Magnetika

Všechny látky v magnetickém poli jsou zmagnetizovány (objevuje se v nich vnitřní magnetické pole). Podle velikosti a směru vnitřního pole se látky dělí na:

1) diamagnetické materiály,

2) paramagnety,

3) feromagnetika.

Magnetizace látky se vyznačuje magnetickou permeabilitou,

Magnetická indukce v hmotě,

Magnetická indukce ve vakuu.

Každý atom může být charakterizován magnetickým momentem .

Síla proudu v obvodu, - plocha obvodu, - normálový vektor k povrchu obvodu.

Mikroproud atomu vzniká pohybem záporných elektronů po oběžné dráze a kolem vlastní osy a také rotací kladného jádra kolem vlastní osy.

1. Diamagnety.

Když není vnější pole, v atomech diamagnetické materiály kompenzují se proudy elektronů a jader. Celkový mikroproud atomu a jeho magnetický moment jsou rovny nule.

Ve vnějším magnetickém poli se v atomech indukují (indukují) nenulové elementární proudy. Magnetické momenty atomů jsou orientovány v opačném směru.

Vytvoří se malé vlastní pole, nasměrované naproti tomu vnějšímu a oslabí ho.

V diamagnetických materiálech.

Protože< , то для диамагнетиков 1.

2. Paramagnetické materiály

V paramagnety mikroproudy atomů a jejich magnetické momenty nejsou rovny nule.

Bez vnějšího pole jsou tyto mikroproudy umístěny chaoticky.

Ve vnějším magnetickém poli jsou mikroproudy paramagnetických atomů orientovány podél pole a zesilují jej.

V paramagnetickém materiálu magnetická indukce = + mírně překračuje .

Pro paramagnety 1. Pro dia- a paramagnety můžeme předpokládat 1.

Tabulka 1. Magnetická permeabilita para- a diamagnetických materiálů.

Magnetizace paramagnetických materiálů závisí na teplotě, protože Tepelný pohyb atomů brání uspořádanému uspořádání mikroproudů.

Většina látek v přírodě je paramagnetická.

Vlastní magnetické pole v dia- a paramagnetech je nepatrné a je zničeno, pokud je látka odstraněna z vnějšího pole (atomy se vrátí do původního stavu, látka je demagnetizována).

3. Feromagnetika

Magnetická permeabilita feromagnetika dosahuje statisíců a závisí na velikosti magnetizačního pole ( vysoce magnetické látky).

Feromagnetika: železo, ocel, nikl, kobalt, jejich slitiny a sloučeniny.

Ve feromagnetikách existují oblasti spontánní magnetizace („domény“), ve kterých jsou všechny atomové mikroproudy orientovány stejným způsobem. Velikost domény dosahuje 0,1 mm.

Při absenci vnějšího pole jsou magnetické momenty jednotlivých domén náhodně orientovány a kompenzovány. Ve vnějším poli ty domény, ve kterých mikroproudy zesilují vnější pole, zvětšují svou velikost na úkor sousedních. Výsledné magnetické pole = + ve feromagnetech je mnohem silnější ve srovnání s para- a diamagnetickými materiály.

Domény obsahující miliardy atomů mají setrvačnost a nevracejí se rychle do původního neuspořádaného stavu. Pokud je tedy feromagnetik odstraněn z vnějšího pole, jeho vlastní pole zůstane po dlouhou dobu.

Magnet se při dlouhodobém skladování demagnetizuje (časem se domény vrátí do chaotického stavu).

Dalším způsobem demagnetizace je ohřev. Pro každé feromagnetikum existuje teplota (nazývá se „Curieho bod“), při které jsou vazby mezi atomy v doménách zničeny. V tomto případě se feromagnet změní na paramagnet a dojde k demagnetizaci. Například Curieův bod pro železo je 770 °C.

Stanovení magnetické permeability látky. Jeho role při popisu magnetického pole

Pokud provedete experiment s elektromagnetem, který je připojen k balistickému galvanometru, pak při zapnutí proudu v elektromagnetu můžete určit hodnotu magnetického toku F, která bude úměrná výchylce jehly galvanometru. Pokus provedeme dvakrát a nastavíme proud (I) v galvanometru na stejný, ale v prvním pokusu bude solenoid bez jádra a ve druhém pokusu před zapnutím proudu zavedeme železné jádro do solenoidu. Zjistilo se, že ve druhém experimentu je magnetický tok výrazně větší než v prvním (bez jádra). Při opakování experimentu s jádry různých tlouštěk se ukazuje, že maximálního průtoku se dosáhne v případě, kdy je celý solenoid naplněn železem, to znamená, že vinutí je těsně navinuto kolem železného jádra. Můžete provést experiment s různými jádry. Výsledkem je, že:

kde $Ф$ je magnetický tok v cívce s jádrem, $Ф_0$ je magnetický tok v cívce bez jádra. Zvýšení magnetického toku při zavedení jádra do solenoidu se vysvětluje tím, že k magnetickému toku, který vytváří proud ve vinutí solenoidu, byl přidán magnetický tok vytvořený sadou orientovaných ampérových molekulárních proudů. Pod vlivem magnetického pole se molekulární proudy orientují a jejich celkový magnetický moment přestává být roven nule a vzniká další magnetické pole.

Definice

Veličina $\mu $, která charakterizuje magnetické vlastnosti média, se nazývá magnetická permeabilita (nebo relativní magnetická permeabilita).

Jedná se o bezrozměrnou charakteristiku látky. Zvýšení toku Ф $\mu $ krát (1) znamená, že magnetická indukce $\overrightarrow(B)$ v jádře je stejně mnohokrát větší než ve vakuu se stejným proudem v elektromagnetu. Můžeme tedy napsat, že:

\[\overrightarrow(B)=\mu (\overrightarrow(B))_0\left(2\right),\]

kde $(\overrightarrow(B))_0$ je indukce magnetického pole ve vakuu.

Spolu s magnetickou indukcí, která je hlavní silovou charakteristikou pole, se jako síla magnetického pole používá pomocná vektorová veličina ($\overrightarrow(H)$), která souvisí s $\overrightarrow(B)$ následujícím vztahem :

\[\overrightarrow(B)=\mu \overrightarrow(H)\left(3\right).\]

Pokud na experiment s jádrem použijeme vzorec (3), získáme, že v nepřítomnosti jádra:

\[(\overrightarrow(B))_0=(\mu )_0\overrightarrow(H_0)\left(4\right),\]

kde $\mu $=1. Pokud existuje jádro, dostaneme:

\[\overrightarrow(B)=\mu (\mu )_0\overrightarrow(H)\left(5\right).\]

Ale protože (2) je splněno, ukazuje se, že:

\[\mu (\mu )_0\overrightarrow(H)=(\mu m)_0\overrightarrow(H_0)\to \overrightarrow(H)=\overrightarrow(H_0)\left(6\right).\]

Zjistili jsme, že síla magnetického pole nezávisí na tom, jakou homogenní látkou je prostor vyplněn. Magnetická permeabilita většiny látek je přibližně jednotná, s výjimkou feromagnetik.

Magnetická susceptibilita látky

Obvykle je vektor magnetizace ($\overrightarrow(J)$) spojen s vektorem intenzity v každém bodě magnetu:

\[\overrightarrow(J)=\varkappa \overrightarrow(H)\left(7\right),\]

kde $\varkappa$ je magnetická susceptibilita, bezrozměrná veličina. Pro neferomagnetické látky a v malých polích $\varkappa $ nezávisí na síle a je skalární veličinou. V anizotropních médiích je $\varkappa $ tenzor a směry $\overrightarrow(J)$ a $\overrightarrow(H)$ se neshodují.

Vztah mezi magnetickou susceptibilitou a magnetickou permeabilitou

\[\overrightarrow(H)=\frac(\overrightarrow(B))((\mu )_0)-\overrightarrow(J)\left(8\right).\]

Dosadíme výraz pro vektor magnetizace (7) do (8) a získáme:

\[\overrightarrow(H)=\frac(\overrightarrow(B))((\mu )_0)-\overrightarrow(H)\left(9\right).\]

Vyjádříme-li napětí, dostaneme:

\[\overrightarrow(H)=\frac(\overrightarrow(B))((\mu )_0\left(1+\varkappa \right))\to \overrightarrow(B)=(\mu )_0\left( 1+\varkappa \right)\overrightarrow(H)\left(10\right).\]

Porovnáním výrazů (5) a (10) získáme:

\[\mu =1+\varkappa \left(11\right).\]

Magnetická susceptibilita může být pozitivní nebo negativní. Z (11) vyplývá, že magnetická permeabilita může být buď větší než jednota, nebo menší než ona.

Příklad 1

Úkol: Vypočítejte magnetizaci ve středu kruhové cívky o poloměru R=0,1 m s proudem o síle I=2A, je-li ponořena v kapalném kyslíku. Magnetická susceptibilita kapalného kyslíku je rovna $\varkappa =3,4\cdot (10)^(-3).$

Jako základ pro řešení problému vezmeme výraz, který odráží vztah mezi silou magnetického pole a magnetizací:

\[\overrightarrow(J)=\varkappa \overrightarrow(H)\left(1.1\right).\]

Najdeme pole ve středu cívky s proudem, protože v tomto bodě potřebujeme vypočítat magnetizaci.

Jako základ pro řešení úlohy zvolíme elementární řez na proudovodném vodiči (obr. 1), použijeme vzorec pro pevnost proudovodného cívkového prvku:

kde $\ \overrightarrow(r)$ je vektor poloměru tažený od aktuálního prvku k uvažovanému bodu, $\overrightarrow(dl)$ je prvek vodiče s proudem (směr je určen směrem proudu ), $\vartheta$ je úhel mezi $ \overrightarrow(dl)$ a $\overrightarrow(r)$. Na základě Obr. 1 $\vartheta=90()^\circ $, proto (1.1) bude zjednodušeno, navíc vzdálenost od středu kružnice (bodu, kde hledáme magnetické pole) vodičového prvku s proudem je konstantní a rovná se poloměru zatáčky (R), proto máme:

Výsledný vektor síly magnetického pole je směrován podél osy X, lze jej nalézt jako součet jednotlivých vektorů $\ \ \overrightarrow(dH),$ jelikož všechny proudové prvky vytvářejí magnetická pole ve středu zatáčky, směřující podél normál zatáčky. Poté, podle principu superpozice, lze celkovou sílu magnetického pole získat přechodem na integrál:

Dosazením (1.3) do (1.4) dostaneme:

Najdeme magnetizaci, pokud dosadíme intenzitu z (1.5) do (1.1), dostaneme:

Všechny jednotky jsou uvedeny v soustavě SI, proveďte výpočty:

Odpověď: $J=3,4\cdot (10)^(-2)\frac(A)(m).$

Příklad 2

Úkol: Vypočítejte podíl celkového magnetického pole ve wolframové tyči, která je ve vnějším rovnoměrném magnetickém poli, které je určeno molekulárními proudy. Magnetická permeabilita wolframu je $\mu =1,0176.$

Indukci magnetického pole ($B"$), která odpovídá za molekulární proudy, lze nalézt jako:

kde $J$ je magnetizace. Souvisí se silou magnetického pole výrazem:

kde magnetickou susceptibilitu látky lze nalézt jako:

\[\varkappa =\mu -1\ \left(2,3\right).\]

Proto najdeme magnetické pole molekulárních proudů jako:

Celkové pole v tyči se vypočítá podle vzorce:

K nalezení požadovaného vztahu používáme výrazy (2.4) a (2.5):

\[\frac(B")(B)=\frac((\mu )_0\left(\mu -1\right)H)(\mu (\mu )_0H)=\frac(\mu -1) (\mu).\]

Udělejme výpočty:

\[\frac(B")(B)=\frac(1,0176-1)(1,0176)=0,0173.\]

Odpověď: $\frac(B")(B)=0,0173.$

Magnetická permeabilita. Magnetické vlastnosti látek

Magnetické vlastnosti látek

Stejně jako jsou elektrické vlastnosti látky charakterizovány dielektrickou konstantou, jsou magnetické vlastnosti látky charakterizovány magnetická permeabilita.

Vzhledem k tomu, že všechny látky nacházející se v magnetickém poli vytvářejí vlastní magnetické pole, liší se vektor magnetické indukce v homogenním prostředí od vektoru ve stejném bodě prostoru v nepřítomnosti prostředí, tedy ve vakuu.

Vztah se nazývá magnetická permeabilita média.

Takže v homogenním prostředí je magnetická indukce rovna:

Hodnota m pro železo je velmi velká. To lze ověřit zkušenostmi. Pokud vložíte železné jádro do dlouhé cívky, pak se magnetická indukce podle vzorce (12.1) zvýší m krát. V důsledku toho se tok magnetické indukce zvýší o stejnou hodnotu. Když se otevře obvod napájející magnetizační cívku stejnosměrným proudem, objeví se v druhé, malé cívce navinuté na hlavní cívce, indukční proud, který je zaznamenáván galvanometrem (obr. 12.1).

Pokud je do cívky vloženo železné jádro, pak bude výchylka jehly galvanometru při otevření obvodu m krát větší. Měření ukazují, že magnetický tok, když je do cívky zavedeno železné jádro, se může tisíckrát zvýšit. V důsledku toho je magnetická permeabilita železa obrovská.

Existují tři hlavní třídy látek s výrazně odlišnými magnetickými vlastnostmi: feromagnety, paramagnety a diamagnetické materiály.

Feromagnetika

Látky, pro které, stejně jako železo, m >> 1, se nazývají feromagnetika. Kromě železa jsou feromagnetické také kobalt a nikl, dále řada prvků vzácných zemin a mnoho slitin. Nejdůležitější vlastností feromagnetik je existence zbytkového magnetismu. Feromagnetická látka může být v zmagnetizovaném stavu bez vnějšího magnetizačního pole.

Železný předmět (například tyč), jak známo, je vtažen do magnetického pole, to znamená, že se pohybuje do oblasti, kde je magnetická indukce větší. V souladu s tím je přitahován magnetem nebo elektromagnetem. Děje se tak proto, že elementární proudy v železe jsou orientovány tak, že směr magnetické indukce jejich pole se shoduje se směrem indukce magnetizačního pole. V důsledku toho se železná tyč změní na magnet, jehož nejbližší pól je opačný k pólu elektromagnetu. Opačné póly magnetů se přitahují (obr. 12.2).

Rýže. 12.2

STOP! Rozhodněte se sami: A1–A3, B1, B3.

Paramagnety

Existují látky, které se chovají jako železo, to znamená, že jsou vtahovány do magnetického pole. Tyto látky se nazývají paramagnetický. Patří sem některé kovy (hliník, sodík, draslík, mangan, platina atd.), kyslík a mnoho dalších prvků a také různé roztoky elektrolytů.

Protože jsou paramagnety vtahovány do pole, indukční čáry vlastního magnetického pole, které vytvářejí, a magnetizační pole jsou směrovány stejným způsobem, takže pole je zesíleno. Mají tedy m > 1. Ale m se od jednoty liší extrémně nepatrně, pouze řádově 10 –5 ...10 –6. Proto jsou k pozorování paramagnetických jevů zapotřebí výkonná magnetická pole.

Diamagnety

Zvláštní třídou látek jsou diamagnetické materiály, objevil Faraday. Jsou vytlačeny z magnetického pole. Pokud zavěsíte diamagnetickou tyč blízko pólu silného elektromagnetu, bude od něj odpuzována. V důsledku toho jsou indukční čáry jím vytvořeného pole nasměrovány opačně k indukčním čarám magnetizačního pole, tj. pole je zeslabeno (obr. 12.3). V souladu s tím pro diamagnetické materiály m< 1, причем отличается от единицы на вели­чину порядка 10 –6 . Магнитные свойства у диамагнетиков вы­ражены слабее, чем у парамагнетиков.

Magnetické materiály: vlastnosti a charakteristiky. Vlastnosti různých typů magnetismu. Magnetizační procesy. Vlastnosti vysoce magnetických materiálů. Ztráty při převrácení magnetizace.

Měkké magnetické materiály: rozdělení, vlastnosti, účel.

Tvrdé magnetické materiály: rozdělení, vlastnosti, účel. Magnetické materiály pro speciální účely: klasifikace, vlastnosti, účel.

Literatura

Všechny látky v přírodě interagují s vnějším magnetickým polem, ale každá látka je jiná.

Magnetické vlastnosti látek závisí na magnetických vlastnostech elementárních částic, struktuře atomů a molekul a také jejich skupin, ale hlavní určující vliv mají elektrony a jejich magnetické momenty.

Všechny látky ve vztahu k magnetickému poli a chování v něm jsou rozděleny do následujících skupin:

Diamagnety– materiály, které nemají permanentní magnetický dipólový moment a mají relativní magnetickou permeabilitu (μ≤1) o něco menší než jedna. Relativní dielektrická konstanta μ diamagnetických materiálů je téměř nezávislá na síle magnetického pole (H) a nezávisí na teplotě. Patří sem: inertní plyny (Ne, Ar, Kr, Xe), vodík (H 2); měď (Cu), zinek (Zn), stříbro (Ag), zlato (Au), antimon (Sb) atd.

Paramagnety– materiály, které mají trvalé dipólové momenty, ale jsou uspořádány náhodně, takže interakce mezi nimi je velmi slabá. Relativní magnetická permeabilita paramagnetických materiálů je o něco větší než jedna (μ≥1) a slabě závisí na síle magnetického pole a teplotě.

Mezi paramagnetické materiály patří následující materiály: kyslík (O2), hliník (Al), platina (Pt), alkalické kovy, soli železa, nikl, kobalt atd.

Feromagnetika– materiály s permanentními magnetickými dipólovými momenty a doménovou strukturou. V každé doméně jsou vzájemně rovnoběžné a ve stejném směru, takže interakce mezi nimi je velmi silná. Relativní magnetická permeabilita feromagnetik je vysoká (μ >> 1), u některých slitin dosahuje 1 500 000 Závisí na síle magnetického pole a teplotě.

Patří sem: železo (Fe), nikl (Ni), kobalt (Co), mnoho slitin, prvky vzácných zemin: samarium (Sm), gadolinium (Gd) atd.

Antiferomagnetika– materiály, které mají permanentní dipólové magnetické momenty, které jsou umístěny navzájem antiparalelně. Jejich relativní magnetická permeabilita je mírně větší než jedna (μ ≥ 1), velmi slabě závisí na síle magnetického pole a teplotě. Patří sem: oxid kobaltnatý (CoO), mangan (MnO), fluorid niklu (NiF 2) atd.

Ferrimagnety– materiály, které mají antiparalelní permanentní dipólové magnetické momenty, které se vzájemně zcela nekompenzují. Čím menší je tato kompenzace, tím vyšší jsou jejich feromagnetické vlastnosti. Relativní magnetická permeabilita ferimagnetik se může blížit jednotce (s téměř úplnou kompenzací momentů) a může dosahovat desítek tisíc (s nízkou kompenzací).

Ferimagnetika zahrnují ferity, které lze nazývat oxyferiká, protože jsou to oxidy dvojmocných kovů s Fe 2 O 3 . Obecný vzorec feritu, kde Me je dvojmocný kov.

Magnetická permeabilita feritů závisí na teplotě a síle magnetického pole, ale v menší míře než u feromagnetik.

Ferity jsou keramické feromagnetické materiály s nízkou elektrickou vodivostí, v důsledku čehož je lze klasifikovat jako elektronické polovodiče s vysokou magnetickou (μ ≈ 10 4) a vysokou dielektrickou (ε ≈ 10 3) permeabilitou.

Dia-, para- a antiferomagnetika lze kombinovat do skupiny slabě magnetických látek a fero- a ferimagnetika - do skupiny silně magnetických látek.

Pro technické aplikace v oblasti radioelektroniky jsou největší zájem o vysoce magnetické látky (obr. 6.1).

Rýže. 6.1. Strukturní diagram magnetických materiálů

Magnetické vlastnosti materiálů jsou určeny vnitřními skrytými formami pohybu elektrických nábojů, což jsou elementární kruhové proudy. Kruhový proud je charakterizován magnetickým momentem a může být nahrazen ekvivalentním magnetickým dipólem. Magnetické dipóly vznikají převážně spinovou rotací elektronů, přičemž orbitální rotace elektronů se na tomto procesu podílí slabě, stejně jako rotace jádra.

Ve většině materiálů se spinové momenty elektronů vzájemně ruší. Feromagnetismus proto není pozorován u všech látek v periodické tabulce.

Podmínky, které jsou nezbytné pro to, aby byl materiál feromagnetický:

1. Existence elementárních kruhových proudů v atomech.

2. Přítomnost nekompenzovaných spinových momentů, elektrony.

3. Vztah mezi průměrem elektronové dráhy (D), která má nekompenzovaný spinový moment, a konstantou krystalové mřížky látky (a) by měl být

. (6.1)

4. Přítomnost doménové struktury, tzn. takové krystalické oblasti, ve kterých jsou dipólové magnetické momenty paralelně orientované.

5. Teplota materiálu (látky) musí být pod Curieovým bodem, protože při vyšší teplotě mizí doménová struktura, materiál přechází z feromagnetického stavu do paramagnetického.

Charakteristickou vlastností feromagnetického stavu látky je přítomnost spontánní magnetizace bez aplikace vnějšího magnetického pole. Magnetický tok takového tělesa však bude nulový, neboť směr magnetických momentů jednotlivých domén je odlišný (doménová struktura s uzavřeným magnetickým obvodem).

Stupeň magnetizace látky je charakterizován velikostí magnetizace neboli intenzitou magnetizace (J), která je definována jako mez poměru výsledného magnetického momentu Σm vztaženého k objemu látky (V), kdy objem má tendenci k nule

. (6.2)

Pokud umístíte látku do vnějšího magnetického pole s intenzitou H, pak poměr mezi J a H bude

J = 4 πχH, (6.3)

Kde χ (kapa) se nazývá magnetická viskozita.

Relativní magnetická permeabilita μ závisí na χ:

μ = 1 +4 πχ . (6.4)

Intenzitu magnetizace lze určit věděním μ

μ = 1+. (6.5)

Obecně platí, že magnetické pole ve feromagnetiku vzniká jako součet dvou složek: vnější, vytvořené silou vnějšího magnetického pole H, a vnitřní, vytvořené magnetizací (J).

Celkové magnetické pole je charakterizováno magnetickou indukcí B:

B = μ 0 (H + J), (6.6)

Kde μ 0 – magnetická konstanta (magnetická permeabilita vakua)

μ 0 = 4 π ∙10 -7 , G/m. (6.7)

Vyjádřením hodnoty J až χ a poté μ získáme:

B = μ 0 H(1 + 4 πχ ) neboB = μ 0 μH. (6.8)

Absolutní hodnota magnetické permeability

μ břišní svaly = μ 0 ∙ μ . (6.9)

Konečný vzorec pro magnetickou indukci B

B = μ břišní svaly H. (6.10)

Proces magnetizace feromagnetického materiálu pod vlivem vnějšího magnetického pole je následující:

růst domén, jejichž magnetické momenty jsou blízko ve směru k vnějšímu poli, a úbytek ostatních domén;

orientace magnetických momentů všech domén ve směru vnějšího pole.

Magnetizační proces je pro každý feromagnet charakterizován jeho hlavní magnetizační křivkou B = f(H).

Při magnetizaci se mění i magnetická permeabilita μ.

To je znázorněno na Obr. 6.2.

Rýže. 6.2. Magnetizační křivky (B = f(H)) a magnetická permeabilita (μ = f(H))

Magnetická permeabilita μ při napětí H blízkém nule se nazývá počáteční (sekce 1), a když materiál přejde do nasycení, bude nabývat maximální hodnoty (2), s dalším nárůstem H se magnetická permeabilita μ snižuje (sekce 3 a 4).

Při cyklické magnetizaci feromagnetika tvoří magnetizační a demagnetizační křivky hysterezní smyčku. Hysterezní smyčka získaná za podmínky nasycení materiálu se nazývá limitní smyčka. Z hysterezní smyčky získané např. na obrazovce osciloskopu lze získat poměrně úplné informace o hlavních magnetických parametrech materiálu (obr. 6.3).

Rýže. 6.3. Hysterezní smyčka

Hlavní parametry jsou:

1) zbytková indukce, po odstranění intenzity pole – Br;

2) koercitivní síla Hc - napětí, které musí být aplikováno na vzorek, aby se odstranila zbytková indukce;

3) maximální indukce B max, které je dosaženo, když je vzorek zcela nasycen;

4) specifické hysterezní ztráty na cyklus převrácení magnetizace, které jsou charakterizovány plochou pokrytou hysterezní smyčkou.

Zbývající magnetické parametry materiálu, stejně jako ztráty v důsledku převrácení magnetizace (hystereze), vířivých proudů a energie v mezeře (pro permanentní magnet) lze vypočítat pomocí vzorců, které byly uvedeny výše a budou uvedeny v budoucnost.

Ztráty ve feromagnetismumateriálů - Jedná se o energetické náklady, které jdou do obrácení magnetizace feromagnetik, výskyt vířivých proudů ve střídavém magnetickém poli a magnetická viskozita materiálu – vznikající tzv. ztráty, které lze rozdělit do následujících typů:

a) hysterezní ztráty Pr, úměrné ploše hysterezní smyčky

Рг = η∙F∙
∙ PROTI, W (6,11)

Kde η – koeficient hystereze pro daný materiál;

F– frekvence pole, Hz;

V max– maximální indukce, T;

PROTI– objem vzorku, m3;

n≈ 1,6...2 – hodnota exponentu;

b) ztráty vířivými proudy

Rv.t. = ξ∙F 2 ∙B max ∙ PROTI, W (6,12)

kde ξ je koeficient závislý na elektrickém odporu materiálu a tvaru vzorku;

c) ztráty následkem Рп.с., (ztráty způsobené magnetickou viskozitou), které nelze vypočítat analyticky a jsou určeny na základě celkových ztrát Р, Рг a Рв.т. podle vzorce

Rp.s. = Р – Рг – Рв.т. (6.13)

Ztráty vířivými proudy lze snížit zvýšením elektrického odporu feromagnetu. K tomu je magnetický obvod, například pro transformátory, sestaven ze samostatných tenkých feromagnetických desek izolovaných od sebe.

V praxi se to někdy používá feromagnetika s otevřeným magnetickým obvodem, tj. mající například vzduchovou mezeru s vysokým magnetickým odporem. V tělese, které má vzduchovou mezeru, se objevují volné póly, které vytvářejí demagnetizační pole směřující k vnějšímu magnetizačnímu poli. Čím širší je vzduchová mezera, tím větší je pokles indukce. To se projevuje u elektrických strojů, magnetických zvedacích zařízení atd.

Energie v mezeře (W L), např. permanentního magnetu, je vyjádřena vzorcem

, J/m3, (6,14)

Kde V L A N L– skutečná intenzita indukce a pole pro danou délku vzduchové mezery.

Změnou přivedeného napětí na feromagnetiku lze v dané mezeře získat maximální energii.

Pro zjištění W max použijte diagram, ve kterém na základě demagnetizační křivky pro magnetický materiál umístěný ve druhém kvadrantu (část hysterezní smyčky) sestrojí energetickou křivku v mezeře, specifikující různé hodnoty B ( nebo H). Závislost W L na B L a H L je znázorněna na Obr. 6.4.

Rýže. 6.4. Energie ve vzduchové mezeře feromagnetika

Chcete-li určit intenzitu pole H, při které bude v mezeře magnetu maximální energie, musíte nakreslit tečnu k maximální energii (v bodě A) a z ní nakreslit vodorovnou čáru, dokud se neprotne s hysterezní smyčkou v druhý kvadrant. Poté snižte kolmici, dokud se neprotne se souřadnicí H. Bod H L 2 určí požadovanou intenzitu magnetického pole.

Podle hlavních magnetických parametrů mohou být feromagnetické materiály zařazeny do následujících skupin;

Magneticky měkké - materiály s nízkou koercitivní silou Hc (až 100 A/m), velkou magnetickou permeabilitou a nízkými hysterezními ztrátami. Používají se jako stejnosměrná magnetická jádra (jádra transformátorů, měřicích přístrojů, tlumivek atd.)

NAmagneticky měkké materiály vztahovat se:

komerčně čisté železo, karbonylové železo;

elektrická ocel;

permalloy;

alsifera;

ferity (měď-mangan);

termomagnetické slitiny (Ni-Cr-Fe) atd.

2. Magneticky tvrdé – materiály s vysokou koercitivitou (Hc > 100 A/m) (viz obr. 4.5, G).

K výrobě permanentních magnetů se používají tvrdé magnetické materiály, které využívají magnetickou energii ve vzduchové mezeře mezi póly magnetu.

NA tvrdé magnetické materiály vztahovat se:

Lité slitiny Alni (Al-Ni-Fe);

Alnico (Al-Ni-Co-Fe);

Magnico;

Legované oceli, kalené na martenzit atd.

Zvláště zajímavé jsou slitiny na bázi materiálů vzácných zemin (YCo, CeCo, SmCo atd.), které mají vysoké hodnoty Hc a w max.

3. Ferity – materiály představující podvojné oxidy železa s oxidy dvojmocných kovů (MeO∙Fe 2 O 3). Ferity mohou být magneticky měkké a magneticky tvrdé, v závislosti na jejich krystalové struktuře, např. typ spinelu - (MgAl 3 O 4), haus magnet (Mn 3 O 4), granát Ga 3 Al 2 (SiO 4) 3, atd. Jejich elektrický odpor je vysoký (od 10 -1 do 10 10 Ohm∙m), proto jsou ztráty vířivými proudy, zejména při vysokých frekvencích, malé.

4. Magnetodielektrika – materiály sestávající z feromagnetického prášku s dielektrickou vazbou. Prášek se obvykle odebírá na bázi měkkého magnetického materiálu - karbonylové železo, alsifer a spojovacím dielektrikem je materiál s nízkými dielektrickými ztrátami - polystyren, bakelit atd.

Otázky pro autotest:

Klasifikace látek podle magnetických vlastností.

Vlastnosti vysoce magnetických látek (domény, anizotropie, magnetizační křivka, magnetostrikce, magnetická permeabilita, hystereze atd.)

Faktory ovlivňující magnetické vlastnosti

Ztráty v magnetických materiálech

Klasifikace vysoce magnetických materiálů

Nízkofrekvenční měkké magnetické materiály

Vysokofrekvenční měkké magnetické materiály

Tvrdé magnetické materiály

Magnetické materiály pro speciální účely

Aplikace

Materiály vodičů Tabulka A.1

dirigent		Ohm∙mm 2 /m	charakteristický odpor		přenos tepla obsah vody W/m∙deg	hlavně měď,	Funkce práce elektronů	Kontrola teploty,
Čisté kovy
Hliník
Molybden
Wolfram
polykrystal
Manganin			(5…30)∙10 -6
Konstantan			(5…20)∙10 -6
Niklové stříbro
Termočlánek
Měď-konstant				Teplota do 350 °C
Chromel-alumel				Teplota do 1000 °C
Platina-platinarhodium				Teplota až 1600 °C

Polovodičové materiály Tabulka A.2

	název polovodič materiál z tepaného železa			vlastní dopravci	Mobilita dopravci u,
Anorganické Krystal. elementární (atomový)
	Germanium
Krystal. spojení
	Karbid křemíku						sublimace
	Antimon indium
	Gallium arsenid
	Fosfid gallia
	Arsenid india
	Telurid vizmutu
	Sulfid olovnatý
Skelný
	Chalkogenidy	As 2 Te 2 Se, As 2 Se 3 ∙Al 2 Se 3
Organické
	Anthracene
	Naftalen
	Barviva a pigmenty Ftalocyanin mědi
	Molekulární komplexy Jod-pyren
	Polymery Polyakrylonitril

Dielektrické materiály Tabulka A.3

Skupenství	Matčino jméno als (dielektrika)	Dielektrická konstanta, relativní E	žádná hlasitost- nový odpor , Ohm m	úhel dielektrické ztráty	Pevnost (elektrická) E pr, MV/m	Specifické teplo výkon λ, W/mºK
	plyn SF6 (SF 6)
Tekuté kosti	Transformátorový olej
Pevné materiály	Organické a) Parafín Holovax
	b) Bakelitová pryskyřice Kalafuna Polyvinyl- Polystyren Polyethylen Polymethylmethakrylát Epoxidová pryskyřice
	Sloučenina
	d) Fenol-plast (FAS)
	d) Lakovaná tkanina
	Elektrokarton (EVT)
	g) Butadienový kaučuk
	Gumová izolace
	h) Fluoroplast-4 fluoro-plast-3
	Anorganické a) Elektrické sklo.
	b) mýdlový kámen (keramika) porcelánová elektrotechnika
	c) Slída muskovit Micalex
	d) Feroelektrická keramika VK-1 Piezoquartz
	e) Fluoridová izolace (AlF 3)
	f) Azbest
	Elemento-varhany. a) Silikonová org. pryskyřice
	b) Křemíkové varhany. guma

Magnetické materiály Tabulka A.4

Název magnetického materiálu	Chemické složení nebo značka	Relativní magnetická permeabilita, μ		Magnetická indukce V, T		Koer-citiv- síla Ns, A/m	Charakteristický e-mailem odpor ρ, µOhm∙m	Energie v mezeře , J/m3
		počáteční, μ n	maximum, μ max	zbytková přesnost, V	maximum, V max
Magneticky měkké
Elektrotechnika ocel
Permalloy s nízkým obsahem niklu
Permalloy s vysokým obsahem niklu
Supermalloy
Alsifer
Ferity
Nikl-zinkový ferit
Ferit mangan-zinek
Magneticky tvrdé
baryum
baryum
Magnetodielektrika
Na bázi karbonylového železa

Bibliografie

1. Pasynkov, V.V. Materiály elektronické technologie: učebnice pro vysoké školy / V.V Pasynkov, V.S. Sorokin - St. Petersburg: Lan, 2003. – 367 s.

2. Rádiové materiály a rádiové komponenty: metoda. instrukce/stat. DOPOLEDNE. Khadykin A.M. - Omsk: Nakladatelství Státní technické univerzity v Omsku, 2007. - 44 s.

3. Rozhlasové materiály a rozhlasové komponenty: poznámky z přednášek / autorská kompilace. A. M. Khadykin. - Omsk: Nakladatelství Státní technické univerzity v Omsku, 2008. – 91 s.

4. Materiály a prvky elektronických zařízení: metoda. návod / komp. A. M. Khadykin. - Omsk: Nakladatelství Státní technické univerzity v Omsku, 2005.-34 s.

5. Klikushin Yu.N. Nauka o materiálech v přístrojovém inženýrství. Elektromateriály: Učebnice. příručka pro vysoké školy / Yu. N. Klikushin, A. I. Cheredov, I. L. Zacharov; Státní technická univerzita v Omsku. - Omsk: Nakladatelství Státní technické univerzity v Omsku, 2005. - 79 s.

6. Sorokin V. S. Materiály a prvky elektronické techniky. Ve 2 svazcích: učebnice pro vysokoškoláky studující v oboru učitelství bakalářů, magistrů a specialistů 210100 „Elektronika a mikroelektronika“ / V. S. Sorokin, B. L. Antipov, N. P. Lazareva. T.1: Vodiče, polovodiče, dielektrika. - M.: Vydavatelské centrum "Academy", 2006. - 448 s.

7. Sorokin V. S. Materiály a prvky elektronické techniky. Ve 2 svazcích: učebnice pro vysokoškoláky studující studijní obor a specializace „Elektronika a mikroelektronika“ / V. S. Sorokin, B. L. Antipov, N. P. Lazareva. T.2. - M.: Ediční centrum "Akademie", 2006. - 384 s.

8. Aliev I.I. Elektrotechnické materiály a výrobky. Adresář. – M.: IP RadioSoft, 2007. – 352 s.

9. A.I. Sidorov, N.V. Nikonorov „Materiály a technologie integrovaných

optika". Učebnice, průběh přednášek. Petrohrad: Petrohradská státní univerzita ITMO, 2009 - 107

10. Bondarenko I.B., Gatchin Yu.A., Ivanova N.Yu., Shilkin D.A. Konektory a spínací zařízení. Tutorial. Petrohrad: St. Petersburg State University ITMO, 2007. 151 s.

11. Roshchin V.M. Technologie materiálů mikro-, opto- a nanoelektroniky: učebnice. Část 2/ V.M. Roshchin, M.V. Silybin. – M.: BINOM. Vědomostní laboratoř, 2010. – 180 s.

12. Sadčenkov D.A. Značení rádiových komponentů tuzemských i zahraničních. Referenční příručka. Svazek 1. – M.: SOLON-R, 2002. – 208 s.

13. Petrov K.S. Rádiové materiály, rádiové komponenty a elektronika. Učebnice pro vysoké školy. - Petrohrad: Petr, 2006 - 522 s.

14. Ulyanina I.Yu. Struktura materiálů: učebnice. příspěvek / I. Yu Ulyanina, T. Yu Skakova. - M.: MGIU, 2006. - 55 s.

15. Ulyanina I.Yu. Nauka o materiálech v obrysových diagramech: učebnice. příspěvek / I. Yu. - M.: Nakladatelství MGIU, 2006. - 139 s.

16. Mishin D.D. Magnetické materiály. – M.: Vyšší škola, 1991. – 384 s.

17. Kharlamová T.E. Nauka o elektrických materiálech. Elektromateriály: Učebnice. Výhoda. – Petrohrad: SZPI, 1998. – 82 s.

18. Shkaruba M.V., Tikhonov S.A. Materiály a prvky elektronického vybavení: Učebnice. – Omsk: Nakladatelství Omgtu, 2006. – 120 s.

19. Komponenty a technologie: Měsíčně. Všeruské časopis – M.: Redakční časopis. „Fine Street Publishing“ – Vychází měsíčně.

20. Internet: www.wieland– electric.com

21. Internet: www.platan.ru

22. Internet: www.promelec.ru

23. Internet: www.chipdip.ru

6. MAGNETICKÉ MATERIÁLY

Všechny látky jsou magnetické a jsou zmagnetizovány ve vnějším magnetickém poli.

Na základě magnetických vlastností se materiály dělí na slabě magnetické ( diamagnetické materiály A paramagnety) a vysoce magnetické ( feromagnetika A ferrimagnety).

Diamagnetyμ r < 1, значение которой не зависит от напряженности внешнего магнитного поля. Диамагнетиками являются вещества, атомы (молекулы) которых в отсутствие намагничивающего поля имеют магнитный момент равный нулю: водород, инертные газы, большинство органических соединений и некоторые металлы ( Cu, Zn, Ag, Au, Hg), stejně jako V i, Ga, Sb.

Paramagnety– látky s magnetickou permeabilitouμ r> 1, která u slabých polí nezávisí na síle vnějšího magnetického pole. Mezi paramagnetické látky patří látky, jejichž atomy (molekuly) mají v nepřítomnosti magnetizačního pole magnetický moment odlišný od nuly: kyslík, oxid dusíku, soli železa, kobaltu, niklu a prvků vzácných zemin, alkalické kovy, hliník, platina.

Diamagnetické a paramagnetické materiály mají magnetickou permeabilituμ rmá blízko k jednotě. Aplikace v technologii jako magnetické materiály je omezená.

U vysoce magnetických materiálů je magnetická permeabilita výrazně větší než jednota (μ r >> 1) a závisí na síle magnetického pole. Patří sem: železo, nikl, kobalt a jejich slitiny, dále slitiny chrómu a manganu, gadolinium, ferity různého složení.

6.1. Magnetické vlastnosti materiálů

Magnetické vlastnosti materiálů se posuzují pomocí fyzikálních veličin nazývaných magnetické charakteristiky.

Magnetická permeabilita

Rozlišovat relativní A absolutní magnetické permeability látky (materiály), které jsou propojeny vztahem

μa = μ o ·μ, Gn/m

μo- magnetická konstanta,μo = 4π ·10-7 H/m;

μ – relativní magnetická permeabilita (bezrozměrná veličina).

Relativní magnetická permeabilita se používá k popisu vlastností magnetických materiálů.μ (častěji nazývaná magnetická permeabilita), a pro praktické výpočty se používá absolutní magnetická permeabilitaμa, vypočtené rovnicí

μa = V /N,Gn/m

N– intenzita magnetizačního (vnějšího) magnetického pole, A/m

V – indukce magnetického pole v magnetu.

Velká hodnotaμ ukazuje, že materiál se snadno magnetizuje ve slabých a silných magnetických polích. Magnetická permeabilita většiny magnetů závisí na síle magnetizujícího magnetického pole.

Pro charakterizaci magnetických vlastností je bezrozměrná veličina tzv magnetická susceptibilita χ .

μ = 1 + χ

Teplotní koeficient magnetické permeability

Magnetické vlastnosti látky závisí na teplotěμ = μ (T) .

Popsat povahu změnymagnetické vlastnosti s teplotoupoužijte teplotní koeficient magnetické permeability.

Závislost magnetické susceptibility paramagnetických materiálů na teplotěTpopsaný Curieovým zákonem

Kde C - Curieova konstanta .

Magnetické vlastnosti feromagnetik

Závislost magnetických vlastností feromagnetik má složitější charakter, znázorněný na obrázku, a dosahuje maxima při teplotě blízkéQ Na.

Teplota, při které magnetická susceptibilita prudce klesá, téměř k nule, se nazývá Curieova teplota -Q Na. Při vyšších teplotáchQ Na proces magnetizace feromagnetika je narušen intenzivním tepelným pohybem atomů a molekul a materiál přestává být feromagnetický a stává se paramagnetickým.

Na železo Q k = 768 ° C, pro nikl Q k = 358 ° C, pro kobalt Q k = 1131 ° C.

Nad Curieovou teplotou závislost magnetické susceptibility feromagnetika na teplotěTpopsaný Curie-Weissovým zákonem

Proces magnetizace vysoce magnetických materiálů (feromagnetik) má hystereze. Pokud je demagnetizované feromagnetikum zmagnetizováno ve vnějším poli, zmagnetizuje se podle magnetizační křivka B = B(H) . Pokud tedy, počínaje nějakou hodnotouHzačněte snižovat intenzitu pole, poté indukciBse s určitým zpožděním sníží ( hystereze) ve vztahu k magnetizační křivce. Když se pole v opačném směru zvětšuje, feromagnet se demagnetizuje remagnetizuje a s novou změnou směru magnetického pole se může vrátit do výchozího bodu, odkud začal proces demagnetizace. Výsledná smyčka znázorněná na obrázku se nazývá hysterezní smyčka.

Při nějakém maximálním napětíN m magnetizačním poli se látka zmagnetizuje do stavu nasycení, ve kterém dosáhne indukce hodnotyV N, který se nazýváindukce saturace.

Zbytková magnetická indukce V O – pozorované ve feromagnetickém materiálu, zmagnetizovaném do nasycení, během jeho demagnetizace, kdy je síla magnetického pole nulová. Pro demagnetizaci vzorku materiálu musí síla magnetického pole změnit svůj směr na opačný směr (-N). Síla poleN NA , při kterém je indukce rovna nule, se nazývá donucovací síla(přídržná síla) .

Zvrat magnetizace feromagnetika ve střídavých magnetických polích je vždy doprovázen tepelnými ztrátami energie, které jsou způsobeny tzv. hysterezní ztráty A dynamické ztráty. Dynamické ztráty jsou spojeny s vířivými proudy indukovanými v objemu materiálu a závisí na elektrickém odporu materiálu, který se s rostoucím odporem snižuje. Hysterezní ztrátyW v jednom cyklu obrácení magnetizace určeno oblastí hysterezní smyčky

a lze jej vypočítat pro jednotkový objem látky pomocí empirického vzorce

J/m3

Kde η – koeficient v závislosti na materiálu,B N – maximální indukce dosažená během cyklu,n– exponent rovný 1,6 v závislosti na materiálu¸ 2.

Specifické ztráty energie hysterezí R G – ztráty vynaložené na převrácení magnetizace jednotky hmotnosti na jednotku objemu materiálu za sekundu.

Kde F - frekvence střídavého proudu,T– perioda oscilace.

Magnetostrikce

Magnetostrikce – jev změn geometrických rozměrů a tvaru feromagnetika při změně velikosti magnetického pole, tzn. při magnetizaci. Relativní změna rozměrů materiáluΔ l/ lmůže být pozitivní i negativní. U niklu je magnetostrikce menší než nula a dosahuje hodnoty 0,004 %.

V souladu s Le Chatelierovým principem odolnosti systému vůči vlivu vnějších faktorů usilujících o změnu tohoto stavu by měla na magnetizaci těchto materiálů působit mechanická deformace feromagnetika vedoucí ke změně jeho velikosti.

Jestliže během magnetizace dojde u tělesa ke zmenšení jeho velikosti v daném směru, pak působení mechanického tlakového napětí v tomto směru podporuje magnetizaci a natahování ztěžuje magnetizaci.

6.2. Klasifikace feromagnetických materiálů

Všechny feromagnetické materiály jsou rozděleny do dvou skupin na základě jejich chování v magnetickém poli.

Měkké magnetické – s vysokou magnetickou permeabilitouμ a nízkou donucovací silouN NA< 10Dopoledne. Snadno se magnetizují a demagnetizují. Mají nízké hysterezní ztráty, tzn. úzká hysterezní smyčka.

Magnetické charakteristiky závisí na chemické čistotě a stupni narušení krystalové struktury. Čím méně nečistot(S, R, SYN) , čím vyšší je úroveň charakteristik materiálu, proto je nutné je i oxidy při výrobě feromagnetika odstraňovat a snažit se neporušit krystalickou strukturu materiálu.

Tvrdé magnetické materiály - mít skvěléN K > 0,5 MA/ma zbytková indukce (V O ≥ 0,1T). Odpovídají široké hysterezní smyčce. Magnetizují se s velkými obtížemi, ale dokážou uchovat magnetickou energii i několik let, tzn. slouží jako zdroj konstantního magnetického pole. Proto se z nich vyrábí permanentní magnety.

Na základě svého složení se všechny magnetické materiály dělí na:

· kov;

· nekovový;

· magnetodielektrika.

Kovové magnetické materiály - jedná se o čisté kovy (železo, kobalt, nikl) a magnetické slitiny některých kovů.

Na nekovové materiály zahrnují ferity, získané z prášků oxidů železa a jiných kovů. Lisují se a vypalují při 1300 - 1500 °C a mění se na pevné monolitické magnetické díly. Ferity, stejně jako kovové magnetické materiály, mohou být měkké magnetické nebo tvrdé magnetické.

Magnetodielektrika – jedná se o kompozitní materiály z 60–80 % práškového magnetického materiálu a 40–20 % organického dielektrika. Ferity a magnetodielektrika mají vysoký elektrický odpor (ρ = 10 ÷ 10 8 Ohm m), vysoká odolnost těchto materiálů zajišťuje nízké dynamické energetické ztráty ve střídavých elektromagnetických polích a umožňuje jejich široké použití ve vysokofrekvenční technice.

6.3. Kovové magnetické materiály

6.3.1. Kov měkké magnetické materiálů

Kovové měkké magnetické materiály zahrnují karbonylové železo, permalloy, alsifer a nízkouhlíkovou křemíkovou ocel.

Karbonylové železo – získává se tepelným rozkladem kapalného pentakarbonylu železaF E( CO) 5 získat částice čistého práškového železa:

F E( CO ) 5 → Fe+ 5 СО,

při teplotě kolem 200 st°Ca tlak 15 MPa. Částice železa mají kulovitý tvar o velikosti 1 – 10 mikronů. K odstranění uhlíkových částic se železný prášek podrobí tepelnému zpracování v prostředí N 2 .

Magnetická permeabilita karbonylového železa dosahuje 20000, koercitivní síla je 4,5¸ 6,2Dopoledne. Železný prášek se používá k výrobě vysokofrekvenčních magnetodielektrikum jádra, jako výplň do magnetických pásek.

Permalloi –slitiny tvárného železa a niklu. Pro zlepšení vlastností přidejte po, S r, Cu, vyrábějící dopované permalloye. Mají vysokou tažnost a lze je snadno svinout do plechů a pásů až do tloušťky 1 mikronu.

Pokud je obsah niklu v permalloy 40 - 50%, pak se nazývá nízkoniklový, pokud 60 - 80% - s vysokým obsahem niklu.

Permalloye mají vysokou úroveň magnetických vlastností, která je zajištěna nejen složením a vysokou chemickou čistotou slitiny, ale také speciální tepelnou vakuovou úpravou. Permalloye mají velmi vysokou úroveň počáteční magnetické permeability od 2000 do 30000 (v závislosti na složení) v oblasti slabých polí, což je způsobeno nízkou velikostí magnetostrikce a izotropií magnetických vlastností. Supermalloy má obzvláště vysoké vlastnosti, jejichž počáteční magnetická permeabilita je 100 000 a maximální dosahuje 1,5· 10 6 v B= 0,3 T.

Permalloy se dodává ve formě pásů, plechů a tyčí. Permalloy s nízkým obsahem niklu se používají pro výrobu jader induktorů, transformátorů malých rozměrů a magnetických zesilovačů, s vysokým obsahem niklu permalloi – pro části zařízení pracující na zvukových a nadzvukových frekvencích. Magnetické vlastnosti permalloyí jsou stabilní při –60 +60°C.

Alsifera – nepoddajný křehký slitiny o složení Al – Si– Fe , skládající se z 5,5 – 13 %Al, 9 – 10 % Si, zbytek je železo. Alsifer je svými vlastnostmi podobný permalloy, ale je levnější. Vyrábí se z něj litá jádra, odlévají se magnetická stínítka a další duté díly o tloušťce stěny minimálně 2–3 mm. Křehkost alsifer omezuje jeho oblasti použití. S využitím křehkosti alsifer se mele na prášek, který se používá jako feromagnetické plnivo v lisovaném vysokofrekvenčním magnetodielektrika(jádra, kroužky).

Silikonová nízkouhlíková ocel (elektroocel) – slitina železa a křemíku (0,8 - 4,8 %Si). Hlavní měkký magnetický materiál pro hromadné použití. Snadno se sroluje do plátů a pásů 0,05 - 1 mm a je to levný materiál. Křemík, který se nachází v oceli v rozpuštěném stavu, plní dvě funkce.

· Zvyšováním měrného odporu oceli způsobuje křemík snížení dynamických ztrát spojených s vířivými proudy. Odpor se zvyšuje v důsledku tvorba oxidu křemičitého SiO 2 jako výsledek reakce

2 FeO + S i→ 2Fe+ SiO 2 .

· Přítomnost křemíku rozpuštěného v oceli podporuje rozklad cementitu Fe 3 C – škodlivé nečistoty, které snižují magnetické vlastnosti, a uvolňování uhlíku ve formě grafitu. V tomto případě vzniká čisté železo, jehož růst krystalů zvyšuje úroveň magnetických charakteristik oceli.

Zavádění křemíku do oceli v množství přesahujícím 4,8 % se nedoporučuje, protože křemík sice pomáhá zlepšit magnetické vlastnosti, ale prudce zvyšuje křehkost oceli a snižuje její mechanické vlastnosti.

6.3.2. Kovové tvrdé magnetické materiály

Tvrdé magnetické materiály - jedná se o feromagnetika s vysokou koercitivní silou (více než 1 kA/m) a velkou hodnotou zbytkové magnetické indukceV O. Používá se pro výrobu permanentních magnetů.

Podle složení, stavu a způsobu výroby se dělí na:

· legované martenzitické oceli;

· lité tvrdé magnetické slitiny.

Legované martenzitické oceli – jde o uhlíkové oceli a legované oceliCr, W, Co, Mo . Uhlík ocel rychle stárne a mění své vlastnosti, proto se pro výrobu permanentních magnetů používají jen zřídka. Pro výrobu permanentních magnetů se používají legované oceli - wolfram a chrom (N C ≈ 4800 Dopoledne,V O ≈ 1 T), které jsou vyráběny ve formě tyčí s různými tvary průřezu. Kobaltová ocel má vyšší koercitivitu (N C ≈ 12 000 Dopoledne,V O ≈ 1 T) ve srovnání s wolframem a chromem. Donucovací síla N S kobaltové oceli se zvyšuje s rostoucím obsahem S O .

Odlévané tvrdé magnetické slitiny. Vylepšené magnetické vlastnosti slitin jsou způsobeny speciálně vybraným složením a speciální úpravou - chlazení magnetů po odlití v silném magnetickém poli, dále speciální vícestupňové tepelné zpracování v podobě kalení a temperování v kombinaci s magnetickým úprava, nazývaná disperzní kalení.

Pro výrobu permanentních magnetů se používají tři hlavní skupiny slitin:

· Slitina železo – kobalt – molybden typ remalloy s donucovací silouN K = 12 – 18 kA/m.

· Skupina slitin:

§ měď – nikl – železo;

§ měď – nikl – kobalt;

§ železo - mangan, legovanéhliník nebo titan;

§ železo – kobalt – vanad (F E– Co – V).

Slitina měď - nikl - železo se nazývá kunife (S u– Ni - Fe). Slitina F E– Co – V (železo - kobalt - vanad) je tzv vikala . Slitiny této skupiny mají donucovací sílu N NA = 24 – 40 kA/m. K dispozici ve formě drátu a plechu.

· Systém slitin železo – nikl – hliník(F E – Ni– Al), dříve známý jako slitina alni. Slitina obsahuje 20 - 33 % Ni + 11 – 17 % Al, zbytek je železo. Přidání kobaltu, mědi, titanu, křemíku a niobu do slitin zlepšuje jejich magnetické vlastnosti, usnadňuje technologii výroby, zajišťuje opakovatelnost parametrů a zlepšuje mechanické vlastnosti. Moderní značení značky obsahuje písmena označující přidané kovy (Y - hliník, N - nikl, D - měď, K - kobalt, T - titan, B - niob, C - křemík), čísla - obsah prvku, jehož písmeno se objevuje před číslem, například UNDC15.

Slitiny mají vysokou koercitivní hodnotu N NA = 40 – 140 kA/m a velká akumulovaná magnetická energie.

6.4. Nekovové magnetické materiály. Ferity

Ferity jsou keramické feromagnetické materiály s nízkou elektronovou vodivostí. Nízká elektrická vodivost v kombinaci s vysokými magnetickými charakteristikami umožňuje široké použití feritů při vysokých frekvencích.

Ferity jsou vyrobeny z práškové směsi skládající se z oxidu železa a speciálně vybraných oxidů jiných kovů. Jsou lisovány a následně slinovány při vysokých teplotách. Obecný chemický vzorec je:

MeO Fe 2 O 3 nebo MeFe 2 O 4,

Kde Mehsymbol dvojmocného kovu.

Například,

ZnO Fe 2 O 3 nebo

NiO Fe 2 O 3 nebo NiFe 2 O 4

Ferity mají kubickou mřížku spinelového typuMgOAl 2 O 3 - hlinitan hořečnatý.Ne všechny ferity jsou magnetické. Přítomnost magnetických vlastností je spojena s uspořádáním kovových iontů v kubické spinelové mřížce. Takže systémZnFe 2 O 4 nemá feromagnetické vlastnosti.

Ferity jsou vyráběny keramickou technologií. Původní práškové oxidy kovů se melou v kulových mlýnech, lisují a vypalují v pecích. Slinuté brikety se rozemele na jemný prášek a přidá se změkčovadlo, například roztok polyvinylalkoholu. Z výsledné hmoty se lisují feritové výrobky - jádra, kroužky, které se vypalují na vzduchu při 1000 - 1400 °C. Výsledné tvrdé, křehké, většinou černé výrobky lze zpracovat pouze broušením a leštěním.

Měkké magnetické ferity

Měkké magnetickéFerity jsou široce používány v oblasti vysokofrekvenční elektroniky a výroby přístrojů pro výrobu filtrů, transformátorů pro nízkofrekvenční a vysokofrekvenční zesilovače, antén pro rádiová vysílací a přijímací zařízení, pulzních transformátorů a magnetických modulátorů. Průmysl vyrábí následující typy měkce magnetických feritů se širokou škálou magnetických a elektrických vlastností: nikl - zinek, mangan - zinek a lithium - zinek. Horní mezní frekvence použití feritů závisí na jejich složení a liší se pro různé typy feritů od 100 kHz do 600 MHz, koercitivní síla je asi 16 A/m.

Výhodou feritů je stabilita magnetických charakteristik a relativní snadnost výroby rádiových komponent. Jako všechny feromagnetické materiály, i ferity si zachovávají své magnetické vlastnosti pouze do Curieovy teploty, která závisí na složení feritů a pohybuje se od 45° do 950°C.

Tvrdé magnetické ferity

Pro výrobu permanentních magnetů se nejčastěji používají ferity barnaté (;VaO 6 Fe 2 O 3 ). Mají hexagonální krystalovou strukturu s velkýmiN NA . Ferity barya jsou polykrystalický materiál. Mohou být izotropní - stejné vlastnosti feritu ve všech směrech jsou způsobeny tím, že krystalické částice jsou orientovány libovolně. Pokud je během procesu lisování magnetů prášková hmota vystavena vnějšímu magnetickému poli vysoké intenzity, pak budou krystalické feritové částice orientovány jedním směrem a magnet bude anizotropní.

Baryové ferity se vyznačují dobrou stabilitou svých charakteristik, ale jsou citlivé na změny teploty a mechanické namáhání. Baryové feritové magnety jsou levné.

6.5. Magnetodielektrika

Magnetodielektrika - jedná se o kompozitní materiály skládající se z jemných částic měkkého magnetického materiálu navzájem spojených organickým nebo anorganickým dielektrikem. Jako měkké magnetické materiály se používá karbonylové železo, alsifer a některé druhy permalloy, rozdrcené na prášek.

Polystyren, bakelitové pryskyřice, tekuté sklo atd. se používají jako dielektrika.

Účelem dielektrika není pouze spojovat částice magnetického materiálu, ale také je od sebe izolovat a v důsledku toho výrazně zvýšit hodnotu elektrického odporu. magnetodielektrikum. Elektrický odporrmagnetodielektrikaje 10 3 – 10 4 Ohm× m

Magnetodielektrikapoužívá se k výrobě jader pro součásti vysokofrekvenčních rádiových zařízení. Proces výroby produktů je jednodušší než z feritů, protože nevyžadují vysokoteplotní tepelné zpracování. Produkty z magnetodielektrika Vyznačují se vysokou stabilitou magnetických vlastností, vysokou třídou čistoty povrchu a rozměrovou přesností.

Magnetodielektrika plněná molybdenovou permalloy nebo karbonylovým železem mají nejvyšší magnetické vlastnosti.