для различных амплитудных значений напряженности внешнего поля можно получить семейство петель гистерезиса. Петля гистерезиса, полученная при индукции насыщения, называется предельной. Остаточная индукция В_r и коэрцитивная сила Н_c являются параметрами предельной петли гистерезиса. Совокупность вершин петель гистерезиса с индукциями меньше насыщения образует основную кривую намагничивания.

Циклическое перемагничивание материала происходит с определёнными потерями энергии, выделяющейся внутри материала в виде тепла. Они пропорциональны площади петли гистерезиса за один цикл перемагничивания

(4.5)

и складываются из потерь на перемагничивание, вихревые токи и ма­г­нитное последействие. Удельные потери – это потери, отнесенные к единице объема или массы.