Свойства на феромагнитни материали и тяхното приложение в технологията

Около проводник с електрически ток, дори във вакуум, има магнитно поле… И ако едно вещество бъде въведено в това поле, тогава магнитното поле ще се промени, тъй като всяко вещество в магнитно поле се намагнетизира, тоест придобива по -голям или по -малък магнитен момент, определен като сумата от елементарни магнитни моменти, свързани с части, които съставляват това вещество.

Същността на явлението се крие във факта, че молекулите на много вещества имат свои собствени магнитни моменти, тъй като вътре в молекулите се движат заряди, които образуват елементарни кръгови токове и следователно са придружени от магнитни полета. Ако към веществото не се приложи външно магнитно поле, магнитните моменти на неговите молекули са произволно ориентирани в пространството, а общото магнитно поле (както и общият магнитен момент на молекулите) на такава проба ще бъде равно на нула.

Ако пробата бъде въведена във външно магнитно поле, тогава ориентацията на елементарните магнитни моменти на нейните молекули ще придобие преференциална посока под въздействието на външното поле. В резултат на това общият магнитен момент на веществото вече няма да бъде нула, тъй като магнитните полета на отделните молекули при нови условия не се компенсират взаимно. По този начин веществото развива магнитно поле B.

Ако молекулите на дадено вещество първоначално нямат магнитни моменти (има и такива вещества), тогава когато такава проба се въведе в магнитно поле, в нея се индуцират кръгови токове, тоест молекулите придобиват магнитни моменти, които отново в резултат на това води до появата на общо магнитни полета B.

Повечето от известните вещества са слабо намагнетизирани в магнитно поле, но има и вещества, които се отличават със силни магнитни свойства, те се наричат феромагнити… Примери за феромагнетици: желязо, кобалт, никел и техните сплави.

Феромагнетиците включват твърди вещества, които при ниски температури имат спонтанно (спонтанно) намагнитване, което варира значително под въздействието на външно магнитно поле, механична деформация или променяща се температура. Така се държат стомана и желязо, никел и кобалт и сплави. Тяхната магнитна пропускливост е хиляди пъти по -висока от тази на вакуума.

Поради тази причина в електротехниката, за провеждане на магнитен поток и за преобразуване на енергия, той традиционно се използва магнитни жила, изработени от феромагнитни материали.

В такива вещества магнитните свойства зависят от магнитните свойства на елементарните носители на магнетизъм — електрони, движещи се вътре в атомите… Разбира се, електроните, движещи се по орбити в атоми около техните ядра, образуват кръгови токове (магнитни диполи). Но в този случай електроните също се въртят около осите си, създавайки спинови магнитни моменти, които просто играят основната роля в намагнитването на феромагнетиците.

Феромагнитните свойства се проявяват само когато веществото е в кристално състояние. В допълнение, тези свойства са силно зависими от температурата, тъй като топлинното движение предотвратява стабилната ориентация на елементарните магнитни моменти. И така, за всеки феромагнетик се определя специфична температура (точка на Кюри), при която структурата на намагнитване се разрушава и веществото се превръща в парамагнетик. Например, за желязото е 900 ° C.

Дори при слаби магнитни полета феромагнетиците могат да се намагнетизират до насищане. Освен това тяхната магнитна пропускливост зависи от големината на приложеното външно магнитно поле.

В началото на процеса на намагнитване магнитна индукция B става по -силен във феромагнетик, което означава магнитна пропускливост чудесно е. Но когато настъпи насищане, по -нататъшното увеличаване на магнитната индукция на външното поле вече не води до увеличаване на магнитното поле на феромагнетика и следователно магнитната пропускливост на пробата е намаляла, сега тя се стреми към 1.

Важно свойство на феромагнетиците е остатък… Да предположим, че в намотката е поставен феромагнитен прът и чрез увеличаване на тока в бобината той е доведен до насищане. След това токът в бобината беше изключен, тоест магнитното поле на бобината беше премахнато.

Ще бъде възможно да се забележи, че пръчката не е размагнетизирана до състоянието, в което е била в началото, нейното магнитно поле ще бъде по -голямо, тоест ще има остатъчна индукция. Пръчката се завъртя по този начин към постоянен магнит.

За да размагнитите такъв прът обратно, ще е необходимо да приложите към него външно магнитно поле с обратна посока и с индукция, равна на остатъчната индукция. Стойността на модула на магнитната индукция на полето, която трябва да се приложи към намагнетизиран феромагнетик (постоянен магнит), за да се размагнетизира, се нарича принудителна сила.

Явлението, когато по време на намагнитването на феромагнетика индукцията в него изостава от индукцията на приложеното магнитно поле, се нарича магнитна хистерезис (виж — Какво е хистерезис).

Кривите на намагнитване (хистерезисни контури) за различни феромагнитни материали се различават една от друга.

Някои материали имат широки хистерезисни контури — това са материали с висока остатъчна магнетизация, те се наричат ​​магнитно твърди материали. Твърдите магнитни материали се използват при производството на постоянни магнити.

Напротив, меките магнитни материали имат тесен контур на хистерезис, ниска остатъчна магнетизация и лесно се намагнетизират в слаби полета. Това са меки магнитни материали, които се използват като магнитни жила на трансформатори, статори на двигатели и др.

Феромагнитите играят много важна роля в технологиите днес. Меките магнитни материали (ферити, електрическа стомана) се използват в електрически двигатели и генератори, в трансформатори и дросели, както и в радиотехниката. Феритите са направени от индукторни ядра.

Магнитно-твърди материали (ферити от барий, кобалт, стронций, неодим-желязо-бор) се използват за производството на постоянни магнити. Постоянните магнити се използват широко в електрически и акустични инструменти, в двигатели и генератори, в магнитни компаси и др.