Магнитные свойства веществ

Все вещества: твердые, жидкие и газообразные в зависимости от магнитных свойств делятся на:

· ферромагнитные: железо, никель, кобальт и их сплавы, обладают сильными магнитными свойствами; к магнитам притягиваются; µ_отн =40-200000.

· парамагнитные: алюминий, олово, хром, марганец, платина, вольфрам, растворы солей железа и др. Парамагнитные материалы притягиваются к магнитам и электромагнитам в тысячи раз слабее, чем ферромагнитные материалы; µ_отн >1 (1,0037).

· диамагнитные: медь, серебро, золото, свинец, цинк, смола, вода, воздух и другие газы; от магнитов отталкиваются; µ_отн <1 (0,999).

В ферромагнитных материалах (ФМ) магнитная индукция значительно больше, чем в неферромагнитных материалах при одной и той же напряженности магнитного поля (т.е. при одной и той же намагничивающей силе).

Ферромагнитные материалы, помещенные в магнитное поле, намагничиваются – т.е. сами становятся источниками магнитного поля и благодаря способности намагничиваться их широко применяют при изготовлении электрических машин, аппаратов и других электротехнических установок.

График перемагничивания имеет вид петли, которая называется петлей Гистерезиса (рис.2.8). Гистерезис – переводится как запаздывание. При изменении напряжённости намагничивающего поля Н происходит отставание в изменении магнитной индукции В.

Объясняется тем, что молекулярные магнитики недостаточно эластичны: однажды ориентированные внешним магнитным полем, они не возвращаются в первоначальное положение после удаления магнитного поля.

Поместим стержень внутрь катушки и начнём его намагничивать, пропуская через катушку ток.

На участке АБ - с увеличением Н возрастает В;

БВ - рост В замедляется, т.к. сокращается количество согласованно ориентированных доменов;

Кривая первоначального намагничивания - АБВГ - (основная) кривая, которой пользуются при расчете магнитных цепей (определяет состояние намагничивания).

Начнём теперь уменьшать ток до нуля.

ГДЕ – с уменьшением Н уменьшается В, стержень размагничивается;

АЕ – остаточная индукция, после отключения тока катушки;

ЕЖ – размагничивание стрежня вследствие изменения направления тока.

ЕЖ - коэрцитивная сила – значение напряженности поля, при которой магнитная индукция в ферромагнитном материале уменьшается до нуля.

Магнитный гистерезис – явление, при котором размагничивание стержня запаздывает по сравнению с уменьшением напряженности поля.

Чтобы размагнитить магнит, необходимо свести к нулю остаточную индукцию. Проще всего это сделать при помощи переменного поля, постепенно удаляя стальной сердечник из него (или удалением поля от сердечника). Петля Гистерезиса при этом будет становиться всё меньше и меньше, и затем, при слабом поле петля исчезнет, т.е. остаточная индукция станет равна нулю. Для размагничивания обычно используют переменный ток.

Контрольные вопросы

1. Как подразделяются вещества в зависимости от магнитных свойств?

2. Какие вещества называются ферромагнитными?

3. Какие вещества называются парамагнитными?

4. Какие вещества называются диамагнитными?

5. Что такое петля Гистерезиса?

Магнитная цепь

Магнитная цепь – устройство, содержащее сердечники из ферромагнитных материалов, через которые замыкается магнитный поток.

Магнитные цепи являются составными частями электротехнических установок: двигателей, генераторов, трансформаторов, реле и других устройств.

Источником намагничивающей силы является обычно обмотка (катушка) с током или постоянный магнит.

Магнитопроводы предназначены для усиления магнитного потока и придания магнитному полю определенной конфигурации. Иногда магнитопровод может включать воздушные промежутки. В качестве материала для магнитопроводов применяются ферромагнитные материалы, чтобы сосредоточить магнитное поле в определенной части аппарата.

Например:

Магнитная цепь электромагнитного реле (рис.2.9, а) состоит из трёх участков: сердечника 2, якоря 4 и двух воздушных зазоров 6. По замкнутому контуру, образованному этими участками, проходит магнитный поток 3, создаваемый током катушки 1. При переходе через воздушные зазоры, разделяющие сердечник и якорь, часть магнитного потока замыкается по воздуху, т.е. не проходит через якорь, - возникает поток рассеяния 5.

Рисунок 2.9. Магнитная цепь

а) электромагнитного реле: 1 – катушка; 2 – сердечник; 3 – магнитный поток; 4 – якорь;

5 – магнитный поток рассеяния; 6 – воздушный зазор;

б) машины постоянного тока: 7 – катушка; 8 – полюса; 9 – якорь; 10 – остов; 11 – воздушный зазор

Магнитное поле в магнитной цепи электрической машины постоянного тока создаётся током катушек 7 (рис.2.9, б), расположенных на полюсах 8. Эти катушки называют обмотками возбуждения. Создаваемый ими магнитный поток проходит через сердечники полюсов, вращающуюся часть машины - якорь 9, воздушные зазоры 11 между полюсами и якорем и замыкается через остов 10.

Способность тока возбуждать магнитное поле оценивается магнитодвижущей силой (м.д.с.). Измеряется в амперах.

Магнитодвижущая сила F проводника с током равна силе этого тока I: F=I.

Рисунок 2.10. Замкнутый контур магнитной цепи, сцепленный с тремя

электрическими токами (а) и катушкой с током (б)

В общем случае, когда замкнутый контур охватывает несколько токов (рис. 2.10, а), то суммарная магнитодвижущая сила равна их алгебраической сумме F=ΣI. (Закон полного тока).

М.д.с. катушки (рис. 2.10, б) равна произведению тока I на число её витков W, т.к. замкнутый контур магнитной цепи, сцеплённый с катушкой, охватывает ток I не один раз, а W раз, т.е.: F= WI.

Закон Ома для магнитной цепи:

«Магнитный поток Ф, проходящий по магнитной цепи, равен магнитодвижущей силе F, деленной на магнитное сопротивление цепи R_М ».

Ф= ; R_м=

Магнитный поток, создаваемый катушкой, зависит от длины магнитной цепи ℓ, числа витков w, поперечного сечения S и магнитной проницаемости µ_а: Ф= /µ_аS