Mágneses

A mágneses térben lévő összes anyag mágnesezett (belső mágneses tér jelenik meg bennük). A belső tér nagyságától és irányától függően az anyagokat a következőkre osztják:

1) diamágneses anyagok,

2) paramágneses anyagok,

3) ferromágnesek.

Egy anyag mágnesezettségét a mágneses permeabilitás jellemzi,

Mágneses indukció az anyagban,

Mágneses indukció vákuumban.

Bármely atom jellemezhető mágneses nyomatékkal .

Az áramerősség az áramkörben, - az áramkör területe, - az áramkör felületének normálvektora.

Az atom mikroáramát a negatív elektronok keringési pályán és saját tengelye körüli mozgása, valamint a pozitív atommag saját tengelye körüli forgása hozza létre.

1. Diamágnesek.

Amikor nincs külső mező, atomokban diamágneses anyagok az elektronok és az atommagok áramai kompenzálódnak. Az atom teljes mikroárama és mágneses momentuma egyenlő nullával.

Külső mágneses térben az atomokban nullától eltérő elemi áramok indukálódnak (indukálódnak). Az atomok mágneses momentumai ellentétes irányúak.

Egy kis saját mező jön létre, amely a külsővel szemben irányul, és gyengíti azt.

Diamágneses anyagokban.

Mert< , то для диамагнетиков 1.

2. Paramágneses anyagok

BAN BEN paramágnesek az atomok mikroáramai és mágneses momentumaik nem egyenlők nullával.

Külső mező nélkül ezek a mikroáramok kaotikusan helyezkednek el.

A külső mágneses térben a paramágneses atomok mikroáramai a mező mentén orientálódnak, erősítve azt.

Paramágneses anyagban a mágneses indukció = + valamivel meghaladja a -t.

Paramágneseknél 1. Dia- és paramágneseknél 1-et feltételezhetünk.

1. táblázat Para- és diamágneses anyagok mágneses permeabilitása.

A paramágneses anyagok mágnesezettsége a hőmérséklettől függ, mert Az atomok hőmozgása megakadályozza a mikroáramok rendezett elrendezését.

A természetben a legtöbb anyag paramágneses.

A dia- és paramágnesekben a belső mágneses tér jelentéktelen, és megsemmisül, ha az anyagot eltávolítják a külső térből (az atomok visszatérnek eredeti állapotukba, az anyag demagnetizálódik).

3. Ferromágnesek

Mágneses permeabilitás ferromágnesek eléri a százezreket, és a mágnesező tér nagyságától függ ( erősen mágneses anyagok).

Ferromágnesek: vas, acél, nikkel, kobalt, ötvözeteik és vegyületeik.

A ferromágnesekben vannak spontán mágnesezettségi tartományok ("tartományok"), amelyekben minden atomi mikroáram azonos módon orientálódik. A tartomány mérete eléri a 0,1 mm-t.

Külső tér hiányában az egyes tartományok mágneses momentumai véletlenszerűen orientáltak és kompenzálódnak. Külső térben azok a tartományok, amelyekben a mikroáramok fokozzák a külső mezőt, a szomszédosak rovására növelik méretüket. A keletkező mágneses tér = + a ferromágnesekben sokkal erősebb a para- és diamágneses anyagokhoz képest.

A több milliárd atomot tartalmazó tartományok tehetetlenséggel rendelkeznek, és nem térnek vissza gyorsan eredeti rendezetlen állapotukba. Ezért, ha egy ferromágnest eltávolítanak a külső mezőből, akkor a saját mezője hosszú ideig megmarad.

A mágnes a hosszú távú tárolás során demagnetizálódik (idővel a tartományok kaotikus állapotba kerülnek).

A lemágnesezés másik módja a melegítés. Minden ferromágneshez van egy hőmérséklet (ezt „Curie-pontnak” nevezik), amelyen a tartományokban lévő atomok közötti kötések megsemmisülnek. Ebben az esetben a ferromágnes paramágnessé változik, és lemágnesezés következik be. Például a vas Curie-pontja 770°C.

Anyag mágneses permeabilitásának meghatározása. Szerepe a mágneses tér leírásában

Ha kísérletet végez egy ballisztikus galvanométerhez csatlakoztatott mágnesszeleppel, akkor amikor a mágnesszelepben lévő áram be van kapcsolva, meghatározhatja az F mágneses fluxus értékét, amely arányos a galvanométer tűjének eltérítésével. Végezzük el a kísérletet kétszer, és állítsuk be az áramerősséget (I) a galvanométerben azonosra, de az első kísérletben a mágnesszelep mag nélküli lesz, a második kísérletben pedig az áram bekapcsolása előtt bevezetjük egy vasmagot a mágnesszelepbe. Kiderült, hogy a második kísérletben a mágneses fluxus lényegesen nagyobb, mint az elsőben (mag nélkül). Különböző vastagságú magokkal végzett kísérlet megismétlésekor kiderül, hogy a maximális áramlást abban az esetben kapjuk meg, ha a teljes mágnesszelep vassal van megtöltve, vagyis a tekercs szorosan a vasmag körül van feltekerve. Kísérletet végezhet különböző magokkal. Az eredmény a következő:

ahol $Ф$ a mágneses fluxus egy maggal rendelkező tekercsben, ahol $Ф_0$ a mágneses fluxus egy mag nélküli tekercsben. A mágneses fluxus növekedése, amikor egy magot vezetnek a szolenoidba, azzal magyarázható, hogy a mágneses fluxushoz, amely az áramot létrehozza a szolenoid tekercsében, egy orientált amperes molekulaáramok halmaza által létrehozott mágneses fluxust adták hozzá. Mágneses tér hatására a molekuláris áramok orientálódnak, és teljes mágneses momentumuk megszűnik nullával egyenlő lenni, és további mágneses mező keletkezik.

Meghatározás

A közeg mágneses tulajdonságait jellemző $\mu $ mennyiséget mágneses permeabilitásnak (vagy relatív mágneses permeabilitásnak) nevezzük.

Ez egy anyag dimenzió nélküli jellemzője. A Ф fluxus $\mu $-szoros (1) növekedése azt jelenti, hogy a mágneses indukció $\overrightarrow(B)$ a magban ugyanannyiszor nagyobb, mint vákuumban, azonos áram mellett a mágnesszelepben. Ezért ezt írhatjuk:

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

ahol $(\overrightarrow(B))_0$ a mágneses tér indukciója vákuumban.

A mágneses indukció mellett, amely a mezőre jellemző fő erő, mágneses térerősségként egy segédvektormennyiséget használnak ($\overrightarrow(H)$), amely a következő összefüggésben kapcsolódik a $\overrightarrow(B)$-hoz :

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

Ha a (3) képletet alkalmazzuk a maggal végzett kísérletre, akkor azt kapjuk, hogy mag hiányában:

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

ahol $\mu $=1. Ha van mag, a következőket kapjuk:

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

De mivel a (2) teljesül, kiderül, hogy:

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

Megállapítottuk, hogy a mágneses térerősség nem függ attól, hogy a tér milyen homogén anyaggal van kitöltve. A legtöbb anyag mágneses permeabilitása körülbelül egységnyi, kivéve a ferromágneseket.

Egy anyag mágneses érzékenysége

Általában a mágnesezési vektor ($\overrightarrow(J)$) az intenzitásvektorhoz van társítva a mágnes minden pontjában:

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

ahol $\varkappa $ mágneses szuszceptibilitás, dimenzió nélküli mennyiség. Nem ferromágneses anyagoknál és kis mezőkben a $\varkappa $ nem függ az erősségtől, és skaláris mennyiség. Anizotróp közegben a $\varkappa $ egy tenzor, és a $\overrightarrow(J)$ és a $\overrightarrow(H)$ irányok nem esnek egybe.

A mágneses szuszceptibilitás és a mágneses permeabilitás kapcsolata

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

Helyettesítsük be a (7) mágnesezési vektor kifejezését (8)-ra, és kapjuk:

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

A feszültséget kifejezve azt kapjuk, hogy:

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

Az (5) és (10) kifejezések összehasonlításával a következőket kapjuk:

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

A mágneses érzékenység lehet pozitív vagy negatív. A (11)-ből az következik, hogy a mágneses permeabilitás lehet egységnél nagyobb vagy kisebb is.

1. példa

Feladat: Számítsa ki a mágnesezettséget egy I=2A erősségű R=0,1 m sugarú körtekercs közepén, ha az folyékony oxigénbe merül! A folyékony oxigén mágneses szuszceptibilitása egyenlő: $\varkappa =3,4\cdot (10)^(-3).$

A probléma megoldásának alapjául egy olyan kifejezést veszünk, amely tükrözi a mágneses térerősség és a mágnesezettség kapcsolatát:

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

Keressük meg a tekercs közepén lévő mezőt árammal, mivel ezen a ponton kell kiszámolnunk a mágnesezettséget.

Válasszunk ki egy elemi szakaszt az áramvezetőn (1. ábra) a probléma megoldásának alapjául, az áramvezető tekercs elem erősségének képletét használjuk:

ahol $\ \overrightarrow(r)$ az aktuális elemtől a vizsgált pontig húzott sugárvektor, a $\overrightarrow(dl)$ pedig az árammal rendelkező vezető eleme (az irányt az áram iránya határozza meg ), a $\vartheta$ a $ \overrightarrow(dl)$ és a $\overrightarrow(r)$ közötti szög. ábra alapján. 1 $\vartheta=90()^\circ $, ezért az (1.1) egyszerűsödik, emellett az árammal működő vezetőelem távolsága a kör középpontjától (az a pont, ahol a mágneses teret keressük) állandó és egyenlő a fordulat sugarával (R), ezért van:

Az eredményül kapott mágneses térerősség vektor az X tengely mentén irányul, ez az egyes vektorok $\ \ \overrightarrow(dH),$ összegeként található meg, mivel minden áramelem mágneses mezőt hoz létre a fordulat közepén, a kör mentén irányítva. normális a kanyarban. Ezután a szuperpozíció elve szerint a teljes mágneses térerősséget az integrálra való átadással kaphatjuk meg:

Ha behelyettesítjük (1.3) értékét (1.4) -be, a következőt kapjuk:

Keressük meg a mágnesezettséget, ha az intenzitást (1.5)-ből (1.1)-be helyettesítjük, kapjuk:

Minden mértékegység az SI rendszerben van megadva, végezzük el a számításokat:

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

2. példa

Feladat: Számítsa ki a külső egyenletes mágneses térben lévő volfrámrúd teljes mágneses mezőjének molekulaáramok által meghatározott hányadát! A wolfram mágneses permeabilitása $\mu =1.0176.$

A mágneses tér indukciója ($B"$), amely a molekuláris áramokat magyarázza, a következőképpen található meg:

ahol $J$ a mágnesezettség. A mágneses térerősséghez a következő kifejezéssel kapcsolódik:

ahol egy anyag mágneses szuszceptibilitása a következőképpen határozható meg:

\[\varkappa =\mu -1\ \left(2.3\right).\]

Ezért a molekuláris áramok mágneses terét a következőképpen találjuk:

A rúd teljes mezőjét a következő képlet szerint számítják ki:

A (2.4) és (2.5) kifejezéseket használjuk a szükséges kapcsolat megtalálásához:

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

Végezzük el a számításokat:

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

Válasz:$\frac(B")(B)=0,0173.$

Mágneses permeabilitás. Az anyagok mágneses tulajdonságai

Az anyagok mágneses tulajdonságai

Ahogy egy anyag elektromos tulajdonságait a dielektromos állandó jellemzi, az anyagok mágneses tulajdonságait a mágneses permeabilitás.

Tekintettel arra, hogy a mágneses térben elhelyezkedő összes anyag saját mágneses teret hoz létre, a mágneses indukciós vektor egy homogén közegben eltér a térnek ugyanabban a pontjában lévő vektortól közeg hiányában, azaz vákuumban.

A kapcsolatot úgy hívják a közeg mágneses permeabilitása.

Tehát homogén közegben a mágneses indukció egyenlő:

A vas m értéke nagyon nagy. Ez tapasztalattal igazolható. Ha vasmagot helyezünk egy hosszú tekercsbe, akkor a mágneses indukció a (12.1) képlet szerint m-szeresére nő. Következésképpen a mágneses indukció fluxusa ugyanekkora mértékben növekszik. A mágnesező tekercset egyenárammal tápláló áramkör nyitásakor a második, a fő tetejére tekercselt kis tekercsben indukciós áram jelenik meg, amelyet galvanométer rögzít (12.1. ábra).

Ha vasmagot helyezünk a tekercsbe, akkor a galvanométer tűjének elhajlása az áramkör nyitásakor m-szer nagyobb lesz. A mérések azt mutatják, hogy a mágneses fluxus több ezerszeresére nőhet, ha vasmagot vezetünk a tekercsbe. Következésképpen a vas mágneses permeabilitása óriási.

Az erősen eltérő mágneses tulajdonságokkal rendelkező anyagok három fő osztálya létezik: ferromágnesek, paramágnesek és diamágneses anyagok.

Ferromágnesek

Azokat az anyagokat, amelyeknél a vashoz hasonlóan m >> 1, ferromágneseknek nevezzük. A vason kívül ferromágneses a kobalt és a nikkel, valamint számos ritkaföldfém elem és sok ötvözet. A ferromágnesek legfontosabb tulajdonsága a maradék mágnesesség megléte. Egy ferromágneses anyag lehet mágnesezett állapotban külső mágnesező tér nélkül.

Egy vastárgy (például egy rúd), mint ismeretes, mágneses térbe kerül, vagyis olyan területre mozog, ahol nagyobb a mágneses indukció. Ennek megfelelően mágneshez vagy elektromágneshez vonzódik. Ez azért történik, mert a vasban az elemi áramok úgy vannak orientálva, hogy mezőjük mágneses indukciójának iránya egybeesik a mágnesező tér indukciójának irányával. Ennek eredményeként a vasrúd mágnessé változik, amelynek legközelebbi pólusa az elektromágnes pólusával ellentétes. A mágnesek ellentétes pólusai vonzzák egymást (12.2. ábra).

Rizs. 12.2

ÁLLJ MEG! Döntse el Ön: A1–A3, B1, B3.

Paramágnesek

Vannak olyan anyagok, amelyek vasként viselkednek, vagyis mágneses térbe vonódnak. Ezeket az anyagokat ún paramágneses. Ide tartozik néhány fém (alumínium, nátrium, kálium, mangán, platina stb.), oxigén és sok más elem, valamint különféle elektrolit oldatok.

Mivel a paramágnesek behúzódnak a mezőbe, az általuk létrehozott saját mágneses tér és a mágnesező tér indukciós vonalai azonos módon irányulnak, így a mező fokozódik. Így m > 1. Az m azonban rendkívül csekély mértékben, csak 10 –5 ...10 –6 nagyságrendű mértékben tér el az egységtől. Ezért erős mágneses mezőkre van szükség a paramágneses jelenségek megfigyeléséhez.

Diamágnesek

Az anyagok egy speciális osztálya diamágneses anyagok, fedezte fel Faraday. Kiszorulnak a mágneses térből. Ha egy erős elektromágnes pólusához akasztunk egy diamágneses rudat, akkor az kilökődik róla. Következésképpen az általa létrehozott tér indukciós vonalai a mágnesező tér indukciós vonalaival ellentétes irányban irányulnak, azaz a tér gyengül (12.3. ábra). Ennek megfelelően a diamágneses anyagoknál m< 1, причем отличается от единицы на вели­чину порядка 10 –6 . Магнитные свойства у диамагнетиков вы­ражены слабее, чем у парамагнетиков.

Mágneses anyagok: tulajdonságok és jellemzők. Különböző típusú mágnesesség jellemzői. Mágnesezési folyamatok. Az erősen mágneses anyagok jellemzői. A mágnesezési visszafordítási veszteségek.

Lágy mágneses anyagok: osztályozás, tulajdonságok, cél.

Kemény mágneses anyagok: osztályozás, tulajdonságok, cél. Speciális célú mágneses anyagok: osztályozás, tulajdonságok, rendeltetés.

Irodalom

A természetben minden anyag kölcsönhatásba lép egy külső mágneses térrel, de minden anyag más.

Az anyagok mágneses tulajdonságai az elemi részecskék mágneses tulajdonságaitól, az atomok és molekulák szerkezetétől, valamint csoportjaiktól függenek, de a fő meghatározó hatást az elektronok és mágneses momentumaik fejtik ki.

Minden anyag a mágneses térrel és a benne lévő viselkedéssel kapcsolatban a következő csoportokba sorolható:

Diamágnesek– olyan anyagok, amelyek nem rendelkeznek állandó mágneses dipólusmomentummal, és relatív mágneses permeabilitása (μ≤1) valamivel kisebb, mint egy. A diamágneses anyagok relatív dielektromos állandója μ szinte független a mágneses térerősségtől (H), és nem függ a hőmérséklettől. Ide tartoznak: inert gázok (Ne, Ar, Kr, Xe), hidrogén (H 2); réz (Cu), cink (Zn), ezüst (Ag), arany (Au), antimon (Sb) stb.

Paramágnesek– olyan anyagok, amelyek állandó dipólusmomentumokkal rendelkeznek, de véletlenszerűen vannak elrendezve, így a köztük lévő kölcsönhatás nagyon gyenge. A paramágneses anyagok relatív mágneses permeabilitása valamivel nagyobb, mint egység (μ≥1), és gyengén függ a mágneses térerősségtől és a hőmérséklettől.

A paramágneses anyagok közé tartoznak a következő anyagok: oxigén (O2), alumínium (Al), platina (Pt), alkálifémek, vassók, nikkel, kobalt stb.

Ferromágnesek– állandó mágneses dipólusmomentumú és doménszerkezetű anyagok. Mindegyik tartományban párhuzamosak egymással és azonos irányúak, így nagyon erős a kölcsönhatás közöttük. A ferromágnesek relatív mágneses permeabilitása nagy (μ >> 1), egyes ötvözeteknél eléri az 1 500 000-et. Ez függ a mágneses térerősségtől és a hőmérséklettől.

Ide tartoznak: vas (Fe), nikkel (Ni), kobalt (Co), sok ötvözet, ritkaföldfém elemek: szamárium (Sm), gadolínium (Gd) stb.

Antiferromágnesek– olyan anyagok, amelyek permanens dipólus mágneses momentumokkal rendelkeznek, amelyek egymással ellentétes irányban helyezkednek el. Relatív mágneses permeabilitásuk valamivel több mint egység (μ ≥ 1), nagyon gyengén függ a mágneses térerősségtől és a hőmérséklettől. Ide tartoznak: kobalt-oxidok (CoO), mangán (MnO), nikkel-fluorid (NiF 2) stb.

Ferri mágnesek– olyan anyagok, amelyek antiparallel permanens dipólus mágneses momentumokkal rendelkeznek, amelyek nem kompenzálják teljesen egymást. Minél kisebb az ilyen kompenzáció, annál magasabbak a ferromágneses tulajdonságaik. A ferrimágnesek relatív mágneses permeabilitása megközelítheti az egységet (a nyomatékok szinte teljes kompenzációjával), vagy elérheti a tízezreket (alacsony kompenzáció mellett).

A ferrimágnesek közé tartoznak a ferritek, ezeket nevezhetjük oxiferrinek, mivel kétértékű fémek oxidjai Fe 2 O 3-mal. A ferrit általános képlete, ahol Me egy kétértékű fém.

A ferritek mágneses permeabilitása függ a hőmérséklettől és a mágneses térerősségtől, de kisebb mértékben, mint a ferromágneseké.

A ferritek kis elektromos vezetőképességű kerámia ferromágneses anyagok, aminek következtében a nagy mágneses (μ ≈ 10 4) és nagy dielektromos (ε ≈ 10 3) permeabilitású elektronikus félvezetők közé sorolhatók.

A dia-, para- és antiferromágnesek a gyengén mágneses anyagok, a ferro- és ferrimágnesek pedig az erősen mágneses anyagok csoportjába sorolhatók.

A rádióelektronika területén a nagymágneses anyagok a legérdekesebbek (6.1. ábra).

Rizs. 6.1. Mágneses anyagok szerkezeti diagramja

Az anyagok mágneses tulajdonságait az elektromos töltések belső rejtett mozgási formái határozzák meg, amelyek elemi köráramok. A köráramot mágneses momentum jellemzi, és helyettesíthető egy ekvivalens mágneses dipólussal. A mágneses dipólusok főként az elektronok spin-forgása révén jönnek létre, míg az elektronok orbitális forgása, valamint a magforgás gyenge szerepet játszik ebben a folyamatban.

A legtöbb anyagban az elektronok spinmomentumai kioltják egymást. Ezért a periódusos rendszerben nem minden anyagban figyelhető meg a ferromágnesesség.

Feltételek, amelyek szükségesek ahhoz, hogy egy anyag ferromágneses legyen:

1. Elemi köráramok létezése az atomokban.

2. Kompenzálatlan spinmomentumok, elektronok jelenléte.

3. A kompenzálatlan spinmomentumú elektronpálya (D) átmérője és az (a) anyag kristályrácsállandója közötti összefüggést

. (6.1)

4. Egy tartománystruktúra jelenléte, azaz. olyan kristályos régiók, amelyekben a dipólus mágneses momentumai párhuzamosak.

5. Az anyag (anyag) hőmérsékletének a Curie-pont alatt kell lennie, mivel magasabb hőmérsékleten a tartományszerkezet eltűnik, az anyag ferromágneses állapotból paramágneses állapotba kerül.

Egy anyag ferromágneses állapotának jellemző tulajdonsága a spontán mágnesezettség jelenléte külső mágneses tér alkalmazása nélkül. Egy ilyen test mágneses fluxusa azonban nulla lesz, mivel az egyes tartományok mágneses momentumainak iránya eltérő (zárt mágneses körrel rendelkező tartományszerkezet).

Egy anyag mágnesezettségi fokát a mágnesezettség nagyságával, vagyis a mágnesezési intenzitással (J) jellemezzük, amelyet a keletkező Σm mágneses momentum és az anyag térfogatához (V) viszonyított arányának határaként határozunk meg, amikor a a hangerő nullára hajlik

. (6.2)

Ha egy anyagot H intenzitású külső mágneses térbe helyez, akkor J és H aránya lesz

J = 4 πχH, (6.3)

Ahol χ (kappa) mágneses viszkozitásnak nevezzük.

A relatív mágneses permeabilitás μ függ χ-tól:

μ = 1 +4 πχ . (6.4)

A mágnesezettség intenzitása ismeretében meghatározható μ

μ = 1+. (6.5)

Általánosságban elmondható, hogy a ferromágnesben a mágneses mező két összetevő összegeként jön létre: a külső, amelyet a külső H mágneses tér erőssége hoz létre, és a belső, amelyet a mágnesezés (J) hoz létre.

A teljes mágneses teret a B mágneses indukció jellemzi:

B = μ 0 (H + J), (6.6)

Ahol μ 0 - mágneses állandó (vákuum mágneses permeabilitása)

μ 0 = 4 π ∙10 -7 , G/m. (6.7)

J értékét χ-n, majd μ-n keresztül kifejezve kapjuk:

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

A mágneses permeabilitás abszolút értéke

μ abs = μ 0 ∙ μ . (6.9)

A mágneses indukció végső képlete B

B = μ abs H. (6.10)

A ferromágneses anyag mágnesezési folyamata külső mágneses tér hatására a következő:

olyan tartományok növekedése, amelyek mágneses momentumai közel vannak a külső mezőhöz, és más tartományok csökkenése;

az összes tartomány mágneses momentumainak orientálása a külső tér irányába.

A mágnesezési folyamatot minden egyes ferromágnesre a fő mágnesezési görbe B = f(H) jellemzi.

A mágneses permeabilitás μ is változik a mágnesezés során.

Ez az ábrán látható. 6.2.

Rizs. 6.2. Mágnesesedési görbék (B = f(H)) és mágneses permeabilitás (μ = f(H))

A μ mágneses permeabilitást nullához közeli H feszültségnél kezdetinek nevezzük (1. szakasz), és amikor az anyag telítettségbe megy át, akkor maximális értéket (2) vesz fel, a H további növekedésével a μ mágneses permeabilitás csökken (3. szakasz). és 4).

A ferromágnes ciklikus mágnesezése során a mágnesezési és lemágnesezési görbék hiszterézis hurkot alkotnak. Az anyagtelítettség feltétele mellett kapott hiszterézis hurkot határhuroknak nevezzük. A például az oszcilloszkóp képernyőjén kapott hiszterézis hurokból meglehetősen teljes információt kaphatunk az anyag fő mágneses paramétereiről (6.3. ábra).

Rizs. 6.3. Hiszterézis hurok

A fő paraméterek a következők:

1) maradék indukció, a térerő eltávolítása után – Br;

2) Hc kényszerítő erő - az a feszültség, amelyet a mintára kell alkalmazni a maradék indukció eltávolítása érdekében;

3) maximális indukció B max, amely akkor érhető el, ha a minta teljesen telített;

4) fajlagos hiszterézis veszteségek mágnesezési megfordítási ciklusonként, amelyeket a hiszterézis hurok által lefedett területtel jellemeznek.

Az anyag fennmaradó mágneses paraméterei, valamint a mágnesezettség megfordítása (hiszterézis), az örvényáramok és a rés energiája (permanens mágnes esetén) a fent megadott képletekkel számítható ki, és a táblázatban is megadjuk. jövő.

A ferromágneses veszteségekanyagokat - Ezek az energiaköltségek, amelyek a ferromágnesek mágnesezettségének megfordítására, a váltakozó mágneses térben örvényáramok fellépésére és az anyag mágneses viszkozitására vonatkoznak – úgynevezett veszteségeket okozva, amelyek a következő típusokra oszthatók:

a) Pr hiszterézis veszteségek, arányosak a hiszterézis hurok területével

Рг = η∙f∙
∙ V, W (6,11)

Ahol η – hiszterézis együttható adott anyagra;

f– térfrekvencia, Hz;

BAN BEN max– maximális indukció, T;

V– minta térfogata, m3;

n≈ 1,6...2 – a kitevő értéke;

b) örvényáram veszteségek

Rv.t. = ξ∙f 2 ∙B max ∙ V, W (6,12)

ahol ξ az anyag elektromos ellenállásától és a minta alakjától függő együttható;

c) utóhatás veszteségek Рп.с., (mágneses viszkozitásból eredő veszteségek), amelyek analitikusan nem számíthatók ki, és a Р, Рг és Рв.т összveszteségek alapján kerülnek meghatározásra. képlet szerint

Rp.s. = Р – Рг – Рв.т. (6.13)

Az örvényáram-veszteség csökkenthető a ferromágnes elektromos ellenállásának növelésével. Ehhez a mágneses áramkört, például a transzformátorok esetében, különálló vékony ferromágneses lemezekből állítják össze, amelyek egymástól elszigeteltek.

A gyakorlatban néha használják nyitott mágneses áramkörrel rendelkező ferromágnesek, azaz például nagy mágneses ellenállású légrés. A légréssel rendelkező testben szabad pólusok jelennek meg, amelyek a külső mágnesező tér felé irányuló demagnetizáló mezőt hoznak létre. Minél szélesebb a légrés, annál nagyobb az indukció csökkenése. Ez megnyilvánul elektromos gépekben, mágneses emelőeszközökben stb.

A rés energiáját (W L), például egy állandó mágnesben, a képlettel fejezzük ki

, J/m 3 , (6,14)

Ahol BAN BEN LÉs N L– a tényleges indukció és térerősség a légrés adott hosszához.

A ferromágnesre alkalmazott feszültség változtatásával egy adott résben maximális energia érhető el.

A W max meghatározásához használjon egy diagramot, amelyen a második negyedben (a hiszterézis hurok szakaszában) található mágneses anyag lemágnesezési görbéje alapján egy energiagörbét alkotnak a résben, megadva a B különböző értékeit ( vagy H). ábrán látható a W L függése a B L-től és a H L-től. 6.4.

Rizs. 6.4. Energia a ferromágnes légrésében

A H térerősség meghatározásához, amelynél a maximális energia lesz a mágnesrésben, meg kell húzni egy érintőt a maximális energiához (az A pontban), és ebből vízszintes vonalat kell húzni, amíg az nem metszi a hiszterézis hurkot a mágneses résben. második kvadráns. Ezután engedje le a merőlegest addig, amíg az nem metszi a H koordinátát. A H L 2 pont határozza meg a kívánt mágneses térerősséget.

A fő mágneses paraméterek szerint a ferromágneses anyagok lehetnek a következő csoportokba soroljuk;

Mágneses lágy - alacsony Hc koercitív erővel (100 A/m-ig), nagy mágneses permeabilitással és alacsony hiszterézisveszteséggel rendelkező anyagok. Egyenáramú mágneses magként használják (transzformátorok, mérőműszerek, induktorok magjai stb.)

NAK NEKmágnesesen lágy anyagok viszonyul:

kereskedelmileg tiszta vas, karbonilvas;

elektromos acél;

pemalloy;

alsifera;

ferritek (réz-mangán);

termomágneses ötvözetek (Ni-Cr-Fe) stb.

2. Mágneses kemény – nagy koercitivitású anyagok (Hc > 100 A/m) (lásd 4.5. ábra, G).

Az állandó mágnesek készítéséhez kemény mágneses anyagokat használnak, amelyek mágneses energiát használnak a mágnes pólusai közötti légrésben.

NAK NEK kemény mágneses anyagok viszonyul:

Öntött alni-ötvözetek (Al-Ni-Fe);

Alnico (Al-Ni-Co-Fe);

Magnico;

Martenzitre edzhető ötvözött acélok stb.

Különösen érdekesek a ritkaföldfém anyagokon alapuló ötvözetek (YCo, CeCo, SmCo stb.), amelyek magas H c és w max értékkel rendelkeznek.

3. Ferritek – a vas kettős oxidjait kétértékű fémek oxidjaival (MeO∙Fe 2 O 3) képviselő anyagok. A ferritek lehetnek mágnesesen lágyak és mágnesesen kemények, kristályszerkezetüktől függően, például a spinell típusától - (MgAl 3 O 4), haus mágnes (Mn 3 O 4), gránát Ga 3 Al 2 (SiO 4) 3, stb. Elektromos fajlagos ellenállásuk nagy (10 -1-10 10 Ohm∙m), ezért az örvényáram-veszteség, különösen nagy frekvenciákon, kicsi.

4. Magnetodielektrikumok – dielektromos kötéssel rendelkező ferromágneses porból álló anyagok. A port általában lágy mágneses anyag - karbonilvas, alszifer - alapján veszik, a csatlakozó dielektrikum pedig alacsony dielektromos veszteséggel rendelkező anyag - polisztirol, bakelit stb.

Önellenőrző kérdések:

Az anyagok osztályozása mágneses tulajdonságok szerint.

Erősen mágneses anyagok jellemzői (domének, anizotrópia, mágnesezési görbe, magnetostrikció, mágneses permeabilitás, hiszterézis stb.)

A mágneses tulajdonságokat befolyásoló tényezők

Veszteségek mágneses anyagokban

Erősen mágneses anyagok osztályozása

Alacsony frekvenciájú lágymágneses anyagok

Nagyfrekvenciás lágymágneses anyagok

Kemény mágneses anyagok

Mágneses anyagok speciális célokra

Alkalmazások

Vezetékanyagok A.1. táblázat

karmester		Ohm∙mm 2 /m	különleges ellenállás		hőátadás víztartalom W/m∙deg	különösen réz,	Elektron munka funkció	A hőmérséklet szabályozása,
Tiszta fémek
Alumínium
Molibdén
Volfrám
polikristály
Manganin			(5…30)∙10 -6
Constantan			(5…20)∙10 -6
Nikkel ezüst
Hőelem
Réz-konstantán				Hőmérséklet 350 °C-ig
Chromel-alumel				Hőmérséklet 1000 °C-ig
Platina-platinaródium				Hőmérséklet 1600 °C-ig

Félvezető anyagok A.2. táblázat

	Név félvezető kovácsoltvas anyag			saját szállítók	Mobilitás szállítók U,
Szervetlen Kristály. elemi (atomi)
	Germánium
Kristály. kapcsolatokat
	Szilícium-karbid						szublimáció
	Antimon indium
	Gallium-arzenid
	Gallium-foszfid
	Indium-arzenid
	Bizmuttellurid
	Ólom-szulfid
Üveges
	Kalkogenidák	As 2 Te 2 Se, As 2 Se 3 ∙Al 2 Se 3
Organikus
	Antracén
	Naftalin
	Színezékek és pigmentek Réz-ftalocianin
	Molekuláris komplexek Jód-pirén
	Polimerek Poliakrilnitril

Dielektromos anyagok A.3. táblázat

Az összesítés állapota	Anyja neve als (dielektrikum)	Dielektromos állandó, relatív E	nincs hangerő- új ellenállás , Ohm m	dielektromos veszteségszög	Szilárdság (elektromos) E pr, MV/m	Fajlagos hő teljesítmény λ, W/mºK
	SF6 gáz (SF 6)
Folyékony csontok	Transzformátor olaj
Szilárd anyagok	Organikus a) Paraffin Holovax
	b) Bakelit gyanta Gyanta polivinil- Polisztirol polietilén Polimetil-metakrilát Epoxi gyantával
	Összetett
	d) fenol-plaszt (FAS)
	e) Lakkszövet
	Elektrokarton (EVT)
	g) Butadién-kaucsuk
	Gumi szigetelés
	h) Fluoroplaszt-4 fluor-plaszt-3
	Szervetlen a) Elektromos üveg.
	b) Szappankő (kerámia) porcelán elektrotechnika
	c) Csillám muszkovit Micalex
	d) Ferroelektromos kerámia VK-1 Piezokvarc
	e) Fluor szigetelés (AlF 3)
	f) Azbeszt
	Elemento-orgona. a) Silicon org. gyanta
	b) Szilícium orgona. radír

Mágneses anyagok A.4. táblázat

A mágneses anyag neve	Kémiai összetétel vagy márka	Relatív mágneses permeabilitás, μ		Mágneses indukció V, T		Koer-citiv- erő Ns, A/m	Különleges	email ellenállás ρ, µOhm∙m Energia a résben
		, J/m 3	kezdeti, μ n	maximum, μ max	maradékpontos, V
maximum, V max
Mágneses puha
Villamosmérnök acél
Permalloy alacsony nikkeltartalmú
Magas nikkeltartalmú permalloy
Supermalloy
Alsifer
Ferritek
Nikkel-cink ferrit
Ferrit mangán-cink
Mágneses kemény
Mágneses kemény
bárium
Magnetodielektromos

Karbonil-vas alapú

Bibliográfia

1. Pasynkov, V.V. Az elektronikus technológia anyagai: tankönyv egyetemeknek / V.V. Pasynkov, V.S. Sorokin - St. Petersburg: Lan, 2003. – 367 p.

2. Rádióanyagok és rádiókomponensek: módszer. utasítások/stat. A.M. Khadykin A.M. - Omszk: Omszki Állami Műszaki Egyetem Kiadója, 2007. - 44 p.

3. Rádióanyagok és rádiókomponensek: jegyzet / szerzői összeállítás. A. M. Khadykin. - Omszk: Omszki Állami Műszaki Egyetem Kiadója, 2008. – 91 p.

4. Elektronikus berendezések anyagai, elemei: módszer. utasítások / comp. A. M. Khadykin. - Omszk: Omszki Állami Műszaki Egyetem Kiadója, 2005.-34 p.

5. Klikushin Yu.N. Anyagtudomány a műszergyártásban. Elektromos anyagok: Tankönyv. kézikönyv egyetemeknek / Yu N. Klikushin, A. I. Cheredov, I. L. Zakharov; Omszki Állami Műszaki Egyetem. - Omszk: Omszki Állami Műszaki Egyetem Kiadója, 2005. - 79 p.

7. Sorokin V. S. Az elektronikai technika anyagai és elemei. 2 kötetben: tankönyv egyetemi hallgatók számára az „Elektronika és mikroelektronika” tanulmányi területen és szakterületen / V. S. Sorokin, B. L. Antipov, N. P. Lazareva. T.2. - M.: "Akadémia" kiadó, 2006. - 384 p.

8. Aliev I.I. Elektrotechnikai anyagok és termékek. Könyvtár. – M.: IP RadioSoft, 2007. – 352 p.

9. A.I. Sidorov, N.V. Nikonorov „Az integrált anyagok és technológiák

optika". Tankönyv, előadások menete. St. Petersburg: St. Petersburg State University ITMO, 2009 - 107

10. Bondarenko I.B., Gatchin Yu.A., Ivanova N.Yu., Shilkin D.A. Csatlakozók és kapcsolókészülékek. oktatóanyag. St. Petersburg: St. Petersburg State University ITMO, 2007. 151 p.

11. Roscsin V.M. Mikro-, opto- és nanoelektronika anyagtechnológiája: tankönyv. 2. rész/ V.M. Roscsin, M.V. Szilybin. – M.: BINOM. Tudáslaboratórium, 2010. – 180 p.

12. Sadchenkov D.A. Belföldi és külföldi rádióalkatrészek jelölése. Használati útmutató. 1. kötet – M.: SOLON-R, 2002. – 208 p.

13. Petrov K.S. Rádióanyagok, rádióalkatrészek és elektronika. Tankönyv egyetemek számára. - Szentpétervár: Péter, 2006 - 522 p.

14. Ulyanina I.Yu. Anyagok felépítése: tankönyv. juttatás / I. Yu Ulyanina, T. Skakova. - M.: MGIU, 2006. - 55 p.

15. Ulyanina I.Yu. Anyagtudomány vázlatos diagramokban: tankönyv. juttatás / I. Yu Ulyanina. - M.: MGIU Kiadó, 2006. - 139 p.

16. Mishin D.D. Mágneses anyagok. – M.: Felsőiskola, 1991. – 384 p.

17. Kharlamova T.E. Elektromos anyagtudomány. Elektromos anyagok: Tankönyv. Haszon. – Szentpétervár: SZPI, 1998. – 82 p.

18. Shkaruba M.V., Tikhonov S.A. Elektronikai berendezések anyagai, elemei: Tankönyv. – Omszk: Omgtu Kiadó, 2006. – 120 p.

19. Komponensek és technológiák: Havonta. Össz-orosz folyóirat – M.: Szerkesztői folyóirat. „Fine Street Publishing” – Megjelenik havonta.

20. Internet: www.wieland– electric.com

21. Internet: www.platan.ru

22. Internet: www.promelec.ru

23. Internet: www.chipdip.ru

6. MÁGNESES ANYAGOK

Minden anyag mágneses, és külső mágneses térben mágneseződik.

Mágneses tulajdonságaik alapján az anyagokat gyengén mágneses ( diamágneses anyagokÉs paramágnesek) és erősen mágneses ( ferromágnesekÉs ferrimágnesek).

Diamágnesekμ 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), valamint BAN BEN én, Ga, Sb.

Paramágnesek– mágneses permeabilitással rendelkező anyagokμ r> 1, ami gyenge mezőkben nem függ a külső mágneses tér erősségétől. A paramágneses anyagok közé tartoznak azok az anyagok, amelyek atomjainak (molekuláinak) mágnesező tér hiányában a nullától eltérő mágneses momentuma van: oxigén, nitrogén-oxid, vassók, kobalt, nikkel és ritkaföldfémek, alkálifémek, alumínium, platina.

A diamágneses és paramágneses anyagok mágneses permeabilitással rendelkeznekμ rközel áll az egységhez. A technológiai alkalmazás mágneses anyagokként korlátozott.

Erősen mágneses anyagokban a mágneses permeabilitás lényegesen nagyobb, mint az egység (μ r >> 1) és a mágneses térerősségtől függ. Ezek közé tartozik: vas, nikkel, kobalt és ötvözeteik, valamint króm és mangán ötvözetek, gadolínium, különféle összetételű ferritek.

6.1. Az anyagok mágneses jellemzői

Az anyagok mágneses tulajdonságait mágneses jellemzőknek nevezett fizikai mennyiségekkel értékelik.

Mágneses permeabilitás

Megkülönböztetni relatívÉs abszolút mágneses permeabilitások olyan anyagok (anyagok), amelyeket a kapcsolat kapcsol össze

μa = μ o ·μ, Gn/m

μ o- mágneses állandó,μ o = 4π ·10 -7 H/m;

μ – relatív mágneses permeabilitás (dimenzió nélküli mennyiség).

A mágneses anyagok tulajdonságainak leírására a relatív mágneses permeabilitást használják.μ (gyakrabban mágneses permeabilitásnak nevezik), gyakorlati számításokhoz pedig abszolút mágneses permeabilitást használunkμaegyenlettel számolva

μa = BAN BEN /N,Gn/m

N– a mágnesező (külső) mágneses tér intenzitása, A/m

BAN BEN – mágneses tér indukciója mágnesben.

Nagy értékμ azt mutatja, hogy az anyag könnyen mágnesezhető gyenge és erős mágneses térben. A legtöbb mágnes mágneses permeabilitása a mágnesező mágneses tér erősségétől függ.

A mágneses tulajdonságok jellemzésére dimenzió nélküli mennyiséget ún mágneses szuszceptibilitás χ .

μ = 1 + χ

A mágneses permeabilitás hőmérsékleti együtthatója

Egy anyag mágneses tulajdonságai a hőmérséklettől függenekμ = μ (T) .

A változás természetének leírásamágneses tulajdonságok a hőmérséklettelhasználja a mágneses permeabilitás hőmérsékleti együtthatóját.

Paramágneses anyagok mágneses szuszceptibilitásának függése a hőmérséklettőlTCurie törvénye írja le

Ahol C - Curie állandó .

A ferromágnesek mágneses jellemzői

A ferromágnesek mágneses tulajdonságainak függése összetettebb jellegű, az ábrán látható, és közeli hőmérsékleten éri el maximumát.K Nak nek.

Azt a hőmérsékletet, amelyen a mágneses szuszceptibilitás élesen, majdnem nullára csökken, Curie-hőmérsékletnek nevezzük.K Nak nek. Magasabb hőmérsékletenK Nak nek a ferromágnesek mágnesezési folyamata az atomok és molekulák intenzív hőmozgása miatt megszakad, és az anyag megszűnik ferromágneses lenni és paramágnesessé válik.

A vasért K k = 768 ° C, nikkelre K k = 358 ° C, a kobalthoz K k = 1131 ° C.

A Curie-hőmérséklet felett a ferromágnesek mágneses szuszceptibilitásának a hőmérséklettől való függéseTa Curie-Weiss törvény írja le

A nagymágneses anyagok (ferromágnesek) mágnesezési folyamata rendelkezik hiszterézis. Ha egy lemágnesezett ferromágnest külső térben mágneseznek, akkor az a szerint lesz mágnesezett mágnesezési görbe B = B(H) . Ha akkor valamilyen értékből kiindulvaHkezdik csökkenteni a térerőt, majd az indukciótBnémi késéssel csökkenni fog ( hiszterézis) a mágnesezési görbéhez képest. Ahogy az ellentétes irányú tér növekszik, a ferromágnes demagnetizálódik újramágnesez, és a mágneses tér irányának új változásával visszatérhet arra a kiindulási pontra, ahonnan a lemágnesezési folyamat elkezdődött. Az ábrán látható eredményül kapott hurkot ún hiszterézis hurok.

Valamilyen maximális feszültség mellettN m mágnesező mező, az anyagot telítettségi állapotba mágnesezzük, amelyben az indukció eléri az értéketBAN BEN N, amelyet úgy hívnaktelítés indukciója.

Maradék mágneses indukció BAN BEN RÓL RŐL – telítésig mágnesezett ferromágneses anyagban figyelhető meg annak demagnetizálása során, amikor a mágneses térerősség nulla. Egy anyagminta lemágnesezéséhez a mágneses térerősségnek az ellenkező irányba kell változnia (-N). TérerősségN NAK NEK , amelynél az indukció egyenlő nullával, nevezzük kényszerítő erő(tartó erő) .

A ferromágnesek mágnesezettségének megfordítása váltakozó mágneses térben mindig hőenergia veszteséggel jár, amelyet hiszterézis veszteségekÉs dinamikus veszteségek. A dinamikus veszteségek az anyag térfogatában indukált örvényáramokhoz kapcsolódnak, és az anyag elektromos ellenállásától függenek, és az ellenállás növekedésével csökkennek. Hiszterézis veszteségekW egy mágnesezési megfordítási ciklusban a hiszterézis hurok területe határozza meg

és az empirikus képlet segítségével egy anyag térfogategységére számítható

J/m 3

Ahol η - anyagtól függő együttható,B N – a ciklus során elért maximális indukció,n– anyagtól függően 1,6 kitevő¸ 2.

Fajlagos energiaveszteség a hiszterézis miatt R G – egységnyi tömeg egységnyi térfogatnyi anyag per másodperc mágnesezési megfordítására fordított veszteségek.

Ahol f - AC frekvencia,T– rezgési periódus.

Magnetostrikció

Magnetostrikció – a ferromágnes geometriai méretei és alakja változásának jelensége a mágneses tér nagyságának megváltozásakor, i.e. amikor mágnesezett. Anyagméretek relatív változásaΔ l/ llehet pozitív és negatív is. A nikkel esetében a magnetostrikció kisebb, mint nulla, és eléri a 0,004%-ot.

Le Chatelier elvének megfelelően, amely szerint a rendszer ellenáll az állapot megváltoztatására törekvő külső tényezők hatásának, a ferromágnes mechanikai deformációja, amely a méretének megváltozásához vezet, befolyásolja ezen anyagok mágnesezettségét.

Ha a mágnesezés során egy test egy adott irányban méretcsökkenést tapasztal, akkor az ilyen irányú mechanikai nyomófeszültség alkalmazása elősegíti a mágnesezést, a nyújtás pedig megnehezíti a mágnesezést.

6.2. A ferromágneses anyagok osztályozása

Minden ferromágneses anyagot két csoportra osztanak a mágneses térben való viselkedésük alapján.

Puha mágneses – nagy mágneses permeabilitássalμ és alacsony kényszerítő erőN NAK NEK< 10A/m. Könnyen mágnesezhetők és lemágnesezhetők. Alacsony hiszterézisveszteségük van, pl. szűk hiszterézis hurok.

A mágneses jellemzők a kémiai tisztaságtól és a kristályszerkezet torzulási fokától függenek. Minél kevesebb szennyeződés(VAL VEL, R, FIÚ) , minél magasabb az anyag jellemzőinek szintje, ezért a ferromágnes gyártása során el kell távolítani azokat és az oxidokat, és törekedni kell arra, hogy ne torzítsák az anyag kristályszerkezetét.

Kemény mágneses anyagok - legyen nagyszerűN K > 0,5 MA/m és maradék indukció (BAN BEN RÓL RŐL ≥ 0,1T). Ezek egy széles hiszterézis huroknak felelnek meg. Nagy nehézségek árán mágnesezhetők, de a mágneses energiát több évig is megtartják, pl. állandó mágneses tér forrásaként szolgál. Ezért állandó mágneseket készítenek belőlük.

Összetételük alapján az összes mágneses anyagot a következőkre osztják:

· fém;

· nemfémes;

· magnetodielektromos.

Fém mágneses anyagok - ezek tiszta fémek (vas, kobalt, nikkel) és egyes fémek mágneses ötvözetei.

Nem fémesre anyagok közé tartozik ferritek, vas-oxidok és más fémek porából nyerik. 1300 - 1500 °C-on préselik és égetik, és szilárd monolit mágneses alkatrészekké alakulnak. A ferritek a fémmágneses anyagokhoz hasonlóan lágymágnesesek vagy keménymágnesesek lehetnek.

bárium – ezek 60-80% mágneses anyagporból és 40-20% szerves dielektrikumból álló kompozit anyagok. Ferritek és magnetodielektromos nagy elektromos ellenállásuk van (ρ = 10 ÷ 10 8 Ohm m), ezeknek az anyagoknak a nagy ellenállása alacsony dinamikus energiaveszteséget biztosít váltakozó elektromágneses terekben, és lehetővé teszi széleskörű alkalmazásukat a nagyfrekvenciás technológiában.

6.3. Fém mágneses anyagok

6.3.1. Fém lágy mágneses anyagokat

A fémes lágymágneses anyagok közé tartozik a karbonilvas, a permalloy, az alsifer és az alacsony széntartalmú szilícium acél.

Karbonil vas – vas-pentakarbonil folyadék hőbontásával nyerikF e( CO ) 5 tiszta vaspor részecskék előállításához:

F e( CO ) 5 → Fe+ 5 СО,

200 körüli hőmérsékleten°Cés nyomás 15 MPa. A vasrészecskék gömb alakúak, 1-10 mikron méretűek. A szénrészecskék eltávolítása érdekében a vasport hőkezelésnek vetik alá környezetben N 2 .

A karbonilvas mágneses permeabilitása eléri a 20000-et, a kényszerítő erő 4,5¸ 6,2A/m. A vasport nagyfrekvenciás gyártáshoz használják magnetodielektromos magok, mágnesszalagok töltőanyagaként.

Permalloi –gömbgrafitos vas-nikkel ötvözetek. A tulajdonságok javításához adja hozzá Mo, VAL VEL r, Cu, adalékolt permalloyok gyártása. Nagy rugalmassággal rendelkeznek, és könnyen hengerelhetők lapokká és szalagokká 1 mikronig.

Ha a permalloy nikkeltartalma 40-50%, akkor alacsony nikkeltartalmúnak nevezzük, ha 60-80% - magas nikkeltartalmú.

A permalloyok magas szintű mágneses jellemzőkkel rendelkeznek, amit nemcsak az ötvözet összetétele és nagy kémiai tisztasága, hanem a speciális termikus vákuumkezelés is biztosít. A permalloyok kezdeti mágneses permeabilitása nagyon magas, 2000 és 30 000 között (összetételtől függően) a gyenge mezők tartományában, ami a magnetostrikció alacsony mértékének és a mágneses tulajdonságok izotrópiájának köszönhető. A Supermalloy különösen magas tulajdonságokkal rendelkezik, melynek kezdeti mágneses permeabilitása 100 000, maximuma pedig eléri az 1,5-öt· 10 6 órakor B= 0,3 T.

A Permalloy szalagok, lapok és rudak formájában kerül forgalomba. Az alacsony nikkeltartalmú permalloyokat induktormagok, kis méretű transzformátorok és mágneses erősítők gyártásához használják, magas nikkeltartalmú permalloi – hang- és szuperszonikus frekvencián működő berendezésrészekhez. A permalloyok mágneses jellemzői –60 +60°C-on stabilak.

Alsifera – nem alakítható törékeny Al összetételű ötvözetek – Si– Fe , amely 5,5–13%-ból állAl, 9 – 10 % Si, a többi vas. Az Alsifer tulajdonságaiban hasonló a permalloyhoz, de olcsóbb. Öntött magokat készítenek belőle, mágneses képernyőket és egyéb, legalább 2-3 mm falvastagságú üreges részeket öntenek. Az alsifer törékenysége korlátozza alkalmazási területeit. Az alsifer törékenységét kihasználva porrá őrlik, amelyet ferromágneses töltőanyagként használnak a préselt nagyfrekvenciás berendezésekben. magnetodielektromos(magok, gyűrűk).

Alacsony szén-dioxid-tartalmú szilikon acél (elektromos acél) – vas és szilícium ötvözete (0,8-4,8%Si). A fő puha mágneses anyag tömeges használatra. Könnyen tekerhető 0,05-1 mm-es lapokra és szalagokra, és olcsó anyag. Az acélban oldott állapotban található szilícium két funkciót lát el.

· Az acél ellenállásának növelésével a szilícium csökkenti az örvényáramokhoz kapcsolódó dinamikus veszteségeket. Az ellenállás megnő a miatt szilícium-dioxid képződés SiO 2 a reakció eredményeként

2 Haderő műszaki főtiszt + S i→ 2Fe+ SiO 2 .

· Az acélban oldott szilícium jelenléte elősegíti a cementit bomlását Fe 3 C – káros szennyeződések, amelyek csökkentik a mágneses jellemzőket, és a szén felszabadulása grafit formájában. Ebben az esetben tiszta vas keletkezik, amelynek kristályai növekednek növeli az acél mágneses jellemzőinek szintjét.

A szilícium 4,8%-ot meghaladó mennyiségben az acélba történő bevitele nem javasolt, mivel a szilícium a mágneses jellemzők javítása mellett jelentősen növeli az acél ridegségét és csökkenti mechanikai tulajdonságait.

6.3.2. Fém kemény mágneses anyagok

Kemény mágneses anyagok - ezek a ferromágnesek nagy koercitív erővel (több mint 1 kA/m) és nagy értékű maradék mágneses indukcióvalBAN BEN RÓL RŐL. Állandó mágnesek gyártására használják.

Az összetételtől, állapottól és gyártási módtól függően a következőkre oszthatók:

· ötvözött martenzites acélok;

· öntött kemény mágneses ötvözetek.

Ötvözött martenzites acélok – itt a szénacélokról és az ötvözött acélokról van szóKr, W, Co, Mo . Szén az acél gyorsan öregszikés megváltoztatják tulajdonságaikat, ezért ritkán használják állandó mágnesek gyártására. Az állandó mágnesek gyártásához ötvözött acélokat használnak - volfrám és króm (N C ≈ 4800 A/m,BAN BEN O ≈ 1 T), amelyeket különböző keresztmetszeti formájú rudak formájában gyártanak. A kobalt acél nagyobb koercitív hatással rendelkezik (N C ≈ 12000 A/m,BAN BEN O ≈ 1 T) a volfrámhoz és a krómhoz képest. Kényszerítő erő N VAL VEL a kobaltacél a tartalom növekedésével növekszik VAL VEL O .

Öntött kemény mágneses ötvözetek. Az ötvözetek javított mágneses tulajdonságai a speciálisan megválasztott összetételnek és speciális kezelésnek köszönhetők - a mágnesek hűtése az öntést követően erős mágneses térben, valamint a speciális többlépcsős hőkezelés kioltás és temperálás formájában mágnessel kombinálva. diszperziós keményítésnek nevezett kezelés.

Az állandó mágnesek gyártásához három fő ötvözetcsoportot használnak:

· Vas-kobalt-molibdén ötvözet típus remalloy kényszerítő erővelN K = 12 – 18 kA/m.

· Ötvözetcsoport:

§ réz – nikkel – vas;

§ réz – nikkel – kobalt;

§ vas - mangán, ötvözöttalumínium vagy titán;

§ vas – kobalt – vanádium (F e– Co – V).

A réz - nikkel - vas ötvözetet nevezik kunife (VAL VEL u– Ni - Fe). Ötvözet F e– Társ – V (vas - kobalt - vanádium) ún vikala . Az ebbe a csoportba tartozó ötvözetek kényszerítő erővel bírnak N NAK NEK = 24 – 40 kA/m. Kapható huzal és lap formájában.

· Ötvözetrendszer vas – nikkel – alumínium(F e – Ni– Al), korábban ötvözetként ismerték alni. Az ötvözet 20-33% Ni + 11-17% Al, a többi vas. A kobalt, réz, titán, szilícium és nióbium ötvözetekhez való hozzáadása javítja azok mágneses tulajdonságait, megkönnyíti a gyártástechnológiát, biztosítja a paraméterek megismételhetőségét és javítja a mechanikai tulajdonságokat. A márka modern jelölése a hozzáadott fémeket (Y - alumínium, N - nikkel, D - réz, K - kobalt, T - titán, B - nióbium, C - szilícium), számokat - az elem tartalmát, a amelynek betűje a szám előtt jelenik meg, például UNDC15.

Az ötvözetek nagy koercitív értékkel rendelkeznek N NAK NEK = 40 – 140 kA/m és nagy tárolt mágneses energia.

6.4. Nem fémes mágneses anyagok. Ferritek

A ferritek alacsony elektromos vezetőképességű kerámia ferromágneses anyagok. Az alacsony elektromos vezetőképesség és a magas mágneses jellemzők lehetővé teszik a ferritek széles körben történő alkalmazását magas frekvenciákon.

A ferriteket vas-oxidból és más fémek speciálisan kiválasztott oxidjaiból álló porkeverékből állítják elő. Sajtolják, majd magas hőmérsékleten szinterelik. Az általános kémiai képlet a következő:

MeO Fe 2 O 3 vagy MeFe 2 O 4,

Ahol Mehkétértékű fém szimbólum.

Például,

ZnO Fe 2 O 3 ill

NiO Fe 2 O 3 ill NiFe 2 O 4

A ferriteknek köbös spinell típusú rácsuk vanMgOAl 2 O 3 - magnézium-aluminát.Nem minden ferrit mágneses. A mágneses tulajdonságok jelenléte a fémionok elrendezésével függ össze a köbös spinellrácsban. Tehát a rendszerZnFe 2 O 4 nem rendelkezik ferromágneses tulajdonságokkal.

A ferriteket kerámia technológiával állítják elő. Az eredeti porított fémoxidokat golyósmalomban őrlik, préselik és kemencékben égetik. A szinterezett brikettet finom porrá őröljük, és lágyítószert, például polivinil-alkohol oldatot adunk hozzá. A kapott tömegből ferrittermékeket préselnek - magokat, gyűrűket, amelyeket levegőben égetnek 1000-1400 ° C-on. Az így kapott kemény, törékeny, többnyire fekete színű termékeket csak csiszolással, polírozással lehet feldolgozni.

Puha mágneses ferritek

Puha mágnesesA ferriteket széles körben használják a nagyfrekvenciás elektronika és műszergyártás területén szűrők, kis- és nagyfrekvenciás erősítők transzformátorai, rádióadó- és vevőkészülékek antennái, impulzustranszformátorok és mágneses modulátorok gyártásához. Az ipar a következő típusú lágymágneses ferriteket gyártja, amelyek mágneses és elektromos tulajdonságok széles skálájával rendelkeznek: nikkel-cink, mangán-cink és lítium-cink. A ferrithasználat felső határfrekvenciája összetételüktől függ, és különböző típusú ferriteknél 100 kHz és 600 MHz között változik, a kényszerítő erő körülbelül 16 A/m.

A ferritek előnye a mágneses karakterisztikák stabilitása és a rádióalkatrészek viszonylag egyszerű gyártása. Mint minden ferromágneses anyag, a ferritek is csak a Curie-hőmérsékletig tartják meg mágneses tulajdonságaikat, amely a ferritek összetételétől függ, és 45 °C és 950 °C között van.

Kemény mágneses ferritek

Az állandó mágnesek gyártásához a legszélesebb körben a kemény mágneses ferriteket használják (;VaO 6 Fe 2 O 3 ). Hatszögletű kristályszerkezetük van, nagyN NAK NEK . A bárium-ferrit polikristályos anyag. Izotrópak lehetnek - a ferritnek minden irányban ugyanazok a tulajdonságai annak a ténynek köszönhető, hogy a kristályos részecskék tetszőlegesen orientáltak. Ha a mágnesek préselése során a porszerű masszát nagy intenzitású külső mágneses térnek teszik ki, akkor a kristályos ferrit részecskék egy irányba orientálódnak, és a mágnes anizotróp lesz.

A bárium-ferriteket jellemzőik jó stabilitása jellemzi, de érzékenyek a hőmérséklet-változásokra és a mechanikai igénybevételre. A bárium-ferrit mágnesek olcsók.

6.5. bárium

bárium - ezek lágy mágneses anyag finom részecskéiből álló kompozit anyagok, amelyek szerves vagy szervetlen dielektrikummal vannak egymáshoz kötve. Lágy mágneses anyagként karbonilvasat, alszifert és bizonyos típusú permalloyokat használnak porrá zúzva.

Dielektrikumként polisztirol, bakelit gyanta, folyékony üveg stb.

A dielektrikum célja nemcsak a mágneses anyag részecskéinek összekapcsolása, hanem egymástól való elválasztása is, és ennek következtében az elektromos ellenállás értékének erőteljes növelése. magnetodielektromos. Elektromos ellenállásrmagnetodielektromos10 3 - 10 4 Ohm× m

báriumnagyfrekvenciás rádióberendezés-alkatrészek magjainak gyártására használják. A termékek gyártási folyamata egyszerűbb, mint a ferritekből, mert nem igényelnek magas hőmérsékletű hőkezelést. Termékek a magnetodielektromos Jellemzőjük a mágneses tulajdonságok nagy stabilitása, a magas szintű felületi tisztaság és a méretpontosság.

A molibdén-permalloy-val vagy karbonilvassal töltött magnetoelektromos anyagok rendelkeznek a legmagasabb mágneses jellemzőkkel.