Электротехника, электроника и электропривод

Билет №15
Вопрос 1
Магнитная проницаемость: абсолютная и относительная. Магнитные свойства вещества. Намагничивание ферромагнетика. Гистерезис.
Ответ:
Магнитная проницаемость – это величина, которая характеризует магнитные свойства данного вещества. Она зачастую зависит от состояния вещества (и от условий окружающей среды, таких как например температура и давление) и от его рода.
относительная магнитная проницаемость;
абсолютная магнитная проницаемость;
магнитная проницаемость вакуума ;

Единица измерения абсолютной магнитной проницаемости – 1 Гн/м (генри на метр или ньютон на ампер в квадрате), то есть это магнитная проницаемость такой среды, где при напряженности Н магнитного поля, равной 1 А/м – возникает магнитная индукция величиной 1 Тл.
Магнитные свойства вещества определяют по тому, как эти вещества реагируют на внешнее магнитное поле и каким образом упорядочена их внутренняя структура. В целом все вещества по их магнитным свойствам подразделяются на три класса: диамагнитные, парамагнитные и ферромагнитные.
К диамагнитным материалам относятся такие вещества как медь
( = 0,999995), серебро (0,999981), золото, висмут и другие.
Для диамагнетиков характерна независимость или слабая зависимость магнитной восприимчивости от температуры.
Представителями парамагнитных материалов являются воздух
( = 1,0000031), алюминий (1,000023), олово (1,0000022), палладий, платина и другие. Парамагнитное вещество испытывает слабое притягивающее воздействие неоднородного магнитного поля.
Ферромагнитные вещества широко известны как материалы, сильно притягивающиеся постоянным магнитом. К ним относятся, например, металлы - железо, кобальт, никель и их сплавы. Магнитная восприимчивость этих материалов достигает значений 105106, что наиболее ценно для создания сильных электромагнитных полей.
Намагничивание ферромагнетика.
Ферромагнетики – это вещества с большим значением относительной
магнитной проницаемости: . К ним относится небольшая группа кристаллических твердых тел таких, как железо, кобальт, никель, некоторые редкоземельные элементы, а также ряд сплавов. Специально озданные сплавы, для которых составляет десятки тысяч единиц, называют ферритами. Свойства ферромагнетиков определяются наличием в них при отсутствии внешнего поля областей самопроизвольной (спонтанной) намагниченности – доменов.
Если в пара – и диамагнетиках намагниченность изменяется с увеличением напряженности поля линейно, то в ферромагнетиках эта зависимость более сложная. В общем случае зависимость В(Н) задается кривой намагничивания (рис. 1, а), описывающей особенности изменения индукции магнитного поля материала, попадающего в магнитное поле с напряженностью Н.
Для сравнительной оценки процессов намагничивания различных материалов берется, например, тороид с равномерно нанесенной намагничивающей обмоткой.
Величина напряженности Н магнитного поля внутри тороида определяется током обмотки I:
Н = Iw/l = kI (1)
Допустив, что ферромагнетик первоначально не намагничен (рис. 1, точка 0). Увеличивая ток I обмотки, а значит, и величину E, получаем первоначальную кривую намагничивания B(H). На всем этапе намагничивания материала направление вектора Н совпадает с направлением вектора В и J.

Рис. 1. Кривая намагничивания (а), зависимости магнитной проницаемости  от Н (б), формирование предельной петли гистерезиса (в, г)

В слабых полях, когда величина Н близка к нулю, составляющая индукции ВJ почти не оказывает влияние не величину В и на участке I зависимость В(Н) – линейная: В(Н)  BI = 0Н. В области II зависимость B(H)  нелинейна, в области IY – линейна. В области III кривая имеет перегиб (колено), после которого наблюдается область магнитного насыщения материала (область IY). Индукция магнитного поля в материале при этом достигает величины индукции насыщения Bs = 0Jнас; в области насыщения индукция В увеличивается по мере увеличения напряженности Н только за счет поля BI = 0Н, связанного с наличием тока в катушке.
В том случае, когда через обмотку катушки пропускается постоянный ток, в сердечнике возникает магнитное поле, характеризуемое соотношением: В = H(I), и по мере увеличения тока катушки, индукция
достигает «максимального» значения Bs (режим технического насыщения).