Читайте также:
- III. Основная работа по подготовке системы качества к сертификации
- X. Основная теорема статики.
- В прямых проекциях основная и нормальная сетки совпадают. В косых и поперечных проекциях такого совпадения нет.
- Дифракционная решетка. Основная формула решетки
- Задачи, решаемые при криминалистическом исследовании фото-, видео- и звукозаписывающих средств и материалов.
- Занятие 1. Психодиагностический метод, его основная направленность и требования к нему.
- Кривая начального намагничивания ферромагнетика
- Кривая нормального распределения и ее параметры
- Кривые абсцисс ЦВ и центров тяжести площадей ватерлиний. Кривая аппликат ЦВ
- Криминалистическое исследование лакокрасочных покрытий и материалов.
- Магнитная проницаемость ферромагнитных и неферромагнитных материалов.
- Механизм образования следов веществ и материалов.
Петля гистерезиса ферромагнитных материалов, остаточная магнитная индукция и коэрцитивная сила.
Магнитный гистерезис — явление зависимости вектора намагничивания и вектора напряженности магнитного поля в веществе не только от приложенного внешнего поля, но и от предыстории данного образца. Магнитный гистерезис обычно проявляется в ферромагнетиках — Fe, Co, Ni и сплавах на их основе. Именно магнитным гистерезисом объясняется существование постоянных магнитов. 
Стрелками указано направление процессов намагничивания и размагничивания ферромагнитного образца при изменении индукции B0 внешнего магнитного поля
Остаточная индукция Bост — индукция магнитного поля на обратном ходе петли гистерезиса при нулевой напряженности магнитного поля.
Петля гистерезиса — зависимость индукции от напряженности магнитного поля при изменении поля по циклу: подъем до определенного значения — уменьшение, переход через нуль, после достижения того же значения с обратным знаком — рост и т.п.
Коэрцитивная сила Нс — напряженность поля на обратном ходе петли гистерезиса при которой достигается нулевая индукция.
1 – электротехническая сталь, 2 – литая сталь, 3 – чугун.
Кривая намагничивания. Процесс намагничивания ферромагнитного материала можно изобразить в виде кривой намагничивания (рис. 44, а), которая представляет собой зависимость индукции В от напряженности Н магнитного поля. Так как напряженность магнитного поля определяется силой тока, посредством которого намагничивается ферромагнитный материал, эту кривую можно рассматривать как зависимость индукции от намагничивающего тока I.
Кривую намагничивания можно разбить на три участка: Оа, на котором магнитная индукция возрастает почти пропорционально намагничивающему току (напряженности поля); аб, на котором рост магнитной индукции замедляется («колено» кривой намагничивания), и участок магнитного насыщения за точкой б, где зависимость В от H становится опять прямолинейной, но характеризуется медленным нарастанием магнитной индукции при увеличении напряженности поля по сравнению с первым и вторым участками кривой.
Следовательно, при большом насыщении ферромагнитные вещества по способности пропускать магнитный поток приближаются к неферромагнитным материалам (магнитная проницаемость их резко уменьшается). Магнитная индукция, при которой происходит насыщение, зависит от рода ферромагнитного материала.
Рис. 44. Кривая намагничивания ферромагнитного материала (а) и петля гистерезиса (б)
Чем больше индукция насыщения ферромагнитного материала, тем меньший намагничивающий ток требуется для создания в нем заданной индукции и, следовательно, тем лучше он пропускает магнитный поток.
Магнитную индукцию в электрических машинах, аппаратах и приборах выбирают в зависимости от предъявляемых к ним требований. Если необходимо, чтобы случайные колебания намагничивающего тока мало влияли на магнитный поток данной машины или аппарата, то выбирают индукцию, соответствующую условиям насыщения (например, в генераторах постоянного тока с параллельным возбуждением). Если желательно, чтобы индукция и магнитный поток изменялись пропорционально намагничивающему току (например, в электроизмерительных приборах), то выбирают индукцию, соответствующую прямолинейному участку кривой намагничивания.
Перемагничивание ферромагнитных материалов, петля гистерезиса. Большое практическое значение, особенно в электрических машинах и установках переменного тока, имеет процесс перемагничивания ферромагнитных материалов. На рис. 44, б показан график изменения индукции при намагничивании и размагничивании ферромагнитного материала (при изменении намагничивающего тока I или напряженности магнитного поля Н). Как видно из этого графика, при одних и тех же значениях напряженности магнитного поля магнитная индукция, полученная при размагничивании ферромагнитного тела (участок а—б—в), будет больше индукции, полученной при намагничивании (участки О — а и д — а). Когда напряженность поля (намагничивающий ток) будет доведена до нуля, индукция в ферромагнитном материале не уменьшится до нуля, а сохранит некоторое значение Вr соответствующее отрезку Об. Это значение называется остаточной индукцией.
Дата добавления: 2015-06-04 ; Просмотров: 10408 ; Нарушение авторских прав? ;
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Гистерезис
Ферромагнетики обнаруживают свойство, которое по форме аналогично свойству сегнетоэлектриков, а именно гистерезис. Магнитная индукция (или намагниченность) ферромагнетиков не только не линейна относительно напряженности магнитного поля, но и зависит от истории намагничивания.
Допустим, что мы намагничиваем первоначально не намагниченный ферромагнетик, помещая его внутрь намагничивающей катушки. Увеличим напряжённость поля от нуля, до $H_<1 >$(рис.1). Зависимость B(H) определена отрезком О1 кривой О1А и при напряженности поля равной $H_<1 >$ индукция магнитного поля равна $B_<1 >$. Если теперь уменьшать напряженность магнитного поля, то изменение магнитной индукции будет изображено не отрезком О1.
Участок OA на рис. 1 называют основной кривой намагничивания, так как включение поля проводят при B=0, постоянной намагниченности нет. Замкнутая кривая ACDFGKSA — петля гистерезиса. Если уменьшать напряжённость магнитного поля от точки А до нуля, то индукция магнитного поля ферромагнетика уменьшится до индукции в точке C. Такая индукция называется остаточной. В этом состоянии ферромагнетик — постоянный магнит.
Попробуй обратиться за помощью к преподавателям
Для ликвидации остатков магнитного поля следует приложить обратное поле, напряженность которого равна $H_2$. Такая напряженность называется коэрцитивной силой ферромагнетика.
Аналогично рис.1 получается петля на диаграмме намагниченности J(H). Если при этом максимальное значение напряженности поля таково, что намагниченность достигает насыщения, то получают максимальную петлю гистерезиса. Если такового напряжения поля не достигает, то петлю гистерезиса называют частным циклом. Частных циклов может существовать бесконечно много, и все они лежат внутри максимальной петли.
Гистерезис приводит к тому, что индукция магнитного поля не является однозначной функцией от напряженности. Она существенно зависит от истории намагничивания. Так, в поле с напряженностью $H_1$ индукция может иметь значение в интервале от $B’_1до B^<»>_1 $(рис.1).
Форма петли гистерезиса, остаточная индукция, коэрцитивная сила зависит от вещества ферромагнетика и может существенно изменяться.
Кривая Столетова
Характерной особенностью ферромагнетиков является сложная нелинейная зависимость между намагниченностью ($overrightarrow
Задай вопрос специалистам и получи
ответ уже через 15 минут!
Мы помним, что напряженность магнитного поля и его индукция связаны соотношением:
Для ферромагнетиков магнитная проницаемость ($mu $) — не является постоянной и зависит от напряженности магнитного поля, вообще в связи с неоднозначностью связи B(H) само понятие магнитной проницаемости применяют только к основной кривой намагничивания. Изобразим на рис.2 (a) основную кривую намагничивания. Проведем из начала координат прямую через любую точку кривой. Тангенс угла наклона этой прямой пропорционален отношению $frac
При бесконечном увеличении напряженности внешнего поля $mu $ асимптотический стремится к единице. Это является следствием того, что намагниченность не может превысить $J_
Кривая, изображенная на рис 2 (б), называется кривой Столетова.
Задание: Как полностью размагнитить ферромагнетик, если он имеет намагниченность отличную от нуля.
Для того чтобы размагнитит ферромагнетик его можно поместить в переменное магнитное поле, которое создается, например, катушкой с током. Силу тока уменьшим до нуля. При этом в магнитном поле катушки ферромагнетик подвергается многократным циклическим перемагничиваниям, которые соответствуют разным петлям гистерезиса, которые постепенно уменьшаются и стягиваются к точке O (рис.1), где намагниченность равна нулю.
Задание: Укажите, в каком из циклов ACDF или KLMN один и тот же ферромагнетик нагреется больше.
Рассмотрим цикл ACDF. Чтобы значение индукции увеличить от $B_1$ до $B_2$, требуется работа равная площади, которая ограничена ветвью кривой намагничивания DFA или площади фигуры $B_1DFAB_2$, при размагничивании до исходного состояния возвращаемая работа равна площади фигуры $B_2ACDB_1 $(которая, очевидно меньше). При полном цикле перемагничивания в каждую единицу объема магнетика вводится энергия w равная:
где S — площадь петли гистерезиса. Эта работа расходуется на преодоление коэрцитивных сил в магнетике и в конечном итоге превращается в тепло. Поэтому ферромагнетики при циклическом перемагничивании нагреваются. Чем больше площадь петли гистерезиса, тем больше нагрев.
Ответ: В цикле ACDF ферромагнетик нагреется больше.
Так и не нашли ответ
на свой вопрос?
Просто напиши с чем тебе
нужна помощь
Разделение веществ на диа-, пара- и ферромагнетики носит в значительной степени условный характер, т.к. первые два вида веществ отличаются по магнитным свойствам от вакуума менее чем на 0,05%. На практике все вещества обычно разделяют на ферромагнитные (ферромагнетики) и неферромагнитные, для которых относительная магнитная проницаемость m может быть принятой равной 1,0.
К ферромагнетикам относятся железо, кобальт, никель и сплавы на их основе. Они имеют магнитную проницаемость, превышающую проницаемость вакуума в несколько тысяч раз. Поэтому все электротехнические устройства, использующие магнитные поля для преобразования энергии, обязательно имеют конструктивные элементы, изготовленные из ферромагнитного материала и предназначенные для проведения магнитного потока . Такие элементы называются магнитопроводы .
Кроме высокой магнитной проницаемости ферромагнетики обладают сильно выраженной нелинейной зависимостью индукции B от напряженности магнитного поля H , а при перемагничивании связь между B и H становится неоднозначной. Функции B ( H ) имеют особое значение, т.к. только с их помощью можно исследовать электромагнитные процессы в цепях, содержащих элементы, в которых магнитный поток проходит в ферромагнитной среде. Эти функции бывают двух видов: кривые намагничивания и петли гистерезиса .
Рассмотрим процесс перемагничивания ферромагнетика. Пусть первоначально он был полностью размагничен. Сначала индукция быстро возрастает за счет того, что магнитные диполи ориентируются по силовым линиям поля, добавляя свой магнитный поток к внешнему. Затем ее рост замедляется по мере того, как количество неориентированных диполей уменьшается и, наконец, когда практически все они ориентируются по внешнему полю рост индукции прекращается и наступает режим насыщения (рис. 1).
Если в процессе намагничивания довести напряженность поля до некоторого значения, а затем начать уменьшать, то уменьшение индукции будет происходить медленнее, чем при намагничивании и новая кривая будет отличаться от первоначальной. Кривая изменения индукции при увеличении напряженности поля для предварительно полностью размагниченного вещества называется начальной кривой намагничивания . На рис. 1 она показана утолщенной линией.
После нескольких (около 10) циклов изменения напряженности от положительного до отрицательного максимальных значений зависимость B = f ( H ) начнет повторяться и приобретет характерный вид симметричной замкнутой кривой, называемой петлей гистерезиса . Гистерезисом называют отставание изменения индукции от напряженности магнитного поля . Явление гистерезиса характерно вообще для всех процессов, в которых наблюдается зависимость какой-либо величины от значения другой не только в текущем, но и в предыдущем состоянии, т.е. B 2 = f ( H 2 , H 1 ) — где H 2 и H 1 — соответственно текущее и предыдущее значения напряженности.
Петли гистерезиса можно получить при различных значениях максимальной напряженности внешнего поля H m (рис. 2). Геометрическое место точек вершин симметричных циклов гистерезиса называется основной кривой намагничивания . Основная кривая намагничивания практически совпадает с начальной кривой.
Симметричная петля гистерезиса, полученная при максимальной напряженности поля H m (рис. 2), соответствующей насыщению ферромагнетика , называется предельным циклом .
Для предельного цикла устанавливают также значения индукции B r при H = 0, которое называется остаточной индукцией , и значение H c при B = 0, называемое коэрцитивной силой . Коэрцитивная (удерживающая) сила показывает, какую напряженность внешнего поля следует приложить к веществу, чтобы уменьшить остаточную индукцию до нуля.
Форма и характерные точки предельного цикла определяют свойства ферромагнетика. Вещества с большой остаточной индукцией, коэрцитивной силой и площадью петли гистерезиса (кривая 1 рис. 3) называются магнитнотвердыми . Они используются для изготовления постоянных магнитов. Вещества с малой остаточной индукцией и площадью петли гистерезиса (кривая 2 рис. 3) называются магнитномягкими и используются для изготовления магнитопроводов электротехнических устройств, в особенности работающих при периодически изменяющемся магнитном потоке.
При перемагничивании ферромагнетика в нем происходят необратимые преобразования энергии в тепло.
Пусть магнитное поле создается обмоткой, по которой протекает ток i . Тогда работа источника питания обмотки, затрачиваемая на элементарное изменение магнитного потока равна
Если отнести эту работу на единицу объема вещества, получим
Графически эта работа представляет собой площадь элементарной полоски петли гистерезиса (рис. 4 а)).
Полная работа по перемагничиванию единицы объема вещества определится в виде интеграла по контуру петли гистерезиса
Контур интегрирования можно разделить на два участка, соответствующих изменению индукции от — B m до B m и изменению от B m до — B m . Интегралы на этих участках соответствуют заштрихованным площадям рис. 4 а) и б). На каждом участке часть площади соответствует отрицательной работе и после вычитания ее из положительной части мы на обоих участках получим площадь, ограниченную кривой петли гистерезиса (рис. 4 в)).
Обозначая энергию, отнесенную к единице объема вещества, затрачиваемую на перемагничивание за один полный симметричный цикл, через W’ h = A’ получим
Существует эмпирическая зависимость для вычисления удельных потерь энергии на перемагничивание
где h — коэффициент, зависящий от вещества; B m — максимальное значение индукции; n — показатель степени, зависящий от B m и обычно принимаемый
n =1,6 при 0,1 Тл B m n =2 при 0 B m B m 1,6 Тл .
Явление гистерезиса и связанные с ним потери энергии могут быть объяснены гипотезой элементарных магнитиков. Элементарными магнитиками в веществе являются частицы, обладающие магнитным моментом. Это могут быть магнитные поля вращающихся по орбитам электронов, а также их спиновые магнитные моменты. Причем последние играют в магнитных явлениях наиболее существенную роль.
При нормальной температуре вещество ферромагнетика состоит из самопроизвольно намагниченных в определенном направлении областей (доменов), в которых элементарные магнитики расположены почти параллельно один другому и удерживаются в таком положении магнитными силами и силами электрического взаимодействия.
Магнитные поля отдельных областей не обнаруживаются во внешнем пространстве, т.к. все они намагничены в разных направлениях. Интенсивность самопроизвольного намагничивания доменов J зависит от температуры и при абсолютном нуле равна интенсивности полного насыщения. Тепловое движение разрушает упорядоченную структуру и при некоторой температуре q , характерной для данного вещества, упорядоченное расположение полностью разрушается. Эта температура называется точкой Кюри . Выше точки Кюри вещество обладает свойствами парамагнетика.
Под влиянием внешнего поля состояние вещества может изменяться двумя способами. Намагниченность может меняться либо за счет переориентации доменов, либо за счет смещения их границ в направлении области с меньшей составляющей намагниченности, совпадающей по направлению с внешним полем. Смещение границы домена совершается обратимо только до определенного предела, после чего часть или вся область необратимо переориентируется. При быстрой скачкообразной переориентации домена создаются вихревые токи, вызывающие потери энергии при перемагничивании.
Исследования показывают, что второй способ изменения ориентации характерен для крутого участка кривой намагничивания, а первый — для участка области насыщения.
После уменьшения напряженности внешнего магнитного поля до нуля часть доменов сохраняет новое направление преимущественного намагничивания, что проявляется как остаточная намагниченность.
