Magnetai

Visos medžiagos, esančios magnetiniame lauke, yra įmagnetintos (jose atsiranda vidinis magnetinis laukas). Atsižvelgiant į vidinio lauko dydį ir kryptį, medžiagos skirstomos į:

1) diamagnetinės medžiagos,

2) paramagnetai,

3) feromagnetai.

Medžiagos įmagnetinimui būdingas magnetinis pralaidumas,

Magnetinė indukcija materijoje,

Magnetinė indukcija vakuume.

Bet kurį atomą galima apibūdinti magnetiniu momentu .

Srovės stipris grandinėje, - grandinės plotas, - normalus grandinės paviršiaus vektorius.

Atomo mikrosrovę sukuria neigiamų elektronų judėjimas orbitoje ir aplink savo ašį, taip pat teigiamam branduoliui besisukant aplink savo ašį.

1. Diamagnetai.

Kai nėra išorinio lauko, atomuose diamagnetinės medžiagos elektronų ir branduolių srovės kompensuojamos. Bendra atomo mikrosrovė ir jo magnetinis momentas yra lygūs nuliui.

Išoriniame magnetiniame lauke atomuose indukuojamos (indukuojamos) nulinės elementarios srovės. Atomų magnetiniai momentai orientuoti priešinga kryptimi.

Sukuriamas mažas savas laukas, nukreiptas priešingai išoriniam, jį silpninantis.

Diamagnetinėse medžiagose.

Nes< , то для диамагнетиков 1.

2. Paramagnetinės medžiagos

IN paramagnetai atomų mikrosrovės ir jų magnetiniai momentai nėra lygūs nuliui.

Be išorinio lauko šios mikrosrovės išsidėsto chaotiškai.

Išoriniame magnetiniame lauke paramagnetinių atomų mikrosrovės yra nukreiptos išilgai lauko, jį sustiprindamos.

Paramagnetinėje medžiagoje magnetinė indukcija = + šiek tiek viršija .

Paramagnetams 1. Dia- ir paramagnetams galime manyti, kad 1.

1 lentelė. Para- ir diamagnetinių medžiagų magnetinis pralaidumas.

Paramagnetinių medžiagų įmagnetinimas priklauso nuo temperatūros, nes Šiluminis atomų judėjimas neleidžia tinkamai išdėstyti mikrosrovių.

Dauguma gamtoje esančių medžiagų yra paramagnetinės.

Vidinis magnetinis laukas dia- ir paramagnetuose yra nereikšmingas ir sunaikinamas, jei medžiaga pašalinama iš išorinio lauko (atomai grįžta į pradinę būseną, medžiaga išmagnetinama).

3. Feromagnetai

Magnetinis pralaidumas feromagnetai siekia šimtus tūkstančių ir priklauso nuo įmagnetinimo lauko dydžio ( labai magnetinės medžiagos).

Feromagnetai: geležis, plienas, nikelis, kobaltas, jų lydiniai ir junginiai.

Feromagnetuose yra spontaniško įmagnetinimo sritys („domenai“), kuriose visos atominės mikrosrovės yra orientuotos vienodai. Domeno dydis siekia 0,1 mm.

Nesant išorinio lauko, atskirų sričių magnetiniai momentai orientuojami ir kompensuojami atsitiktinai. Išoriniame lauke sritys, kuriose mikrosrovės sustiprina išorinį lauką, padidina savo dydį kaimyninių sąskaita. Gautas magnetinis laukas = + feromagnetuose yra daug stipresnis, palyginti su para- ir diamagnetinėmis medžiagomis.

Domenai, kuriuose yra milijardai atomų, turi inerciją ir greitai negrįžta į pradinę netvarkingą būseną. Todėl, jei feromagnetas pašalinamas iš išorinio lauko, jo paties laukas išlieka ilgą laiką.

Magnetas išsimagnetina ilgalaikio saugojimo metu (laikui bėgant domenai grįžta į chaotišką būseną).

Kitas išmagnetinimo būdas yra šildymas. Kiekvienam feromagnetui yra nustatyta temperatūra (ji vadinama „Curie tašku“), kurioje sunaikinami ryšiai tarp domenų atomų. Šiuo atveju feromagnetas virsta paramagnetu ir įvyksta išmagnetinimas. Pavyzdžiui, geležies Curie taškas yra 770 °C.

Medžiagos magnetinio pralaidumo nustatymas. Jo vaidmuo apibūdinant magnetinį lauką

Jei atliekate eksperimentą su solenoidu, kuris yra prijungtas prie balistinio galvanometro, tada, kai įjungsite srovę solenoide, galite nustatyti magnetinio srauto F vertę, kuri bus proporcinga galvanometro adatos nuokrypiui. Atlikime eksperimentą du kartus ir nustatysime srovę (I) galvanometre, kad būtų vienoda, bet pirmame eksperimente solenoidas bus be šerdies, o antrame eksperimente prieš įjungiant srovę įvesime geležinę šerdį į solenoidą. Nustatyta, kad antrojo eksperimento metu magnetinis srautas yra žymiai didesnis nei pirmame (be šerdies). Kartojant eksperimentą su skirtingo storio šerdimis, paaiškėja, kad didžiausias srautas gaunamas tuo atveju, kai visas solenoidas yra užpildytas geležimi, tai yra, apvija yra sandariai apvyniota aplink geležies šerdį. Galite atlikti eksperimentą su skirtingomis šerdimis. Rezultatas yra toks:

kur $Ф$ yra magnetinis srautas ritėje su šerdimi, $Ф_0$ yra magnetinis srautas ritėje be šerdies. Magnetinio srauto padidėjimas, kai į solenoidą įvedamas šerdis, paaiškinamas tuo, kad prie magnetinio srauto, kuris sukuria srovę solenoido apvijoje, buvo pridėtas magnetinis srautas, kurį sukuria orientuotų amperų molekulinių srovių rinkinys. Veikiant magnetiniam laukui, molekulinės srovės yra orientuotos, o jų bendras magnetinis momentas nustoja būti lygus nuliui, atsiranda papildomas magnetinis laukas.

Apibrėžimas

Kiekis $\mu $, apibūdinantis terpės magnetines savybes, vadinamas magnetiniu pralaidumu (arba santykiniu magnetiniu pralaidumu).

Tai yra bedimensinė medžiagos charakteristika. Srauto Ф padidėjimas $\mu $ kartų (1) reiškia, kad magnetinė indukcija $\overrightarrow(B)$ šerdyje yra tiek pat kartų didesnė nei vakuume su ta pačia srove solenoide. Todėl galime parašyti, kad:

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

kur $(\overrightarrow(B))_0$ yra magnetinio lauko indukcija vakuume.

Kartu su magnetine indukcija, kuri yra pagrindinė lauko charakteristika, kaip magnetinio lauko stiprumas naudojamas pagalbinis vektoriaus dydis ($\overrightarrow(H)$), kuris susietas su $\overrightarrow(B)$ tokiu ryšiu :

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

Jei eksperimentui su šerdimi taikoma formulė (3), gauname, kad jei šerdies nėra:

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

kur $\mu $=1. Jei yra šerdis, gauname:

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

Bet kadangi (2) yra patenkintas, paaiškėja, kad:

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

Mes nustatėme, kad magnetinio lauko stiprumas nepriklauso nuo to, kokia vienalytė medžiaga užpildyta erdvė. Daugumos medžiagų magnetinis pralaidumas yra maždaug vienodas, išskyrus feromagnetus.

Medžiagos magnetinis jautrumas

Paprastai įmagnetinimo vektorius ($\overrightarrow(J)$) yra susietas su intensyvumo vektoriumi kiekviename magneto taške:

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

kur $\varkappa $ yra magnetinis jautrumas, bematis dydis. Neferomagnetinėms medžiagoms ir mažuose laukuose $\varkappa $ nepriklauso nuo stiprumo ir yra skaliarinis dydis. Anizotropinėje terpėje $\varkappa $ yra tenzorius, o kryptys $\overrightarrow(J)$ ir $\overrightarrow(H)$ nesutampa.

Ryšys tarp magnetinio jautrumo ir magnetinio pralaidumo

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

Įmagnetinimo vektoriaus (7) išraišką pakeiskime į (8) ir gaukime:

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

Išreikšdami įtampą, gauname:

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

Palyginę (5) ir (10) išraiškas, gauname:

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

Magnetinis jautrumas gali būti teigiamas arba neigiamas. Iš (11) matyti, kad magnetinis pralaidumas gali būti didesnis už vienetą arba mažesnis už jį.

1 pavyzdys

Užduotis: Apskaičiuokite įmagnetinimą R=0,1 m spindulio apskritos ritės, kurios stiprio srovė I=2A, centre, jei ji panardinta į skystą deguonį. Skystojo deguonies magnetinis jautrumas yra lygus $\varkappa =3,4\cdot (10)^(-3).$

Kaip pagrindą problemos sprendimui imsime išraišką, atspindinčią magnetinio lauko stiprumo ir įmagnetinimo ryšį:

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

Raskime lauką ritės centre su srove, nes šiuo metu turime apskaičiuoti įmagnetinimą.

Parinkime elementarią sekciją ant srovę nešančio laidininko (1 pav.), kaip pagrindą sprendžiant problemą, naudojame srovę nešančio ritės elemento stiprumo formulę:

kur $\ \overrightarrow(r)$ yra spindulio vektorius, nubrėžtas nuo dabartinio elemento iki nagrinėjamo taško, $\overrightarrow(dl)$ yra laidininko su srove elementas (kryptis nurodoma srovės kryptimi ), $\vartheta$ yra kampas tarp $ \overrightarrow(dl)$ ir $\overrightarrow(r)$. Remiantis Fig. 1 $\vartheta=90()^\circ $, todėl (1.1) bus supaprastintas, be to, laidininko elemento su srove atstumas nuo apskritimo centro (taško, kuriame ieškome magnetinio lauko) yra pastovus ir lygus posūkio spinduliui (R), todėl turime:

Gautas magnetinio lauko stiprumo vektorius nukreiptas išilgai X ašies, jį galima rasti kaip atskirų vektorių $\ \ \overrightarrow(dH),$ sumą, nes visi srovės elementai sukuria magnetinius laukus posūkio centre, nukreiptus išilgai normalus posūkis. Tada pagal superpozicijos principą bendras magnetinio lauko stiprumas gali būti gaunamas pereinant prie integralo:

Pakeitę (1.3) į (1.4), gauname:

Raskime įmagnetinimą, jei intensyvumą (1.5) pakeisime į (1.1), gausime:

Visi vienetai pateikti SI sistemoje, atlikime skaičiavimus:

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

2 pavyzdys

Užduotis: Apskaičiuokite išoriniame vienodame magnetiniame lauke esančio volframo strypo bendro magnetinio lauko dalį, kurią lemia molekulinės srovės. Volframo magnetinis pralaidumas yra $\mu =1.0176.$

Magnetinio lauko indukcija ($B"$), kuri atspindi molekulines sroves, gali būti nustatyta taip:

kur $J$ yra įmagnetinimas. Jis susijęs su magnetinio lauko stiprumu pagal išraišką:

kai medžiagos magnetinis jautrumas gali būti nustatytas taip:

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

Todėl molekulinių srovių magnetinis laukas yra toks:

Bendras strypo laukas apskaičiuojamas pagal formulę:

Norėdami rasti reikiamą ryšį, naudojame išraiškas (2.4) ir (2.5):

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

Atlikime skaičiavimus:

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

Atsakymas:$\frac(B")(B)=0,0173.$

Magnetinis pralaidumas. Magnetinės medžiagų savybės

Magnetinės medžiagų savybės

Kaip medžiagos elektrinės savybės apibūdinamos dielektrine konstanta, taip ir medžiagos magnetinės savybės magnetinis pralaidumas.

Dėl to, kad visos medžiagos, esančios magnetiniame lauke, sukuria savo magnetinį lauką, magnetinės indukcijos vektorius homogeninėje terpėje skiriasi nuo vektoriaus tame pačiame erdvės taške, kai terpės nėra, t.y. vakuume.

Santykiai vadinami terpės magnetinis pralaidumas.

Taigi homogeninėje terpėje magnetinė indukcija yra lygi:

Geležies m reikšmė yra labai didelė. Tai galima patikrinti iš patirties. Jei į ilgą ritę įkišate geležinę šerdį, magnetinė indukcija pagal (12.1) formulę padidės m kartų. Vadinasi, magnetinės indukcijos srautas padidės tiek pat. Atidarius grandinę, maitinančią įmagnetinimo ritę nuolatine srove, antroje, ant pagrindinės apvyniotos mažos ritės, atsiranda indukcinė srovė, kuri fiksuojama galvanometru (12.1 pav.).

Jei į ritę įkišama geležinė šerdis, galvanometro adatos įlinkis atidarius grandinę bus m kartų didesnis. Matavimai rodo, kad į ritę įvedant geležinę šerdį magnetinis srautas gali padidėti tūkstančius kartų. Vadinasi, geležies magnetinis pralaidumas yra milžiniškas.

Yra trys pagrindinės medžiagų klasės, kurių magnetinės savybės labai skiriasi: feromagnetai, paramagnetai ir diamagnetinės medžiagos.

Feromagnetai

Medžiagos, kurių, kaip ir geležies, m >> 1, vadinamos feromagnetais. Be geležies, feromagnetiniai yra kobaltas ir nikelis, taip pat nemažai retųjų žemių elementų ir daugybė lydinių. Svarbiausia feromagnetų savybė yra liekamojo magnetizmo buvimas. Feromagnetinė medžiaga gali būti įmagnetinta be išorinio įmagnetinimo lauko.

Geležinis objektas (pavyzdžiui, strypas), kaip žinoma, yra įtraukiamas į magnetinį lauką, tai yra, jis juda į sritį, kurioje magnetinė indukcija yra didesnė. Atitinkamai jį traukia magnetas arba elektromagnetas. Taip atsitinka todėl, kad elementarios srovės geležyje yra orientuotos taip, kad jų lauko magnetinės indukcijos kryptis sutampa su įmagnetinimo lauko indukcijos kryptimi. Dėl to geležinis strypas virsta magnetu, kurio artimiausias polius yra priešingas elektromagneto poliui. Priešingi magnetų poliai traukia (12.2 pav.).

Ryžiai. 12.2

SUSTABDYTI! Spręskite patys: A1–A3, B1, B3.

Paramagnetai

Yra medžiagų, kurios elgiasi kaip geležis, tai yra, yra įtraukiamos į magnetinį lauką. Šios medžiagos vadinamos paramagnetinis. Tai kai kurie metalai (aliuminis, natris, kalis, manganas, platina ir kt.), deguonis ir daugelis kitų elementų, taip pat įvairūs elektrolitų tirpalai.

Kadangi paramagnetai traukiami į lauką, jų sukuriamo magnetinio lauko indukcijos linijos ir įmagnetinimo laukas nukreipiami taip pat, todėl laukas sustiprinamas. Taigi jie turi m > 1. Tačiau m nuo vieneto skiriasi labai nežymiai, tik 10 –5 ...10 –6 eilės dydžiu. Todėl norint stebėti paramagnetinius reiškinius, reikalingi galingi magnetiniai laukai.

Diamagnetai

Ypatinga medžiagų klasė yra diamagnetinės medžiagos, atrado Faradėjus. Jie išstumiami iš magnetinio lauko. Jei pakabinsite diamagnetinį strypą prie stipraus elektromagneto poliaus, jis nuo jo bus atstumtas. Vadinasi, jo sukurto lauko indukcijos linijos nukreiptos priešingai magnetizuojančio lauko indukcijos linijoms, t.y., laukas susilpnėja (12.3 pav.). Atitinkamai, diamagnetinėms medžiagoms m< 1, причем отличается от единицы на вели­чину порядка 10 –6 . Магнитные свойства у диамагнетиков вы­ражены слабее, чем у парамагнетиков.

Magnetinės medžiagos: savybės ir charakteristikos. Įvairių tipų magnetizmo ypatybės. Įmagnetinimo procesai. Labai magnetinių medžiagų savybės. Magnetizacijos atstatymo nuostoliai.

Minkštos magnetinės medžiagos: klasifikacija, savybės, paskirtis.

Kietosios magnetinės medžiagos: klasifikacija, savybės, paskirtis. Specialios paskirties magnetinės medžiagos: klasifikacija, savybės, paskirtis.

Literatūra

Visos gamtoje esančios medžiagos sąveikauja su išoriniu magnetiniu lauku, tačiau kiekviena medžiaga yra skirtinga.

Medžiagų magnetinės savybės priklauso nuo elementariųjų dalelių magnetinių savybių, atomų ir molekulių, taip pat jų grupių sandaros, tačiau pagrindinę lemiamą įtaką daro elektronai ir jų magnetiniai momentai.

Visos medžiagos, atsižvelgiant į magnetinį lauką ir elgesį jame, skirstomos į šias grupes:

Diamagnetai– medžiagos, kurios neturi nuolatinio magnetinio dipolio momento ir kurių santykinė magnetinė skvarba (μ≤1) yra šiek tiek mažesnė už vieną. Diamagnetinių medžiagų santykinė dielektrinė konstanta μ beveik nepriklauso nuo magnetinio lauko stiprio (H) ir nepriklauso nuo temperatūros. Tai: inertinės dujos (Ne, Ar, Kr, Xe), vandenilis (H 2); vario (Cu), cinko (Zn), sidabro (Ag), aukso (Au), stibio (Sb) ir kt.

Paramagnetai– medžiagos, turinčios nuolatinius dipolio momentus, bet išsidėsčiusios atsitiktinai, todėl sąveika tarp jų labai silpna. Santykinis paramagnetinių medžiagų magnetinis pralaidumas yra šiek tiek didesnis už vienetą (μ≥1) ir silpnai priklauso nuo magnetinio lauko stiprumo ir temperatūros.

Paramagnetinėms medžiagoms priskiriamos šios medžiagos: deguonis (O2), aliuminis (Al), platina (Pt), šarminiai metalai, geležies druskos, nikelis, kobaltas ir kt.

Feromagnetai– medžiagos, turinčios nuolatinius magnetinius dipolio momentus ir srities struktūrą. Kiekvienoje srityje jie yra lygiagrečiai vienas kitam ir ta pačia kryptimi, todėl sąveika tarp jų yra labai stipri. Feromagnetų santykinis magnetinis pralaidumas yra didelis (μ >> 1), kai kurių lydinių jis siekia 1 500 000 Tai priklauso nuo magnetinio lauko stiprumo ir temperatūros.

Tai: geležis (Fe), nikelis (Ni), kobaltas (Co), daugelis lydinių, retųjų žemių elementai: samaris (Sm), gadolinis (Gd) ir kt.

Antiferromagnetai– medžiagos, turinčios nuolatinius dipolius magnetinius momentus, išsidėsčiusius viena kitai priešingai. Jų santykinis magnetinis pralaidumas yra šiek tiek didesnis nei vienetas (μ ≥ 1), labai silpnai priklauso nuo magnetinio lauko stiprumo ir temperatūros. Tai apima: kobalto (CoO), mangano (MnO), nikelio fluorido (NiF 2) oksidus ir kt.

Ferrimagnetai– medžiagos, turinčios antilygiagrečius nuolatinius dipolius magnetinius momentus, kurie vienas kito visiškai nekompensuoja. Kuo mažesnė tokia kompensacija, tuo didesnės jų feromagnetinės savybės. Santykinis ferimagnetų magnetinis pralaidumas gali būti artimas vienetui (beveik visiškai kompensuojant momentus) arba gali siekti dešimtis tūkstančių (su maža kompensacija).

Ferimagnetai apima feritus, jie gali būti vadinami oksidiniais geležies junginiais, nes jie yra dvivalenčių metalų oksidai su Fe 2 O 3. Bendroji ferito formulė, kur Me yra dvivalentis metalas.

Feritų magnetinis pralaidumas priklauso nuo temperatūros ir magnetinio lauko stiprumo, bet mažesniu mastu nei feromagnetų.

Feritai yra keraminės feromagnetinės medžiagos, turinčios mažą elektrinį laidumą, dėl to juos galima priskirti elektroniniams puslaidininkiams, turintiems didelį magnetinį (μ ≈ 10 4) ir didelį dielektrinį (ε ≈ 10 3) laidumą.

Dia-, para- ir antiferomagnetai gali būti sujungti į silpnai magnetinių medžiagų grupę, o fero- ir ferimagnetai - į stipriai magnetinių medžiagų grupę.

Techninėms reikmėms radijo elektronikos srityje didžiausią susidomėjimą kelia labai magnetinės medžiagos (6.1 pav.).

Ryžiai. 6.1. Magnetinių medžiagų struktūrinė schema

Medžiagų magnetines savybes lemia vidinės paslėptos elektros krūvių judėjimo formos, kurios yra elementarios žiedinės srovės. Apvalioji srovė pasižymi magnetiniu momentu ir gali būti pakeista lygiaverčiu magnetiniu dipoliu. Magnetiniai dipoliai susidaro daugiausia dėl elektronų sukimosi sukimosi, o elektronų orbitinis sukimasis šiame procese dalyvauja silpnai, taip pat branduolio sukimasis.

Daugumoje medžiagų elektronų sukimosi momentai vienas kitą panaikina. Todėl feromagnetizmas stebimas ne visose periodinės lentelės medžiagose.

Sąlygos, būtinos, kad medžiaga būtų feromagnetinė:

1. Elementariųjų žiedinių srovių buvimas atomuose.

2. Nekompensuotų sukimosi momentų, elektronų buvimas.

3. Ryšys tarp elektronų orbitos (D), kurios sukimosi momentas yra nekompensuotas, skersmens ir medžiagos (a) kristalinės gardelės konstantos turėtų būti

. (6.1)

4. Domeno struktūros buvimas, t.y. tokias kristalines sritis, kuriose dipolio magnetiniai momentai orientuoti lygiagrečiai.

5. Medžiagos (medžiagos) temperatūra turi būti žemesnė už Curie tašką, nes esant aukštesnei temperatūrai domeno struktūra nyksta, medžiaga pereina iš feromagnetinės būsenos į paramagnetinę.

Būdinga medžiagos feromagnetinės būsenos savybė yra spontaniškas įmagnetinimas nenaudojant išorinio magnetinio lauko. Tačiau tokio kūno magnetinis srautas bus lygus nuliui, nes atskirų domenų magnetinių momentų kryptis skiriasi (domeno struktūra su uždara magnetine grandine).

Medžiagos įmagnetinimo laipsnis apibūdinamas įmagnetinimo dydžiu arba įmagnetinimo intensyvumu (J), kuris apibrėžiamas kaip susidariusio magnetinio momento Σm santykio su medžiagos tūriu (V) riba, kai tūris linkęs į nulį

. (6.2)

Jei įdėsite medžiagą į išorinį magnetinį lauką, kurio intensyvumas H, tada J ir H santykis bus toks

J = 4 πχH, (6.3)

Kur χ (kappa) vadinamas magnetiniu klampumu.

Santykinis magnetinis pralaidumas μ priklauso nuo χ:

μ = 1 +4 πχ . (6.4)

Įmagnetinimo intensyvumą galima nustatyti žinant μ

μ = 1+. (6.5)

Apskritai, magnetinis laukas feromagnete sukuriamas kaip dviejų komponentų suma: išorinis, sukuriamas išorinio magnetinio lauko H stiprumo, ir vidinis, sukuriamas įmagnetinimo (J).

Bendram magnetiniam laukui būdinga magnetinė indukcija B:

B = μ 0 (H + J), (6.6)

Kur μ 0 – magnetinė konstanta (magnetinis vakuumo pralaidumas)

μ 0 = 4 π ∙10 -7 , G/m. (6.7)

Išreikšdami J reikšmę per χ ir tada μ, gauname:

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

Absoliuti magnetinio pralaidumo vertė

μ abs = μ 0 ∙ μ . (6.9)

Galutinė magnetinės indukcijos formulė B

B = μ abs H. (6.10)

Feromagnetinės medžiagos įmagnetinimo procesas veikiant išoriniam magnetiniam laukui yra toks:

domenų, kurių magnetiniai momentai yra artimi išoriniam laukui, augimas ir kitų sričių mažėjimas;

visų sričių magnetinių momentų orientacija išorinio lauko kryptimi.

Kiekvieno feromagneto įmagnetinimo procesas apibūdinamas jo pagrindine įmagnetinimo kreive B = f(H).

Įmagnetinimo metu keičiasi ir magnetinis pralaidumas μ.

Tai parodyta pav. 6.2.

Ryžiai. 6.2. Įmagnetinimo kreivės (B = f(H)) ir magnetinis pralaidumas (μ = f(H))

Magnetinis pralaidumas μ, kai įtampa H artima nuliui, vadinama pradine (1 skyrius), o kai medžiaga pereina į prisotinimą, ji įgis didžiausią reikšmę (2), toliau didėjant H, magnetinis pralaidumas μ mažėja (3 skyriai). ir 4).

Ciklinio feromagneto įmagnetinimo metu įmagnetinimo ir išmagnetinimo kreivės sudaro histerezės kilpą. Histerezės kilpa, gauta esant medžiagos prisotinimo sąlygai, vadinama ribine kilpa. Iš histerezės kilpos, gautos, pavyzdžiui, osciloskopo ekrane, galite gauti gana išsamią informaciją apie pagrindinius medžiagos magnetinius parametrus (6.3 pav.).

Ryžiai. 6.3. Histerezės kilpa

Pagrindiniai parametrai yra šie:

1) liekamoji indukcija, pašalinus lauko stiprumą – Br;

2) priverstinė jėga Hc – įtampa, kuri turi būti taikoma bandiniui, kad būtų pašalinta liekamoji indukcija;

3) maksimali indukcija B max, kuri pasiekiama, kai mėginys yra visiškai prisotintas;

4) specifiniai histerezės nuostoliai per įmagnetinimo apsisukimo ciklą, kurie apibūdinami histerezės kilpos padengtu plotu.

Likusius medžiagos magnetinius parametrus, taip pat nuostolius dėl įmagnetinimo apsisukimo (histerezės), sūkurinių srovių ir energijos tarpo (nuolatinio magneto) galima apskaičiuoti naudojant formules, kurios buvo pateiktos aukščiau ir bus pateiktos ateities.

Feromagnetiniai nuostoliaimedžiagų - Tai yra energijos sąnaudos, susijusios su feromagnetų įmagnetinimo, sūkurinių srovių atsiradimu kintamajame magnetiniame lauke ir medžiagos magnetinio klampumo, sukuriančių vadinamuosius nuostolius, kurie gali būti suskirstyti į šiuos tipus:

a) histerezės nuostoliai Pr, proporcingi histerezės kilpos plotui

Рг = η∙f∙
∙ V, W (6,11)

Kur η – tam tikros medžiagos histerezės koeficientas;

f– lauko dažnis, Hz;

IN maks– maksimali indukcija, T;

V– mėginio tūris, m3;

n≈ 1,6...2 – eksponento reikšmė;

b) sūkurinių srovių nuostoliai

Rv.t. = ξ∙f 2 ∙B maks ∙ V, W (6,12)

čia ξ yra koeficientas, priklausantis nuo medžiagos elektrinės varžos ir bandinio formos;

c) poveikio nuostoliai Рп.с., (nuostoliai dėl magnetinės klampos), kurie analitiškai neskaičiuojami ir nustatomi pagal bendruosius nuostolius Р, Рг ir Рв.т. pagal formulę

Rp.s. = Р – Рг – Рв.т. (6.13)

Sūkurinės srovės nuostolius galima sumažinti padidinus feromagneto elektrinę varžą. Norėdami tai padaryti, magnetinė grandinė, pavyzdžiui, transformatoriams, surenkama iš atskirų plonų feromagnetinių plokščių, izoliuotų viena nuo kitos.

Praktikoje jis kartais naudojamas feromagnetai su atvira magnetine grandine, t.y. turintys, pavyzdžiui, oro tarpą su dideliu magnetiniu pasipriešinimu. Kūne, kuriame yra oro tarpas, atsiranda laisvi poliai, sukuriantys išmagnetinimo lauką, nukreiptą į išorinį magnetizuojantį lauką. Kuo didesnis oro tarpas, tuo didesnis indukcijos sumažėjimas. Tai pasireiškia elektrinėse mašinose, magnetiniuose kėlimo įrenginiuose ir kt.

Energija tarpelyje (W L), pavyzdžiui, nuolatinio magneto, išreiškiama formule

, J/m 3 , (6,14)

Kur IN L Ir N L– tikroji indukcija ir lauko stiprumas tam tikram oro tarpo ilgiui.

Pakeitus feromagnetui taikomą įtampą, tam tikrame tarpe galima gauti maksimalią energiją.

Norėdami rasti W max, naudokite diagramą, kurioje, remdamiesi magnetinės medžiagos, esančios antrajame kvadrante (histerezės kilpos atkarpoje), išmagnetinimo kreive, jie sukuria energijos kreivę tarpelyje, nurodydami įvairias B reikšmes ( arba H). W L priklausomybė nuo B L ir H L parodyta fig. 6.4.

Ryžiai. 6.4. Energija feromagneto oro tarpelyje

Norėdami nustatyti lauko stiprumą H, kuriam esant magneto tarpelyje bus didžiausia energija, reikia nubrėžti didžiausios energijos liestinę (taške A) ir iš jos nubrėžti horizontalią liniją, kol ji susikirs su histerezės kilpa. antrasis kvadrantas. Tada nuleiskite statmeną, kol susikirs su koordinate H. Taškas H L 2 nustatys norimą magnetinio lauko stiprumą.

Pagal pagrindinius magnetinius parametrus feromagnetinės medžiagos gali būti skirstomi į tokias grupes;

Magnetinis minkštas - medžiagos, turinčios mažą koercinę jėgą Hc (iki 100 A/m), didelę magnetinę laidumą ir mažus histerezės nuostolius. Jie naudojami kaip nuolatinės srovės magnetinės šerdys (transformatorių, matavimo prietaisų, induktorių ir kt.)

KAMmagnetiškai minkštos medžiagos susieti:

komerciškai gryna geležis, karbonilinė geležis;

elektrinis plienas;

Permalloy;

alsifera;

feritai (varis-manganas);

termomagnetiniai lydiniai (Ni-Cr-Fe) ir kt.

2. Magnetiškai kietas – medžiagos su dideliu koercityvumu (Hc > 100 A/m) (žr. 4.5 pav., G).

Nuolatiniams magnetams gaminti naudojamos kietos magnetinės medžiagos, kurios naudoja magnetinę energiją oro tarpelyje tarp magneto polių.

KAM kietos magnetinės medžiagos susieti:

Lieti alni lydiniai (Al-Ni-Fe);

Alnico (Al-Ni-Co-Fe);

Magnico;

Legiruotasis plienas, grūdintas iki martensito ir kt.

Ypač domina lydiniai, pagaminti iš retųjų žemių medžiagų (YCo, CeCo, SmCo ir kt.), kurių H c ir w max vertės yra didelės.

3. Feritai – medžiagos, atstovaujančios dvigubus geležies oksidus su dvivalenčių metalų oksidais (MeO∙Fe 2 O 3). Feritai gali būti magnetiškai minkšti ir magnetiškai kieti, priklausomai nuo jų kristalinės struktūros, pavyzdžiui, spinelio tipo – (MgAl 3 O 4), hauso magneto (Mn 3 O 4), granato Ga 3 Al 2 (SiO 4) 3, tt Jų elektrinė varža yra didelė (nuo 10 -1 iki 10 10 omų∙m), todėl sūkurinių srovių nuostoliai, ypač esant aukštiems dažniams, yra maži.

4. Magnetodielektrikai – medžiagos, sudarytos iš feromagnetinių miltelių su dielektrine jungtimi. Milteliai dažniausiai imami minkštos magnetinės medžiagos – karbonilo geležies, alsiferio pagrindu, o jungiamasis dielektrikas yra mažais dielektriniais nuostoliais pasižyminti medžiaga – polistirenas, bakelitas ir kt.

Savitikros klausimai:

Medžiagų klasifikavimas pagal magnetines savybes.

Labai magnetinių medžiagų savybės (domenai, anizotropija, įmagnetinimo kreivė, magnetostrikcija, magnetinis pralaidumas, histerezė ir kt.)

Veiksniai, turintys įtakos magnetinėms savybėms

Nuostoliai magnetinėse medžiagose

Labai magnetinių medžiagų klasifikacija

Žemo dažnio minkštos magnetinės medžiagos

Aukšto dažnio minkštos magnetinės medžiagos

Kietos magnetinės medžiagos

Specialios paskirties magnetinės medžiagos

Programos

Laidininkų medžiagos A.1 lentelė

dirigentas		Ohm∙mm 2 /m	specifinis pasipriešinimas		šilumos perdavimas vandens Turinys W/m∙deg	ypač vario,	Elektronų darbo funkcija	Kontroliuoti temperatūrą,
Grynieji metalai
Aliuminis
Molibdenas
Volframas
polikristalinis
Manganinas			(5…30)∙10 -6
Konstantanas			(5…20)∙10 -6
Nikelio sidabras
Termopora
Varis-konstantanas				Temperatūra iki 350 °C
Chromel-alumelis				Temperatūra iki 1000 °C
Platina-platinos rodis				Temperatūra iki 1600 °C

Puslaidininkinės medžiagos A.2 lentelė

	vardas puslaidininkis kaltinės geležies medžiaga			savo vežėjai	Mobilumas vežėjai U,
Neorganinis Kristalas.
	elementarus (atominis)
germanis
	Kristalas.						jungtys
	Silicio karbidas
	sublimacija
	Stibio indis
	Galio arsenidas
	Galio fosfidas
	Indžio arsenidas
Bismuto teluridas
	Švino sulfidas	Stiklinis
Chalkogenidai
	Kaip 2 Te 2 Se, As 2 Se 3 ∙ Al 2 Se 3
	Ekologiškas
	Antracenas Naftalenas
	Dažai ir pigmentai Vario ftalocianinas
	Molekuliniai kompleksai Jodas-pirenas

Polimerai

Poliakrilnitrilas	Dielektrinės medžiagos A.3 lentelė Sumavimo būsena	Mamos vardas	als (dielektrikai) Dielektrinė konstanta, santykinė E ne garsumas -	dielektrinių nuostolių kampas	Stiprumas (elektrinis) E pr, MV/m	Specifinė šiluma galia λ, W/mºK
	SF6 dujos (SF 6)
Skysti kaulai	Transformatoriaus alyva
Kietos medžiagos	Ekologiškas a) parafinas Holovaksas
	b) Bakelito derva Kanifolija polivinilas- Polistirenas Polietilenas Polimetilmetakrilatas Epoksidinė derva
	Junginys
	d) fenolio plastikas (FAS)
	d) Lako audinys
	Elektrokartonas (EVT)
	g) butadieno kaučiukas
	Guminė izoliacija
	h) Fluoroplastas-4 fluorplastas-3
	Neorganinis a) Elektrinis stiklas.
	b) Muilo akmuo (keramika) porceliano elektrotechnika
	c) Žėručio muskvitas Micalex
	d) Ferroelektrinė keramika VK-1 Pjezokvarcas
	e) Fluoro izoliacija (AlF 3)
	f) Asbestas
	Elemento-vargonai. a) Silicio org. derva
	b) Silicio vargonai. gumos

Magnetinės medžiagos A.4 lentelė

Magnetinės medžiagos pavadinimas	Cheminė sudėtis arba prekės ženklas	Santykinis magnetinis pralaidumas, μ		Magnetinė indukcija V, T		Koer-citiv- jėga Ns, A/m	Specifinis paštu varža ρ, µOhm∙m	Energija tarpelyje , J/m 3
		pradinė, μ n	maksimalus, μ maks	likutinis tikslumas, V	maksimalus, V maks
Magnetinis minkštas
Elektros inžinerija plieno
Permalloy mažai nikelio
Daug nikelio turintis permalijus
Supermalloy
Alsiferis
Feritai
Nikelio-cinko feritas
Feritas manganas-cinkas
Magnetinis kietas
baris
baris
Magnetodielektrikai
Karbonilo geležies pagrindu

Bibliografija

1. Pasynkovas, V.V. Elektroninių technologijų medžiagos: vadovėlis universitetams / V.V.Pasynkov, V.S.Sorokin - Sankt Peterburgas: Lan, 2003. – 367 p.

2. Radijo medžiagos ir radijo komponentai: metodas. instrukcijos/stat. ESU. Khadykin A.M. - Omskas: Omsko valstybinio technikos universiteto leidykla, 2007. - 44 p.

3. Radijo medžiaga ir radijo komponentai: paskaitų konspektas / autoriaus rinkinys. A. M. Chadykinas. - Omskas: Omsko valstybinio technikos universiteto leidykla, 2008. – 91 p.

4. Elektroninės įrangos medžiagos ir elementai: metodas. instrukcijos / komp. A. M. Chadykinas. - Omskas: Omsko valstybinio technikos universiteto leidykla, 2005.-34 p.

5. Klikushin Yu.N. Medžiagų mokslas instrumentų inžinerijoje. Elektros medžiagos: Vadovėlis. vadovas universitetams / Yu N. Klikushin, A. I. Cheredov, I. L. Zacharov; Omsko valstybinis technikos universitetas. - Omskas: Omsko valstybinio technikos universiteto leidykla, 2005. - 79 p.

6. Sorokinas V. S. Elektroninės technologijos medžiagos ir elementai. 2 tomuose: vadovėlis universiteto studentams, studijuojantiems bakalaurų, magistrų ir specialistų rengimo srityje 210100 „Elektronika ir mikroelektronika“ / V. S. Sorokin, B. L. Antipov, N. P. Lazareva. T.1: laidininkai, puslaidininkiai, dielektrikai. - M.: Leidybos centras "Akademija", 2006. - 448 p.

7. Sorokinas V. S. Elektroninės technologijos medžiagos ir elementai. 2 tomuose: vadovėlis universiteto studentams, studijuojantiems studijų krypties ir specialybių „Elektronika ir mikroelektronika“ / V. S. Sorokin, B. L. Antipov, N. P. Lazareva. T.2. - M.: Leidybos centras "Akademija", 2006. - 384 p.

8. Aliev I.I. Elektrotechnikos medžiagos ir gaminiai. Katalogas. – M.: IP RadioSoft, 2007. – 352 p.

9. A.I. Sidorovas, N. V. Nikonorovas „Integravimo medžiagos ir technologijos

optika“. Vadovėlis, paskaitų kursas. Sankt Peterburgas: Sankt Peterburgo valstybinis universitetas ITMO, 2009 - 107

10. Bondarenko I.B., Gatchin Yu.A., Ivanova N.Yu., Shilkin D.A. Jungtys ir perjungimo įrenginiai. Pamoka. Sankt Peterburgas: Sankt Peterburgo valstybinis universitetas ITMO, 2007. 151 p.

11. Roščinas V.M. Mikro-, opto- ir nanoelektronikos medžiagų technologija: vadovėlis. 2 dalis/ V.M. Roščinas, M.V. Silibinas. – M.: BINOM. Žinių laboratorija, 2010. – 180 p.

12. Sadchenkov D.A. Vietinių ir užsienio radijo komponentų žymėjimas. Nuorodų vadovas. 1 tomas. – M.: SOLON-R, 2002. – 208 p.

13. Petrovas K.S. Radijo medžiagos, radijo komponentai ir elektronika. Vadovėlis universitetams. - Sankt Peterburgas: Petras, 2006 - 522 p.

14. Ulyanina I.Yu. Medžiagos struktūra: vadovėlis. pašalpa / I. Yu, T. Skakova. - M.: MGIU, 2006. - 55 p.

15. Ulyanina I.Yu. Medžiagų mokslas kontūrinėse diagramose: vadovėlis. pašalpa / I. Yu. - M.: Leidykla MGIU, 2006. - 139 p.

16. Mishin D.D. Magnetinės medžiagos. – M.: Aukštoji mokykla, 1991. – 384 p.

17. Kharlamova T.E. Elektros medžiagų mokslas. Elektros medžiagos: Vadovėlis. Nauda. – Sankt Peterburgas: SZPI, 1998. – 82 p.

18. Shkaruba M.V., Tikhonov S.A. Elektroninės įrangos medžiagos ir elementai: Vadovėlis. – Omskas: Omgtu leidykla, 2006. – 120 p.

19. Komponentai ir technologijos: kas mėnesį. Visos Rusijos žurnalas – M.: Redakcinis žurnalas. „Fine Street Publishing“ – leidžiama kas mėnesį.

20. Internetas: www.wieland– electric.com

21. Internetas: www.platan.ru

22. Internetas: www.promelec.ru

23. Internetas: www.chipdip.ru

6. MAGNETINĖS MEDŽIAGOS

Visos medžiagos yra magnetinės ir yra įmagnetintos išoriniame magnetiniame lauke.

Pagal magnetines savybes medžiagos skirstomos į silpnai magnetines ( diamagnetinės medžiagos Ir paramagnetai) ir labai magnetinis ( feromagnetai Ir ferimagnetai).

Diamagnetaiμ 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), taip pat IN i, Ga, Sb.

Paramagnetai– medžiagos, turinčios magnetinį laidumąμ r> 1, kuris silpnuose laukuose nepriklauso nuo išorinio magnetinio lauko stiprumo. Paramagnetinėms medžiagoms priskiriamos medžiagos, kurių atomų (molekulių) nesant įmagnetinimo lauko magnetinis momentas skiriasi nuo nulio: deguonis, azoto oksidas, geležies druskos, kobaltas, nikelis ir retųjų žemių elementai, šarminiai metalai, aliuminis, platina.

Diamagnetinės ir paramagnetinės medžiagos turi magnetinį pralaidumąμ ryra arti vienybės. Magnetinių medžiagų pritaikymas technologijose yra ribotas.

Labai magnetinėse medžiagose magnetinis pralaidumas yra žymiai didesnis nei vienetas (μ r >> 1) ir priklauso nuo magnetinio lauko stiprumo. Tai: geležis, nikelis, kobaltas ir jų lydiniai, taip pat chromo ir mangano lydiniai, gadolinis, įvairios sudėties feritai.

6.1. Medžiagų magnetinės charakteristikos

Medžiagų magnetinės savybės įvertinamos fizikiniais dydžiais, vadinamais magnetinėmis charakteristikomis.

Magnetinis pralaidumas

Išskirti giminaitis Ir absoliutus magnetiniai laidumai medžiagos (medžiagos), kurias tarpusavyje sieja ryšys

μa = μ o · μ, Gn/m

μ o- magnetinė konstanta,μ o = 4π ·10 -7 H/m;

μ – santykinis magnetinis pralaidumas (dydis be matmenų).

Magnetinių medžiagų savybėms apibūdinti naudojamas santykinis magnetinis pralaidumas.μ (dažniau vadinamas magnetiniu pralaidumu), o praktiniams skaičiavimams naudojamas absoliutus magnetinis pralaidumasμa, apskaičiuojamas pagal lygtį

μa = IN /N,Gn/m

N– įmagnetinančio (išorinio) magnetinio lauko intensyvumas, A/m

IN – magnetinio lauko indukcija magnete.

Didelė vertėμ rodo, kad medžiaga lengvai įmagnetinama silpnuose ir stipriuose magnetiniuose laukuose. Daugumos magnetų magnetinis pralaidumas priklauso nuo įmagnetinamojo magnetinio lauko stiprumo.

Magnetinėms savybėms apibūdinti vadinamas bematis dydis magnetinis jautrumas χ .

μ = 1 + χ

Temperatūros magnetinio pralaidumo koeficientas

Medžiagos magnetinės savybės priklauso nuo temperatūrosμ = μ (T) .

Apibūdinti pokyčio pobūdįmagnetinės savybės su temperatūranaudoti magnetinio pralaidumo temperatūros koeficientą.

Paramagnetinių medžiagų magnetinio jautrumo priklausomybė nuo temperatūrosTaprašytas Curie dėsnio

Kur C - Curie konstanta .

Feromagnetų magnetinės charakteristikos

Feromagnetų magnetinių savybių priklausomybė yra sudėtingesnė, kaip parodyta paveikslėlyje, ir pasiekia maksimumą esant temperatūrai, artimaiK Į.

Temperatūra, kurioje magnetinis jautrumas smarkiai sumažėja, beveik iki nulio, vadinama Curie temperatūra.K Į. Esant aukštesnei temperatūraiKĮ feromagneto įmagnetinimo procesas sutrinka dėl intensyvaus šiluminio atomų ir molekulių judėjimo ir medžiaga nustoja būti feromagnetine ir tampa paramagnetine.

Dėl geležies K k = 768 ° C – nikeliui K k = 358 ° C – kobaltui K k = 1131 ° C.

Virš Curie temperatūros feromagneto magnetinio jautrumo priklausomybė nuo temperatūrosTaprašytas Curie-Weisso dėsnio

Labai magnetinių medžiagų (feromagnetų) įmagnetinimo procesas turi histerezės. Jei išmagnetintas feromagnetas įmagnetinamas išoriniame lauke, jis įmagnetinamas pagal įmagnetinimo kreivė B = B(H) . Jei tada, pradedant nuo kokios nors vertėsHpradeda mažinti lauko stiprumą, tada indukcijąBsumažės su tam tikru vėlavimu ( histerezės) įmagnetinimo kreivės atžvilgiu. Didėjant laukui priešinga kryptimi, feromagnetas išmagnetinamas remagnetizuojasi, o naujai pakeitus magnetinio lauko kryptį, jis gali grįžti į pradinį tašką, nuo kurio prasidėjo išmagnetinimo procesas. Paveiksle parodyta gauta kilpa vadinama histerezės kilpa.

Esant maksimaliai įtampaiN m Įmagnetinimo laukas, medžiaga įmagnetinama iki prisotinimo būsenos, kurioje indukcija pasiekia vertęIN N, kuris vadinamasprisotinimo indukcija.

Liekamoji magnetinė indukcija IN APIE – stebimas feromagnetinėje medžiagoje, įmagnetintoje iki soties, jos išmagnetinimo metu, kai magnetinio lauko stiprumas lygus nuliui. Norint išmagnetinti medžiagos pavyzdį, magnetinio lauko stiprumas turi pakeisti kryptį į priešingą pusę (-N). Lauko stiprumasN KAM , kai indukcija lygi nuliui, vadinama prievartos jėga(laikymo jėga) .

Feromagneto įmagnetinimo pasikeitimas kintamuosiuose magnetiniuose laukuose visada lydi šiluminės energijos nuostolius, kuriuos sukelia histerezės nuostoliai Ir dinaminiai nuostoliai. Dinaminiai nuostoliai yra susiję su sūkurinėmis srovėmis, sukeliamomis medžiagos tūryje ir priklauso nuo medžiagos elektrinės varžos, mažėja, kai varža didėja. Isterezės nuostoliaiW per vieną įmagnetinimo apsisukimo ciklą nustatoma pagal histerezės kilpos plotą

ir gali būti apskaičiuojamas medžiagos tūrio vienetui naudojant empirinę formulę

J/m 3

Kur η - koeficientas, priklausantis nuo medžiagos,B N – didžiausia indukcija, pasiekiama ciklo metu,n– eksponentas lygus 1,6, priklausomai nuo medžiagos¸ 2.

Specifiniai energijos nuostoliai dėl histerezės R G – nuostoliai, išleidžiami keičiant masės vienetą medžiagos tūrio vienetui per sekundę įmagnetinant.

Kur f - kintamosios srovės dažnis,T– svyravimų periodas.

Magnetostrikcija

Magnetostrikcija – feromagneto geometrinių matmenų ir formos kitimo reiškinys kintant magnetinio lauko dydžiui, t.y. kai įmagnetinamas. Santykinis medžiagos matmenų pokytisΔ l/ lgali būti teigiamas ir neigiamas. Nikelio magnetostrikcija yra mažesnė už nulį ir siekia 0,004%.

Pagal Le Chatelier sistemos atsparumo išorinių veiksnių, siekiančių pakeisti šią būseną, įtakai principą, mechaninė feromagneto deformacija, dėl kurios pasikeičia jo dydis, turėtų turėti įtakos šių medžiagų įmagnetinimui.

Jei įmagnetinimo metu kūno dydis tam tikra kryptimi sumažėja, tai mechaninio gniuždymo įtempio taikymas šia kryptimi skatina įmagnetinimą, o tempimas apsunkina įmagnetinimą.

6.2. Feromagnetinių medžiagų klasifikacija

Visos feromagnetinės medžiagos skirstomos į dvi grupes pagal jų elgesį magnetiniame lauke.

Minkštas magnetas – su dideliu magnetiniu pralaidumuμ ir maža prievartos jėgaN KAM< 10Esu. Jie lengvai įmagnetinami ir išmagnetinami. Jie turi mažus histerezės nuostolius, t.y. siaura histerezės kilpa.

Magnetinės charakteristikos priklauso nuo cheminio grynumo ir kristalų struktūros iškraipymo laipsnio. Kuo mažiau priemaišų(SU, R, S, O, N) , tuo aukštesnis medžiagos charakteristikų lygis, todėl gaminant feromagnetą būtina juos ir oksidus pašalinti bei stengtis neiškraipyti medžiagos kristalinės struktūros.

Kietos magnetinės medžiagos - turėti puikųN K > 0,5 MA/m ir liekamoji indukcija (IN APIE ≥ 0,1 T). Jie atitinka plačią histerezės kilpą. Jie įmagnetinami labai sunkiai, tačiau magnetinę energiją gali išlaikyti keletą metų, t.y. tarnauja kaip nuolatinio magnetinio lauko šaltinis. Todėl iš jų gaminami nuolatiniai magnetai.

Pagal sudėtį visos magnetinės medžiagos skirstomos į:

· metalas;

· ne metalinis;

· magnetodielektrikai.

Metalinės magnetinės medžiagos - tai gryni metalai (geležis, kobaltas, nikelis) ir kai kurių metalų magnetiniai lydiniai.

Į nemetalinį medžiagos apima feritai, gaunamas iš geležies oksidų ir kitų metalų miltelių. Jos presuojamos ir išdegamos 1300 - 1500 °C temperatūroje ir virsta vientisomis monolitinėmis magnetinėmis dalimis. Feritai, kaip ir metalinės magnetinės medžiagos, gali būti minkštos arba kietos magnetinės.

Magnetodielektrikai – tai kompozicinės medžiagos iš 60–80 % miltelinės magnetinės medžiagos ir 40–20 % organinio dielektriko. Feritai ir magnetodielektrikai turi didelę elektrinę varžą (ρ = 10 ÷ 10 8 Ohm m), didelis šių medžiagų atsparumas užtikrina mažus dinaminius energijos nuostolius kintamuosiuose elektromagnetiniuose laukuose ir leidžia jas plačiai naudoti aukšto dažnio technologijoje.

6.3. Metalinės magnetinės medžiagos

6.3.1. Metalas minkštas magnetas medžiagų

Metalinės minkštos magnetinės medžiagos yra karbonilo geležis, permallojus, alsiferis ir mažai anglies turintis silicio plienas.

Karbonilo geležis – gautas termiškai skaidant geležies pentakarbonilo skystįF e( CO) 5 grynos geležies miltelių dalelės gauti:

F e( CO ) 5 → Fe+ 5 СО,

apie 200 laipsnių temperatūroje°Cir slėgis 15 MPa. Geležies dalelės yra sferinės formos, 1–10 mikronų dydžio. Norint pašalinti anglies daleles, geležies milteliai yra termiškai apdorojami aplinkoje N 2 .

Karbonilo geležies magnetinis pralaidumas siekia 20 000, priverstinė jėga yra 4,5¸ 6,2Esu. Geležies milteliai naudojami aukšto dažnio gamybai magnetodielektrinisšerdys, kaip magnetinių juostų užpildas.

Permalloi –kaliojo ketaus-nikelio lydiniai. Norėdami pagerinti savybes, pridėkite Mo, SU r, Cu, gamina legiruotus permalojus. Jie pasižymi dideliu lankstumu ir lengvai susukami į lakštus ir juosteles iki 1 mikrono.

Jei permallo nikelio kiekis yra 40–50%, tada jis vadinamas mažai nikeliu, jei 60–80% - daug nikelio.

Permalloy turi aukštą magnetinių savybių lygį, kurį užtikrina ne tik lydinio sudėtis ir didelis cheminis grynumas, bet ir specialus terminis vakuuminis apdorojimas. Permalloy turi labai aukštą pradinį magnetinį pralaidumą nuo 2000 iki 30000 (priklausomai nuo sudėties) silpnų laukų srityje, o tai yra dėl mažo magnetostrikcijos dydžio ir magnetinių savybių izotropijos. Supermalloy pasižymi ypač aukštomis charakteristikomis, kurių pradinis magnetinis pralaidumas yra 100 000, o didžiausias siekia 1,5· 10 6 val B= 0,3 T.

Permalloy tiekiamas juostelių, lakštų ir strypų pavidalu. Mažo nikelio turintys permalojus naudojami induktorių šerdims, mažo dydžio transformatoriams ir magnetiniams stiprintuvams gaminti, daug nikelio permalloi – įrangos dalims, veikiančioms garsiniais ir viršgarsiniais dažniais. Permalojų magnetinės charakteristikos yra stabilios –60 +60°C temperatūroje.

Alsifera – nekalimas trapus Al sudėties lydiniai – Si– Fe , susidedantis iš 5,5–13 proc.Al, 9 – 10 % Si, likusi dalis geležies. Alsiferis savo savybėmis panašus į permalloy, bet yra pigesnis. Iš jo gaminamos liejamos šerdys, liejami magnetiniai ekranai ir kitos tuščiavidurės detalės, kurių sienelių storis ne mažesnis kaip 2 - 3 mm. Alsifero trapumas riboja jo taikymo sritis. Išnaudojant alsifero trapumą, jis sumalamas į miltelius, kurie naudojami kaip feromagnetinis užpildas presuojant aukšto dažnio magnetodielektrikai(šerdys, žiedai).

Silicio mažai anglies dioksido išskiriantis plienas (elektrinis plienas) – geležies ir silicio lydinys (0,8–4,8 proc.Si). Pagrindinė minkšta magnetinė medžiaga masiniam naudojimui. Jis lengvai susukamas į 0,05–1 mm lakštus ir juosteles ir yra pigi medžiaga. Silicis, randamas pliene ištirpęs, atlieka dvi funkcijas.

· Padidindamas plieno varžą, silicis sumažina dinaminius nuostolius, susijusius su sūkurinėmis srovėmis. Atsparumas didėja dėl silicio dioksido susidarymas SiO 2 kaip reakcijos rezultatas

2 FeO + S i→ 2Fe+ SiO 2 .

· Pliene ištirpusio silicio buvimas skatina cementito irimą Fe 3 C – kenksmingos priemaišos, mažinančios magnetines charakteristikas, ir anglies išsiskyrimas grafito pavidalu. Tokiu atveju susidaro gryna geležis, kurios kristalų augimas padidina plieno magnetinių charakteristikų lygį.

Nerekomenduojama į plieną dėti silicio, kurio kiekis viršija 4,8%, nes silicis, padėdamas pagerinti magnetines charakteristikas, smarkiai padidina plieno trapumą ir sumažina jo mechanines savybes.

6.3.2. Metalinės kietos magnetinės medžiagos

Kietos magnetinės medžiagos - tai feromagnetai, turintys didelę priverstinę jėgą (daugiau nei 1 kA/m) ir didelę liekamosios magnetinės indukcijos vertęIN APIE. Naudojamas nuolatinių magnetų gamybai.

Priklausomai nuo sudėties, būklės ir gamybos būdo, jie skirstomi į:

· legiruotasis martensitinis plienas;

· liejami kietieji magnetiniai lydiniai.

Legiruoti martensitiniai plienai – čia kalbama apie anglinį ir legiruotą plienąKr, W, Co, Mo . Anglies plienas greitai sensta ir keičia jų savybes, todėl jie retai naudojami nuolatinių magnetų gamybai. Nuolatiniams magnetams gaminti naudojamas legiruotasis plienas - volframas ir chromas (N C ≈ 4800 Esu,IN O ≈ 1 T), kurie gaminami skirtingų skerspjūvio formų strypų pavidalu. Kobalto plienas turi didesnę koerciatyvą (N C ≈ 12 000 Esu,IN O ≈ 1 T), palyginti su volframu ir chromu. Prievartos jėga N SU kobalto plieno kiekis didėja didėjant jo kiekiui SU O .

Liejami kieti magnetiniai lydiniai. Patobulintas lydinių magnetines savybes lemia specialiai parinkta kompozicija ir specialus apdorojimas – magnetų aušinimas po liejimo stipriame magnetiniame lauke, taip pat specialus daugiapakopis terminis apdorojimas gesinimo ir grūdinimo kartu su magnetiniu būdu. apdorojimas, vadinamas dispersiniu grūdinimu.

Nuolatiniams magnetams gaminti naudojamos trys pagrindinės lydinių grupės:

· Geležies – kobalto – molibdeno lydinys tipo remalloy su prievartos jėgaN K = 12 – 18 kA/m.

· Lydinių grupė:

§ varis – nikelis – geležis;

§ varis – nikelis – kobaltas;

§ geležis - manganas, legiruotasaliuminis arba titanas;

§ geležis – kobaltas – vanadis (F e– Co – V).

Vario – nikelio – geležies lydinys vadinamas kunife (SU u– Ni - Fe). Lydinys F e– Ko – V (geležis – kobaltas – vanadis) vadinamas vikala . Šios grupės lydiniai turi priverstinę jėgą N KAM = 24 – 40 kA/m. Galima įsigyti vielos ir lakštų pavidalu.

· Lydinių sistema geležis – nikelis – aliuminis(F e – Ni– Al), anksčiau žinomas kaip lydinys alni. Lydinyje yra 20–33 proc. Ni + 11–17 % Al, likusi dalis geležies. Į lydinius pridėjus kobalto, vario, titano, silicio, niobio, pagerėja jų magnetinės savybės, palengvinama gamybos technologija, užtikrinamas parametrų pakartojamumas, pagerėja mechaninės savybės. Šiuolaikiniame prekės ženklo ženkle yra raidės, nurodančios pridėtus metalus (Y - aliuminis, N - nikelis, D - varis, K - kobaltas, T - titanas, B - niobis, C - silicis), skaičiai - elemento sudėtis, kurios raidė yra prieš skaičių, pavyzdžiui, UNDC15.

Lydiniai turi didelę koercityvumo vertę N KAM = 40 – 140 kA/m ir didelė sukaupta magnetinė energija.

6.4. Nemetalinės magnetinės medžiagos. Feritai

Feritai yra keraminės feromagnetinės medžiagos, turinčios mažą elektroninį laidumą. Mažas elektros laidumas kartu su didelėmis magnetinėmis charakteristikomis leidžia plačiai naudoti feritus aukštuose dažniuose.

Feritai gaminami iš miltelių mišinio, susidedančio iš geležies oksido ir specialiai atrinktų kitų metalų oksidų. Jie spaudžiami ir tada sukepinami aukštoje temperatūroje. Bendra cheminė formulė yra tokia:

MeO Fe 2 O 3 arba MeFe 2 O 4,

Kur Mehdvivalenčio metalo simbolis.

Pavyzdžiui,

ZnO Fe 2 O 3 arba

NiO Fe 2 O 3 arba NiFe 2 O 4

Feritai turi kubinę spinelio tipo gardelęMgOAl 2 O 3 - magnio aliuminatas.Ne visi feritai yra magnetiniai. Magnetinių savybių buvimas yra susijęs su metalo jonų išsidėstymu kubinėje spinelio grotelėje. Taigi sistemaZnFe 2 O 4 neturi feromagnetinių savybių.

Feritai gaminami naudojant keramikos technologiją. Originalūs miltelių pavidalo metalo oksidai sumalami rutuliniuose malūnuose, presuojami ir kūrenami krosnyse. Sukepinti briketai sumalami į smulkius miltelius ir įpilama plastifikatoriaus, pavyzdžiui, polivinilo alkoholio tirpalo. Iš gautos masės presuojami ferito gaminiai - šerdys, žiedai, kurie išdegami ore 1000 - 1400 °C temperatūroje. Gauti kieti, trapūs, dažniausiai juodi gaminiai gali būti apdorojami tik šlifuojant ir poliruojant.

Minkštas magnetas feritai

Minkštas magnetasFeritai plačiai naudojami aukšto dažnio elektronikos ir prietaisų gamyboje, gaminant filtrus, žemo ir aukšto dažnio stiprintuvų transformatorius, radijo perdavimo ir priėmimo įrenginių antenas, impulsinius transformatorius ir magnetinius moduliatorius. Pramonėje gaminami šių tipų minkštieji magnetiniai feritai, pasižymintys plačiu magnetinių ir elektrinių savybių spektru: nikelis – cinkas, manganas – cinkas ir litis – cinkas. Viršutinis ribinis feritų naudojimo dažnis priklauso nuo jų sudėties ir skiriasi įvairių tipų feritams nuo 100 kHz iki 600 MHz, prievartos jėga yra apie 16 A/m.

Feritų pranašumas yra magnetinių charakteristikų stabilumas ir santykinis radijo komponentų gamybos paprastumas. Kaip ir visos feromagnetinės medžiagos, feritai išlaiko savo magnetines savybes tik iki Curie temperatūros, kuri priklauso nuo feritų sudėties ir svyruoja nuo 45° iki 950°C.

Kietieji magnetiniai feritai

Nuolatiniams magnetams gaminti plačiausiai naudojami kietieji magnetiniai feritai (;VaO 6 Fe2O3 ). Jie turi šešiakampę kristalų struktūrą su dideliuN KAM . Bario feritai yra polikristalinė medžiaga. Jie gali būti izotropiniai – tos pačios ferito savybės visomis kryptimis atsiranda dėl to, kad kristalinės dalelės yra savavališkai orientuotos. Jei spaudžiant magnetus miltelių pavidalo masė yra veikiama didelio intensyvumo išorinio magnetinio lauko, tada kristalinio ferito dalelės bus nukreiptos viena kryptimi, o magnetas bus anizotropinis.

Bario feritai pasižymi geru charakteristikų stabilumu, tačiau yra jautrūs temperatūros pokyčiams ir mechaniniams įtempiams. Bario ferito magnetai yra pigūs.

6.5. Magnetodielektrikai

Magnetodielektrikai - tai sudėtinės medžiagos, susidedančios iš smulkių minkštos magnetinės medžiagos dalelių, sujungtų viena su kita organiniu arba neorganiniu dielektriku. Karbonilo geležis, alsiferis ir kai kurios permalijo rūšys, susmulkintos iki miltelių pavidalo, naudojamos kaip minkštos magnetinės medžiagos.

Kaip dielektrikai naudojamas polistirenas, bakelitinės dervos, skystas stiklas ir kt.

Dielektriko paskirtis yra ne tik sujungti magnetinės medžiagos daleles, bet ir jas izoliuoti viena nuo kitos, taigi, smarkiai padidinti elektrinės varžos vertę. magnetodielektrinis. Elektrinė varžarmagnetodielektrikaiyra 103–104 omų× m

Magnetodielektrikainaudojami aukšto dažnio radijo įrangos komponentų šerdims gaminti. Gaminių gamybos procesas yra paprastesnis nei iš feritų, nes jiems nereikia terminio apdorojimo aukštoje temperatūroje. Produktai iš magnetodielektrikai Jie pasižymi dideliu magnetinių savybių stabilumu, aukšta paviršiaus švarumo klase ir matmenų tikslumu.

Magnetodielektrikai, užpildyti molibdeno permalijumi arba karbonilo geležimi, turi didžiausias magnetines charakteristikas.