Magnetik

Alla ämnen i ett magnetfält är magnetiserade (ett inre magnetfält uppträder i dem). Beroende på storleken och riktningen av det inre fältet delas ämnen in i:

1) diamagnetiska material,

2) paramagneter,

3) ferromagneter.

Magnetiseringen av ett ämne kännetecknas av magnetisk permeabilitet,

Magnetisk induktion i materia,

Magnetisk induktion i vakuum.

Vilken atom som helst kan karakteriseras av ett magnetiskt moment .

Strömstyrkan i kretsen, - kretsens yta, - den normala vektorn till kretsens yta.

En atoms mikroström skapas genom att negativa elektroner rör sig i omloppsbana och runt sin egen axel, samt genom att den positiva kärnan roterar runt sin egen axel.

1. Diamagneter.

När det inte finns något yttre fält, i atomer diamagnetiska material strömmarna av elektroner och kärnor kompenseras. Den totala mikroströmmen för en atom och dess magnetiska moment är lika med noll.

I ett externt magnetfält induceras (induceras) elementära strömmar som inte är noll i atomer. Atomernas magnetiska moment är orienterade i motsatt riktning.

Ett litet eget fält skapas, riktat mitt emot det yttre och försvagar det.

I diamagnetiska material.

Därför att< , то для диамагнетиков 1.

2. Paramagnetiska material

I paramagneter mikroströmmar av atomer och deras magnetiska moment är inte lika med noll.

Utan ett yttre fält är dessa mikroströmmar kaotiskt placerade.

I ett externt magnetfält är mikroströmmar av paramagnetiska atomer orienterade längs fältet, vilket förstärker det.

I ett paramagnetiskt material överstiger magnetisk induktion = + något.

För paramagneter, 1. För dia- och paramagneter kan vi anta 1.

Tabell 1. Magnetisk permeabilitet för para- och diamagnetiska material.

Magnetiseringen av paramagnetiska material beror på temperaturen, eftersom Den termiska rörelsen av atomer förhindrar det ordnade arrangemanget av mikroströmmar.

De flesta ämnen i naturen är paramagnetiska.

Det inre magnetfältet i dia- och paramagneter är obetydligt och förstörs om ämnet avlägsnas från det yttre fältet (atomerna återgår till sitt ursprungliga tillstånd, ämnet avmagnetiseras).

3. Ferromagneter

Magnetisk permeabilitet ferromagneter når hundratusentals och beror på magnituden på magnetiseringsfältet ( högmagnetiska ämnen).

Ferromagneter: järn, stål, nickel, kobolt, deras legeringar och föreningar.

I ferromagneter finns det områden med spontan magnetisering ("domäner") där alla atomära mikroströmmar är orienterade på samma sätt. Domänstorleken når 0,1 mm.

I frånvaro av ett externt fält är de magnetiska momenten för enskilda domäner slumpmässigt orienterade och kompenserade. I ett externt fält ökar de domäner där mikroströmmar förstärker det externa fältet sin storlek på bekostnad av närliggande. Det resulterande magnetfältet = + i ferromagneter är mycket starkare jämfört med para- och diamagnetiska material.

Domäner som innehåller miljarder atomer har tröghet och återgår inte snabbt till sitt ursprungliga oordnade tillstånd. Därför, om en ferromagnet tas bort från det externa fältet, förblir dess eget fält under lång tid.

Magneten avmagnetiseras under långtidslagring (med tiden återgår domänerna till ett kaotiskt tillstånd).

En annan metod för avmagnetisering är uppvärmning. För varje ferromagnet finns det en temperatur (den kallas "Curie-punkten") vid vilken bindningarna mellan atomerna i domänerna förstörs. I detta fall förvandlas ferromagneten till en paramagnet och avmagnetisering sker. Curie-punkten för järn är till exempel 770°C.

Bestämning av ett ämnes magnetiska permeabilitet. Dess roll i att beskriva magnetfältet

Om du utför ett experiment med en solenoid som är ansluten till en ballistisk galvanometer, när strömmen i solenoiden slås på, kan du bestämma värdet på det magnetiska flödet F, vilket kommer att vara proportionellt mot avböjningen av galvanometernålen. Låt oss utföra experimentet två gånger och ställa in strömmen (I) i galvanometern till att vara densamma, men i det första experimentet kommer solenoiden att vara utan kärna, och i det andra experimentet, innan vi slår på strömmen, kommer vi att introducera en järnkärna i solenoiden. Man har upptäckt att i det andra experimentet är det magnetiska flödet betydligt större än i det första (utan kärna). När man upprepar experimentet med kärnor av olika tjocklek, visar det sig att det maximala flödet erhålls i fallet när hela solenoiden är fylld med järn, det vill säga lindningen är tätt lindad runt järnkärnan. Du kan utföra ett experiment med olika kärnor. Resultatet är att:

där $Ф$ är det magnetiska flödet i en spole med en kärna, är $Ф_0$ det magnetiska flödet i en spole utan en kärna. Ökningen av magnetiskt flöde när en kärna införs i solenoiden förklaras av det faktum att till det magnetiska flödet som skapar strömmen i solenoidlindningen, adderades ett magnetiskt flöde skapat av en uppsättning orienterade amperemolekylära strömmar. Under påverkan av ett magnetfält är molekylära strömmar orienterade, och deras totala magnetiska moment upphör att vara lika med noll, och ett ytterligare magnetfält uppstår.

Definition

Mängden $\mu $, som kännetecknar mediets magnetiska egenskaper, kallas magnetisk permeabilitet (eller relativ magnetisk permeabilitet).

Detta är en dimensionslös egenskap hos ett ämne. En ökning av flödet Ф med $\mu $ gånger (1) innebär att den magnetiska induktionen $\överhögerpil(B)$ i kärnan är lika många gånger större än i vakuum med samma ström i solenoiden. Därför kan vi skriva att:

\[\överhögerpil(B)=\mu (\överhögerpil(B))_0\vänster(2\höger),\]

där $(\överhögerpil(B))_0$ är magnetfältsinduktionen i vakuum.

Tillsammans med magnetisk induktion, som är den huvudsakliga kraftkarakteristiken för fältet, används en hjälpvektormängd som magnetfältstyrka ($\överhögerpil(H)$), som är relaterad till $\överhögerpil(B)$ genom följande relation :

\[\överhögerpil(B)=\mu \överhögerpil(H)\vänster(3\höger).\]

Om formel (3) tillämpas på experimentet med en kärna, får vi det i frånvaro av en kärna:

\[(\överhögerpil(B))_0=(\mu )_0\överhögerpil(H_0)\vänster(4\höger),\]

där $\mu $=1. Om det finns en kärna får vi:

\[\överhögerpil(B)=\mu (\mu )_0\överhögerpil(H)\vänster(5\höger).\]

Men eftersom (2) är nöjd visar det sig att:

\[\mu (\mu )_0\överhögerpil(H)=(\mu m)_0\överhögerpil(H_0)\till \överhögerpil(H)=\överhögerpil(H_0)\vänster(6\höger).\]

Vi fann att magnetfältets styrka inte beror på vilken sorts homogen substans utrymmet är fyllt med. Den magnetiska permeabiliteten för de flesta ämnen handlar om enhet, med undantag för ferromagneter.

Magnetisk känslighet hos ett ämne

Vanligtvis är magnetiseringsvektorn ($\overrightarrow(J)$) associerad med intensitetsvektorn vid varje punkt på magneten:

\[\överhögerpil(J)=\varkappa \överhögerpil(H)\vänster(7\höger),\]

där $\varkappa$ är magnetisk susceptibilitet, en dimensionslös storhet. För icke-ferromagnetiska ämnen och i små fält beror $\varkappa $ inte på styrkan och är en skalär storhet. I anisotropa medier är $\varkappa $ en tensor och riktningarna $\overrightarrow(J)$ och $\overrightarrow(H)$ sammanfaller inte.

Samband mellan magnetisk känslighet och magnetisk permeabilitet

\[\överhögerpil(H)=\frac(\överhögerpil(B))((\mu )_0)-\överhögerpil(J)\vänster(8\höger).\]

Låt oss ersätta uttrycket för magnetiseringsvektorn (7) med (8) och få:

\[\överhögerpil(H)=\frac(\överhögerpil(B))((\mu )_0)-\överhögerpil(H)\vänster(9\höger).\]

När vi uttrycker spänningen får vi:

\[\överhögerpil(H)=\frac(\överhögerpil(B))((\mu )_0\vänster(1+\varkappa \höger))\till \överhögerpil(B)=(\mu )_0\vänster( 1+\varkappa \höger)\överhögerpil(H)\vänster(10\höger).\]

Genom att jämföra uttryck (5) och (10) får vi:

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

Magnetisk känslighet kan vara antingen positiv eller negativ. Av (11) följer att den magnetiska permeabiliteten kan vara antingen större än en eller mindre än den.

Exempel 1

Uppgift: Beräkna magnetiseringen i mitten av en cirkulär spole med radie R=0,1 m med en ström av styrkan I=2A, om den är nedsänkt i flytande syre. Den magnetiska känsligheten för flytande syre är lika med $\varkappa =3.4\cdot (10)^(-3).$

Som grund för att lösa problemet kommer vi att ta ett uttryck som speglar sambandet mellan magnetfältstyrka och magnetisering:

\[\överhögerpil(J)=\varkappa \överhögerpil(H)\vänster(1.1\höger).\]

Låt oss hitta fältet i mitten av spolen med ström, eftersom vi behöver beräkna magnetiseringen vid denna punkt.

Låt oss välja ett elementärt avsnitt på den strömförande ledaren (Fig. 1 som grund för att lösa problemet, vi använder formeln för styrkan hos det strömförande spolelementet);

där $\ \overrightarrow(r)$ är radievektorn som dras från det aktuella elementet till den aktuella punkten, $\overrightarrow(dl)$ är elementet för ledaren med ström (riktningen anges av strömriktningen ), $\vartheta$ är vinkeln mellan $ \overrightarrow(dl)$ och $\overrightarrow(r)$. Baserat på fig. 1 $\vartheta=90()^\circ $, därför kommer (1.1) att förenklas, dessutom kommer avståndet från cirkelns mittpunkt (punkten där vi letar efter magnetfältet) för ledarelementet med ström är konstant och lika med radien för svängningen (R), därför har vi:

Den resulterande magnetiska fältstyrkevektorn riktas längs X-axeln, den kan hittas som summan av individuella vektorer $\ \ \overrightarrow(dH),$ eftersom alla nuvarande element skapar magnetiska fält i mitten av svängen, riktade längs normal av svängen. Sedan, enligt superpositionsprincipen, kan den totala magnetiska fältstyrkan erhållas genom att passera till integralen:

Om vi ​​byter ut (1.3) med (1.4) får vi:

Låt oss hitta magnetiseringen om vi ersätter intensiteten från (1.5) till (1.1), vi får:

Alla enheter ges i SI-systemet, låt oss utföra beräkningarna:

Svar: $J=3.4\cdot (10)^(-2)\frac(A)(m).$

Exempel 2

Uppgift: Beräkna andelen av det totala magnetfältet i en volframstav som befinner sig i ett externt enhetligt magnetfält, vilket bestäms av molekylära strömmar. Den magnetiska permeabiliteten för volfram är $\mu =1,0176.$

Magnetfältsinduktionen ($B"$), som står för de molekylära strömmarna, kan hittas som:

där $J$ är magnetisering. Det är relaterat till magnetfältets styrka genom uttrycket:

där den magnetiska känsligheten för ett ämne kan hittas som:

\[\varkappa =\mu -1\ \vänster(2.3\höger).\]

Därför finner vi magnetfältet för molekylära strömmar som:

Det totala fältet i spöet beräknas enligt formeln:

Vi använder uttryck (2.4) och (2.5) för att hitta den nödvändiga relationen:

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

Låt oss göra beräkningarna:

\[\frac(B")(B)=\frac(1.0176-1)(1.0176)=0.0173.\]

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

Magnetisk permeabilitet. Ämnes magnetiska egenskaper

Ämnes magnetiska egenskaper

Precis som ett ämnes elektriska egenskaper kännetecknas av dielektricitetskonstanten, kännetecknas de magnetiska egenskaperna hos ett ämne av magnetisk permeabilitet.

På grund av att alla ämnen som finns i ett magnetfält skapar sitt eget magnetfält, skiljer sig den magnetiska induktionsvektorn i ett homogent medium från vektorn på samma punkt i rymden i frånvaro av ett medium, d.v.s. i ett vakuum.

Relationen kallas mediets magnetiska permeabilitet.

Så i ett homogent medium är den magnetiska induktionen lika med:

Värdet på m för järn är mycket stort. Detta kan verifieras av erfarenhet. Om du sätter in en järnkärna i en lång spole, kommer den magnetiska induktionen, enligt formel (12.1), att öka m gånger. Följaktligen kommer flödet av magnetisk induktion att öka med samma mängd. När kretsen som matar magnetiseringsspolen med likström öppnas, uppstår en induktionsström i den andra, lilla spolen lindad ovanpå huvudspolen, som registreras av en galvanometer (fig. 12.1).

Om en järnkärna sätts in i spolen kommer avböjningen av galvanometernålen när kretsen öppnas att vara m gånger större. Mätningar visar att det magnetiska flödet när en järnkärna förs in i spolen kan öka tusentals gånger. Följaktligen är den magnetiska permeabiliteten hos järn enorm.

Det finns tre huvudklasser av ämnen med kraftigt olika magnetiska egenskaper: ferromagneter, paramagneter och diamagnetiska material.

Ferromagneter

Ämnen för vilka, som järn, m >> 1, kallas ferromagneter. Förutom järn är kobolt och nickel ferromagnetiska, liksom ett antal sällsynta jordartsmetaller och många legeringar. Den viktigaste egenskapen hos ferromagneter är förekomsten av restmagnetism. Ett ferromagnetiskt ämne kan vara i ett magnetiserat tillstånd utan ett externt magnetiseringsfält.

Ett järnföremål (till exempel en stav), som är känt, dras in i ett magnetfält, det vill säga det rör sig till ett område där den magnetiska induktionen är större. Följaktligen attraheras den av en magnet eller elektromagnet. Detta händer eftersom de elementära strömmarna i järnet är orienterade så att riktningen för den magnetiska induktionen av deras fält sammanfaller med riktningen för induktionen av magnetiseringsfältet. Som ett resultat förvandlas järnstången till en magnet, vars närmaste pol är motsatt elektromagnetens pol. Motsatta poler av magneter attraherar (Fig. 12.2).

Ris. 12.2

SLUTA! Bestäm själv: A1–A3, B1, B3.

Paramagneter

Det finns ämnen som beter sig som järn, det vill säga de dras in i ett magnetfält. Dessa ämnen kallas paramagnetisk. Dessa inkluderar vissa metaller (aluminium, natrium, kalium, mangan, platina, etc.), syre och många andra grundämnen, såväl som olika elektrolytlösningar.

Eftersom paramagneter dras in i fältet, riktas induktionslinjerna för det egna magnetfältet de skapar och magnetiseringsfältet på samma sätt, så fältet förstärks. De har alltså m > 1. Men m skiljer sig extremt lite från enhet, endast med en mängd i storleksordningen 10 –5 ...10 –6. Därför krävs kraftfulla magnetfält för att observera paramagnetiska fenomen.

Diamagneter

En speciell klass av ämnen är diamagnetiska material, upptäckt av Faraday. De trycks ut ur magnetfältet. Om du hänger en diamagnetisk stav nära polen på en stark elektromagnet kommer den att stötas bort från den. Följaktligen är induktionslinjerna för fältet som skapas av det riktade motsatta magnetiseringsfältets induktionslinjer, dvs. fältet försvagas (Fig. 12.3). Följaktligen, för diamagnetiska material m< 1, причем отличается от единицы на вели­чину порядка 10 –6 . Магнитные свойства у диамагнетиков вы­ражены слабее, чем у парамагнетиков.

Magnetiska material: egenskaper och egenskaper. Funktioner av olika typer av magnetism. Magnetiseringsprocesser. Funktioner av högmagnetiska material. Magnetiseringsförluster.

Mjuka magnetiska material: klassificering, egenskaper, syfte.

Hårda magnetiska material: klassificering, egenskaper, syfte. Magnetiska material för speciella ändamål: klassificering, egenskaper, ändamål.

Litteratur

Alla ämnen i naturen interagerar med ett externt magnetfält, men varje ämne är olika.

De magnetiska egenskaperna hos ämnen beror på de magnetiska egenskaperna hos elementarpartiklar, strukturen hos atomer och molekyler, såväl som deras grupper, men det huvudsakliga avgörande inflytandet utövas av elektroner och deras magnetiska moment.

Alla ämnen, i förhållande till magnetfältet och beteendet i det, är indelade i följande grupper:

Diamagneter– material som inte har ett permanent magnetiskt dipolmoment och har en relativ magnetisk permeabilitet (μ≤1) något mindre än en. Den relativa dielektriska konstanten μ för diamagnetiska material är nästan oberoende av magnetfältets styrka (H) och beror inte på temperaturen. Dessa inkluderar: inerta gaser (Ne, Ar, Kr, Xe), väte (H 2); koppar (Cu), zink (Zn), silver (Ag), guld (Au), antimon (Sb), etc.

Paramagneter– material som har permanenta dipolmoment, men de är ordnade slumpmässigt, så interaktionen mellan dem är mycket svag. Den relativa magnetiska permeabiliteten för paramagnetiska material är något större än enhet (μ≥1), och beror svagt på magnetfältets styrka och temperatur.

Paramagnetiska material inkluderar följande material: syre (O2), aluminium (Al), platina (Pt), alkalimetaller, salter av järn, nickel, kobolt, etc.

Ferromagneter– material med permanentmagnetiska dipolmoment och en domänstruktur. I varje domän är de parallella med varandra och i samma riktning, så interaktionen mellan dem är mycket stark. Den relativa magnetiska permeabiliteten för ferromagneter är hög (μ >> 1), för vissa legeringar når den 1 500 000. Det beror på magnetfältets styrka och temperatur.

Dessa inkluderar: järn (Fe), nickel (Ni), kobolt (Co), många legeringar, sällsynta jordartsmetaller: samarium (Sm), gadolinium (Gd), etc.

Antiferromagneter– material som har permanenta dipolmagnetiska moment som är placerade antiparallellt med varandra. Deras relativa magnetiska permeabilitet är något mer än enhet (μ ≥ 1), mycket svagt beror på magnetfältets styrka och temperatur. Dessa inkluderar: koboltoxid (CoO), mangan (MnO), nickelfluorid (NiF 2), etc.

Ferrimagneter– material som har antiparallella permanenta dipolmagnetiska moment som inte helt kompenserar varandra. Ju mindre sådan kompensation, desto högre är deras ferromagnetiska egenskaper. Den relativa magnetiska permeabiliteten för ferrimagneter kan vara nära enhet (med nästan fullständig kompensation av moment), och kan nå tiotusentals (med låg kompensation).

Ferrimagneter inkluderar ferriter de kan kallas oxyferrics, eftersom de är oxider av tvåvärda metaller med Fe 2 O 3. Allmän formel för ferrit, där Me är en tvåvärd metall.

Ferriternas magnetiska permeabilitet beror på temperatur och magnetfältstyrka, men i mindre utsträckning än ferromagneternas.

Ferriter är keramiska ferromagnetiska material med låg elektrisk ledningsförmåga, som ett resultat av vilket de kan klassificeras som elektroniska halvledare med hög magnetisk (μ ≈ 10 4) och hög dielektrisk (ε ≈ 10 3) permeabilitet.

Dia-, para- och antiferromagneter kan kombineras till gruppen av svagt magnetiska ämnen, och ferro- och ferrimagneter - till gruppen starkt magnetiska ämnen.

För tekniska tillämpningar inom radioelektronikområdet är högmagnetiska ämnen av största intresse (fig. 6.1).

Ris. 6.1. Strukturdiagram av magnetiska material

Materialens magnetiska egenskaper bestäms av inre dolda former av rörelse av elektriska laddningar, som är elementära cirkulära strömmar. Den cirkulära strömmen kännetecknas av ett magnetiskt moment och kan ersättas med en likvärdig magnetisk dipol. Magnetiska dipoler bildas huvudsakligen genom rotation av elektroner, medan elektronernas omloppsrotation tar en svag del i denna process, såväl som kärnrotation.

I de flesta material tar elektronernas spinmoment ut varandra. Därför observeras inte ferromagnetism i alla ämnen i det periodiska systemet.

Förhållanden som är nödvändiga för att ett material ska vara ferromagnetiskt:

1. Förekomsten av elementära cirkulära strömmar i atomer.

2. Förekomsten av okompenserade spinmoment, elektroner.

3. Förhållandet mellan diametern på elektronbanan (D), som har ett okompenserat spinnmoment, och kristallgitterkonstanten för ämnet (a) bör vara

. (6.1)

4. Förekomsten av en domänstruktur, dvs. sådana kristallina områden i vilka de magnetiska dipolmomenten är parallellorienterade.

5. Materialets (ämnets) temperatur måste vara under Curie-punkten, eftersom domänstrukturen vid en högre temperatur försvinner, materialet övergår från ett ferromagnetiskt tillstånd till ett paramagnetiskt.

En karakteristisk egenskap hos ett ämnes ferromagnetiska tillstånd är närvaron av spontan magnetisering utan applicering av ett externt magnetfält. Det magnetiska flödet för en sådan kropp kommer emellertid att vara noll, eftersom riktningen för de magnetiska momenten för enskilda domäner är annorlunda (domänstruktur med en sluten magnetisk krets).

Graden av magnetisering av ett ämne kännetecknas av magnituden av magnetisering, eller magnetiseringsintensitet (J), som definieras som gränsen för förhållandet mellan det resulterande magnetiska momentet Σm relaterat till ämnets volym (V), när volymen tenderar till noll

. (6.2)

Om man placerar ett ämne i ett yttre magnetfält med intensiteten H, så blir förhållandet mellan J och H

J = 4 πχH, (6.3)

Var χ (kappa) kallas magnetisk viskositet.

Relativ magnetisk permeabilitet μ beror på χ:

μ = 1 +4 πχ . (6.4)

Magnetiseringens intensitet kan bestämmas genom att veta μ

μ = 1+. (6.5)

I allmänhet skapas magnetfältet i en ferromagnet som summan av två komponenter: extern, skapad av styrkan hos det externa magnetfältet H, och intern, skapad av magnetisering (J).

Det totala magnetfältet kännetecknas av magnetisk induktion B:

B = μ 0 (H + J), (6.6)

Var μ 0 - magnetisk konstant (magnetisk permeabilitet av vakuum)

μ 0 = 4 π ∙10 -7 , G/m. (6,7)

Genom att uttrycka värdet av J till χ och sedan μ får vi:

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

Absolut värde för magnetisk permeabilitet

μ magmuskler = μ 0 ∙ μ . (6.9)

Den slutliga formeln för magnetisk induktion B

B = μ magmuskler H. (6.10)

Processen för magnetisering av ett ferromagnetiskt material under påverkan av ett externt magnetfält är som följer:

tillväxt av domäner vars magnetiska moment är nära i riktning mot det yttre fältet, och en minskning av andra domäner;

orientering av de magnetiska momenten för alla domäner i det yttre fältets riktning.

Magnetiseringsprocessen kännetecknas för varje ferromagnet av dess huvudmagnetiseringskurva B = f(H).

Magnetisk permeabilitet μ ändras också under magnetisering.

Detta visas i fig. 6.2.

Ris. 6.2. Magnetiseringskurvor (B = f(H)) och magnetisk permeabilitet (μ = f(H))

Magnetisk permeabilitet μ vid en spänning H nära noll kallas initial (avsnitt 1), och när materialet övergår till mättnad kommer det att ta ett maxvärde (2), med ytterligare ökning av H minskar den magnetiska permeabiliteten μ (avsnitt 3) och 4).

Under cyklisk magnetisering av en ferromagnet bildar magnetiserings- och avmagnetiseringskurvorna en hysteresloop. Hysteresloopen som erhålls under villkoret av materialmättnad kallas gränsslingan. Från hysteresloopen som erhålls, till exempel på oscilloskopskärmen, kan du få ganska fullständig information om materialets huvudsakliga magnetiska parametrar (fig. 6.3).

Ris. 6.3. Hysteres loop

Huvudparametrarna är:

1) kvarvarande induktion, efter att fältstyrkan tagits bort – Br;

2) koercitiv kraft Hc - spänningen som måste appliceras på provet för att avlägsna restinduktionen;

3) maximal induktion B max, som uppnås när provet är fullständigt mättat;

4) specifika hysteresförluster per magnetiseringsomkastningscykel, vilka kännetecknas av det område som täcks av hysteresloopen.

Materialets återstående magnetiska parametrar, såväl som förluster på grund av magnetiseringsomkastning (hysteres), virvelströmmar och energi i gapet (för en permanentmagnet) kan beräknas med hjälp av formlerna som ges ovan och kommer att ges i framtida.

Förluster i ferromagnetiskamaterial - Dessa är energikostnaderna som går till att vända magnetiseringen av ferromagneter, uppkomsten av virvelströmmar i ett växelmagnetiskt fält och materialets magnetiska viskositet - skapar så kallade förluster, som kan delas in i följande typer:

a) hysteresförluster Pr, proportionell mot arean av hysteresloopen

Рг = η∙f∙
∙ V, W (6,11)

Var η – hystereskoefficient för ett givet material;

f– fältfrekvens, Hz;

I max– maximal induktion, T;

V– provvolym, m3;

n≈ 1,6...2 – exponentens värde;

b) virvelströmsförluster

Rv.t. = ξ∙f 2 ∙B max ∙ V, W (6,12)

där ξ är en koefficient beroende på materialets elektriska resistivitet och provets form;

c) efterverkansförluster Рп.с., (förluster på grund av magnetisk viskositet), som inte kan beräknas analytiskt och bestäms utifrån de totala förlusterna Р, Рг och Рв.т. enligt formeln

Rp.s. = Р – Рг – Рв.т. (6.13)

Virvelströmsförluster kan minskas genom att öka ferromagnetens elektriska resistans. För att göra detta är den magnetiska kretsen, till exempel för transformatorer, sammansatt av separata tunna ferromagnetiska plattor isolerade från varandra.

I praktiken används det ibland ferromagneter med en öppen magnetisk krets, dvs. har till exempel ett luftgap med högt magnetiskt motstånd. I en kropp som har ett luftgap uppstår fria poler som skapar ett avmagnetiseringsfält riktat mot det externa magnetiseringsfältet. Ju bredare luftgapet är, desto större minskning av induktionen. Detta manifesteras i elektriska maskiner, magnetiska lyftanordningar, etc.

Energin i gapet (W L), till exempel en permanentmagnet, uttrycks med formeln

, J/m 3 , (6,14)

Var I L Och N L– den faktiska induktionen och fältstyrkan för en given längd av luftgapet.

Genom att ändra den applicerade spänningen till ferromagneten kan maximal energi erhållas i ett givet gap.

För att hitta W max, använd ett diagram där de, baserat på avmagnetiseringskurvan för ett magnetiskt material beläget i den andra kvadranten (sektionen av hysteresloopen), konstruerar en energikurva i gapet, som specificerar olika värden på B ( eller H). Beroendet av WL på B L och H L visas i fig. 6.4.

Ris. 6.4. Energi i luftgapet i en ferromagnet

För att bestämma fältstyrkan H vid vilken det kommer att finnas maximal energi i magnetgapet, måste du dra en tangent till den maximala energin (vid punkt A) och från den dra en horisontell linje tills den skär hysteresloopen i andra kvadranten. Sänk sedan vinkelrät tills den skär koordinaten H. Punkt H L 2 kommer att bestämma den önskade magnetiska fältstyrkan.

Enligt de viktigaste magnetiska parametrarna kan ferromagnetiska material vara klassificeras i följande grupper;

Magnetisk mjuk – material med låg koercitivkraft Hc (upp till 100 A/m), stor magnetisk permeabilitet och låga hysteresförluster. De används som likströmsmagnetiska kärnor (kärnor till transformatorer, mätinstrument, induktorer, etc.)

TILLmagnetiskt mjuka material relatera:

kommersiellt rent järn, karbonyljärn;

elektriskt stål;

permalloy;

alsifera;

ferriter (koppar-mangan);

termomagnetiska legeringar (Ni-Cr-Fe), etc.

2. Magnetisk hård – material med hög koercitivitet (Hc > 100 A/m) (se fig. 4.5, G).

Hårda magnetiska material används för att göra permanentmagneter, som använder magnetisk energi i luftgapet mellan magnetens poler.

TILL hårda magnetiska material relatera:

Gjutna alnilegeringar (Al-Ni-Fe);

Alnico (Al-Ni-Co-Fe);

Magnico;

Legerade stål, härdade till martensit, etc.

Av särskilt intresse är legeringar baserade på sällsynta jordartsmetaller (YCo, CeCo, SmCo, etc.), som har höga värden på H c och w max.

3. Ferriter – material som representerar dubbla oxider av järn med oxider av tvåvärda metaller (MeO∙Fe 2 O 3). Ferriter kan vara magnetiskt mjuka och magnetiskt hårda, beroende på deras kristallstruktur, till exempel typen av spinell - (MgAl 3 O 4), hausmagnet (Mn 3 O 4), granat Ga 3 Al 2 (SiO 4) 3, etc. Deras elektriska resistivitet är hög (från 10 -1 till 10 10 Ohm∙m), därför är virvelströmsförlusterna, speciellt vid höga frekvenser, små.

4. Magnetoelektrik – material som består av ferromagnetiskt pulver med en dielektrisk bindning. Pulvret tas vanligtvis på basis av ett mjukt magnetiskt material - karbonyljärn, alsifer, och det anslutande dielektrikumet är ett material med låga dielektriska förluster - polystyren, bakelit, etc.

Självtestfrågor:

Klassificering av ämnen enligt magnetiska egenskaper.

Funktioner hos högmagnetiska ämnen (domäner, anisotropi, magnetiseringskurva, magnetostriktion, magnetisk permeabilitet, hysteres, etc.)

Faktorer som påverkar magnetiska egenskaper

Förluster i magnetiska material

Klassificering av högmagnetiska material

Lågfrekventa mjuka magnetiska material

Högfrekventa mjuka magnetiska material

Hårda magnetiska material

Magnetiska material för speciella ändamål

Ansökningar

Ledarmaterial Tabell A.1

dirigent		Ohm∙mm 2 /m	specifik motstånd		värmeöverföring vatten innehåll W/m∙grad	speciellt koppar,	Elektronarbete funktion	Kontrollera temperatur,
Rena metaller
Aluminium
Molybden
Volfram
polykristall
Manganin			(5…30)∙10 -6
Constantan			(5…20)∙10 -6
Nysilver
Termoelement
Koppar-konstantan				Temperatur upp till 350 °C
Krom-alumel				Temperatur upp till 1000 °C
Platina-platinarodium				Temperatur upp till 1600 °C

Halvledarmaterial Tabell A.2

	namn halvledare smidesjärnsmaterial			egen transportörer	Rörlighet transportörer U,
Oorganisk Kristall. elementär (atomär)
	Germanium
Kristall. anslutningar
	Kiselkarbid						sublimering
	Antimonindium
	Galliumarsenid
	Galliumfosfid
	Indiumarsenid
	Vismut telluride
	Blysulfid
Glasig
	Kalkogenider	As 2 Te 2 Se, As 2 Se 3 ∙Al 2 Se 3
Organisk
	Antracen
	Naftalen
	Färgämnen och pigment Kopparftalocyanin
	Molekylära komplex Jod-pyren
	Polymerer Polyakrylnitril

Dielektriska material Tabell A.3

Aggregeringstillstånd	Moders namn als (dielektrik)	Dielektrisk konstant, relativ E	något volym- nytt motstånd , Ohm m	dielektrisk förlustvinkel	Styrka (elektrisk) E pr, MV/m	Specifik värme effekt λ, W/mºK
	SF6-gas (SF 6)
Flytande ben	Transformatorolja
Fasta material	Organisk a) Paraffin Holovax
	b) Bakelitharts Harts polyvinyl- Polystyren Polyeten Polymetylmetakrylat Epoxiharts
	Förening
	d) Fenol-plast (FAS)
	d) Lackat tyg
	Elektrokartong (EVT)
	g) Butadiengummi
	Gummiisolering
	h) Fluoroplast-4 fluor-plast-3
	Oorganisk a) Elektriskt glas.
	b) Täljsten (keramik) porslinselektroteknik
	c) Glimmermuskovit Micalex
	d) Ferroelektrisk keramik VK-1 Piezokvarts
	e) Fluorisolering (AlF 3)
	f) Asbest
	Elemento-orgel. a) Silicon org. harts
	b) Kiselorgan. sudd

Magnetiska material Tabell A.4

Namn på magnetiskt material	Kemisk sammansättning eller varumärke	Relativ magnetisk permeabilitet, μ		Magnetisk induktion V, T		Koer-citiv- kraft Ns, A/m	Specifik e-post motstånd ρ, µOhm∙m	Energi i gapet J/m3
		initial, μ n	max, μ max	restexakt, V	max, V max
Magnetisk mjuk
Elektroteknik stål
Permalloy låg nickelhalt
Högnickel permalloy
Supermalloy
Alsifer
Ferriter
Nickel-zink ferrit
Ferrit mangan-zink
Magnetisk hård
barium
barium
Magnetoelektrik
Baserat på karbonyljärn

Bibliografi

1. Pasynkov, V.V. Material för elektronisk teknik: lärobok för universitet / V.V Pasynkov, V.S. Sorokin - St. Petersburg: Lan, 2003. – 367 s.

2. Radiomaterial och radiokomponenter: metod. instruktioner/stat. A.M. Khadykin A.M. - Omsk: Omsk State Technical University Publishing House, 2007. - 44 sid.

3. Radiomaterial och radiokomponenter: föreläsningsanteckningar / författarens sammanställning. A. M. Khadykin. - Omsk: Omsk State Technical University Publishing House, 2008. – 91 sid.

4. Material och delar av elektronisk utrustning: metod. instruktioner / komp. A. M. Khadykin. - Omsk: Omsk State Technical University Publishing House, 2005.-34 sid.

5. Klikushin Yu.N. Materialvetenskap inom instrumentteknik. Elmaterial: Lärobok. manual för universitet / Yu N. Klikushin, A. I. Cheredov, I. L. Zakharov; Omsk State Technical University. - Omsk: Omsk State Technical University Publishing House, 2005. - 79 sid.

6. Sorokin V. S. Material och delar av elektronisk teknik. I 2 volymer: lärobok för universitetsstudenter som studerar inom utbildning av kandidater, magister och specialister 210100 "Elektronik och mikroelektronik" / V. S. Sorokin, B. L. Antipov, N. P. Lazareva. T.1: Ledare, halvledare, dielektrikum. - M.: Förlagscentrum "Academy", 2006. - 448 sid.

7. Sorokin V. S. Material och delar av elektronisk teknik. I 2 volymer: lärobok för universitetsstudenter som studerar inom studieområdet och specialiteter "Elektronik och mikroelektronik" / V. S. Sorokin, B. L. Antipov, N. P. Lazareva. T.2. - M.: Publishing center "Academy", 2006. - 384 sid.

8. Aliev I.I. Elektrotekniska material och produkter. Katalog. – M.: IP RadioSoft, 2007. – 352 sid.

9. A.I. Sidorov, N.V. Nikonorov “Integrerade material och teknologier

optik". Lärobok, kurs av föreläsningar. St. Petersburg: St. Petersburg State University ITMO, 2009 - 107

10. Bondarenko I.B., Gatchin Yu.A., Ivanova N.Yu., Shilkin D.A. Kontakter och kopplingsanordningar. Handledning. St. Petersburg: St. Petersburg State University ITMO, 2007. 151 s.

11. Roshchin V.M. Teknik för material för mikro-, opto- och nanoelektronik: lärobok. Del 2/ V.M. Roshchin, M.V. Silybin. – M.: BINOM. Kunskapslaboratoriet, 2010. – 180 sid.

12. Sadchenkov D.A. Märkning av radiokomponenter, inhemska och utländska. Referensmanual. Volym 1. – M.: SOLON-R, 2002. – 208 sid.

13. Petrov K.S. Radiomaterial, radiokomponenter och elektronik. Lärobok för universitet. - St Petersburg: Peter, 2006 - 522 sid.

14. Ulyanina I.Yu. Materialets struktur: lärobok. ersättning / I. Yu Ulyanina, T. Yu. - M.: MGIU, 2006. - 55 sid.

15. Ulyanina I.Yu. Materialvetenskap i konturdiagram: lärobok. ersättning / I. Yu Ulyanina. - M.: Förlaget MGIU, 2006. - 139 sid.

16. Mishin D.D. Magnetiska material. – M.: Högre skola, 1991. – 384 sid.

17. Kharlamova T.E. Elektrisk materialvetenskap. Elmaterial: Lärobok. Dra nytta av. – St Petersburg: SZPI, 1998. – 82 sid.

18. Shkaruba M.V., Tikhonov S.A. Material och delar av elektronisk utrustning: Lärobok. – Omsk: Omgtu Publishing House, 2006. – 120 sid.

19. Komponenter och teknologier: Månadsvis. Helryskt tidskrift – M.: Redaktionell tidskrift. "Fine Street Publishing" – Utges varje månad.

20. Internet: www.wieland– electric.com

21. Internet: www.platan.ru

22. Internet: www.promelec.ru

23. Internet: www.chipdip.ru

6. MAGNETISKT MATERIAL

Alla ämnen är magnetiska och magnetiseras i ett externt magnetfält.

Baserat på deras magnetiska egenskaper delas material in i svagt magnetiska ( diamagnetiska material Och paramagneter) och mycket magnetiska ( ferromagneter Och ferrimagneter).

Diamagneterμ 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), samt I i, Ga, Sb.

Paramagneter– ämnen med magnetisk permeabilitetμ r> 1, vilket i svaga fält inte beror på styrkan hos det externa magnetfältet. Paramagnetiska ämnen inkluderar ämnen vars atomer (molekyler) i frånvaro av ett magnetiserande fält har ett magnetiskt moment som skiljer sig från noll: syre, kväveoxid, salter av järn, kobolt, nickel och sällsynta jordartsmetaller, alkalimetaller, aluminium, platina.

Diamagnetiska och paramagnetiska material har magnetisk permeabilitetμ rär nära enhet. Tillämpningen inom teknik som magnetiska material är begränsad.

I högmagnetiska material är den magnetiska permeabiliteten betydligt större än enhet (μ r >> 1) och beror på magnetfältets styrka. Dessa inkluderar: järn, nickel, kobolt och deras legeringar, såväl som legeringar av krom och mangan, gadolinium, ferriter av olika sammansättningar.

6.1. Materialets magnetiska egenskaper

Materialens magnetiska egenskaper bedöms av fysiska storheter som kallas magnetiska egenskaper.

Magnetisk permeabilitet

Skilja på relativ Och absolut magnetiska permeabiliteterämnen (material) som är sammankopplade genom förhållandet

μa = μ o ·μ, Gn/m

μo- magnetisk konstant,μo = 4π •10-7 H/m;

μ – relativ magnetisk permeabilitet (dimensionslös kvantitet).

Relativ magnetisk permeabilitet används för att beskriva egenskaperna hos magnetiska material.μ (kallas oftare magnetisk permeabilitet), och för praktiska beräkningar används absolut magnetisk permeabilitetμa, beräknat med ekvationen

μa = I /N,Gn/m

N– intensiteten hos det magnetiserande (externa) magnetfältet, A/m

I – magnetfältsinduktion i en magnet.

Stort värdeμ visar att materialet lätt magnetiseras i svaga och starka magnetfält. Den magnetiska permeabiliteten hos de flesta magneter beror på styrkan hos det magnetiserande magnetfältet.

För att karakterisera magnetiska egenskaper kallas en dimensionslös kvantitet magnetisk känslighet χ .

μ = 1 + χ

Temperaturkoefficient för magnetisk permeabilitet

De magnetiska egenskaperna hos ett ämne beror på temperaturenμ = μ (T) .

För att beskriva förändringens karaktärmagnetiska egenskaper med temperaturanvänd temperaturkoefficienten för magnetisk permeabilitet.

Beroende av den magnetiska känsligheten hos paramagnetiska material på temperaturenTbeskrivs av Curies lag

Var C - Curie konstant .

Magnetiska egenskaper hos ferromagneter

Beroendet av de magnetiska egenskaperna hos ferromagneter har en mer komplex karaktär, som visas i figuren, och når ett maximum vid en temperatur näraF Till.

Temperaturen vid vilken den magnetiska känsligheten minskar kraftigt, nästan till noll, kallas Curie-temperaturen -F Till. Vid högre temperaturerF Till magnetiseringsprocessen av en ferromagnet avbryts på grund av den intensiva termiska rörelsen av atomer och molekyler och materialet upphör att vara ferromagnetiskt och blir paramagnetiskt.

För järn F k = 768 ° C, för nickel F k = 358 ° C, för kobolt F k = 1131 ° C.

Över Curie-temperaturen, beroendet av en ferromagnets magnetiska känslighet på temperaturenTbeskrivs av Curie-Weiss-lagen

Processen för magnetisering av högmagnetiska material (ferromagneter) har hysteres. Om en avmagnetiserad ferromagnet magnetiseras i ett yttre fält blir den magnetiserad enl magnetiseringskurva B = B(H) . Om då, utgående från något värdeHbörja minska fältstyrkan, sedan induktionBkommer att minska med viss fördröjning ( hysteres) i förhållande till magnetiseringskurvan. När fältet i motsatt riktning ökar, avmagnetiseras ferromagneten ommagnetiserar, och med en ny förändring av magnetfältets riktning kan den återgå till startpunkten från vilken avmagnetiseringsprocessen började. Den resulterande slingan som visas i figuren kallas hysteres loop.

Vid någon maximal spänningN m magnetiseringsfält magnetiseras ämnet till ett tillstånd av mättnad, där induktionen når värdetI N, som kallasinduktion av mättnad.

Resterande magnetisk induktion I HANDLA OM – observeras i ett ferromagnetiskt material, magnetiserat till mättnad, under dess avmagnetisering, när magnetfältets styrka är noll. För att avmagnetisera ett materialprov måste magnetfältets styrka ändra sin riktning till motsatt riktning (-N). FältstyrkaN TILL , vid vilken induktion är lika med noll, kallas tvångskraft(hållkraft) .

Magnetiseringsomkastning av en ferromagnet i alternerande magnetfält åtföljs alltid av värmeenergiförluster, som orsakas av hysteresförluster Och dynamiska förluster. Dynamiska förluster är förknippade med virvelströmmar som induceras i materialets volym och beror på materialets elektriska resistans och minskar när motståndet ökar. HysteresförlusterW i en magnetiseringsomkastningscykel bestäms av arean av hysteresloopen

och kan beräknas för en volymenhet av ett ämne med hjälp av den empiriska formeln

J/m 3

Var η – koefficient beroende på material,B N – maximal induktion som uppnås under cykeln,n– exponent lika med 1,6 beroende på material¸ 2.

Specifika energiförluster på grund av hysteres R G – förluster som spenderas på magnetiseringsreversering av en massaenhet per volymenhet material per sekund.

Var f – AC frekvens,T– svängningsperiod.

Magnetostriktion

Magnetostriktion – fenomenet förändringar i en ferromagnets geometriska dimensioner och form när magnituden på magnetfältet ändras, d.v.s. när magnetiseras. Relativ förändring i materialdimensionerΔ l/ lkan vara positiva och negativa. För nickel är magnetostriktionen mindre än noll och når ett värde på 0,004 %.

I enlighet med Le Chateliers princip om systemets motståndskraft mot påverkan av yttre faktorer som försöker ändra detta tillstånd, bör mekanisk deformation av en ferromagnet, vilket leder till en förändring i dess storlek, påverka magnetiseringen av dessa material.

Om, under magnetisering, en kropp upplever en minskning av dess storlek i en given riktning, så främjar appliceringen av mekanisk tryckspänning i denna riktning magnetisering, och sträckning gör magnetisering svår.

6.2. Klassificering av ferromagnetiska material

Alla ferromagnetiska material delas in i två grupper baserat på deras beteende i ett magnetfält.

Mjuk magnetisk – med hög magnetisk permeabilitetμ och låg tvångskraftN TILL< 10A/m. De är lätta att magnetisera och avmagnetisera. De har låga hysteresförluster, d.v.s. smal hysteresloop.

Magnetiska egenskaper beror på den kemiska renheten och graden av förvrängning av kristallstrukturen. Ju mindre föroreningar(MED, R, S, O, N) , ju högre nivå av egenskaper hos materialet, därför är det nödvändigt att ta bort dem och oxider under produktionen av en ferromagnet, och försök att inte förvränga materialets kristallina struktur.

Hårda magnetiska material – ha det braN K > 0,5 MA/m och restinduktion (I HANDLA OM ≥ 0,1T). De motsvarar en bred hysteresloop. De magnetiseras med stor svårighet, men de kan behålla magnetisk energi i flera år, d.v.s. tjäna som en källa till konstant magnetfält. Därför tillverkas permanentmagneter av dem.

Baserat på deras sammansättning är alla magnetiska material indelade i:

· metall;

· icke-metallisk;

· magnetoelektrik.

Metall magnetiska material - Dessa är rena metaller (järn, kobolt, nickel) och magnetiska legeringar av vissa metaller.

Till icke-metalliska material inkluderar ferriter, erhållna från pulver av järnoxider och andra metaller. De pressas och bränns vid 1300 - 1500 °C och de förvandlas till solida monolitiska magnetiska delar. Ferriter, som magnetiska metallmaterial, kan vara mjukmagnetiska eller hårdmagnetiska.

Magnetoelektrik – dessa är kompositmaterial från 60–80 % pulveriserat magnetiskt material och 40–20 % organiskt dielektrikum. Ferriter och magnetoelektrik har en hög elektrisk resistivitet (ρ = 10 ÷ 10 8 Ohm m), den höga resistansen hos dessa material säkerställer låga dynamiska energiförluster i växlande elektromagnetiska fält och gör att de kan användas i stor utsträckning inom högfrekvensteknik.

6.3. Metall magnetiska material

6.3.1. Metall mjuk magnetisk material

Metalliska mjuka magnetiska material inkluderar karbonyljärn, permalloy, alsifer och lågkolhaltigt kiselstål.

Karbonyljärn – erhålls genom termisk sönderdelning av järnpentakarbonylvätskaF e( CO) 5 för att få partiklar av rent pulveriserat järn:

F e( CO) 5 → Fe+ 5 СО,

vid en temperatur av ca 200°Coch tryck 15 MPa. Järnpartiklar har en sfärisk form med en storlek på 1 – 10 mikron. För att avlägsna kolpartiklar utsätts järnpulver för värmebehandling i en miljö N 2 .

Den magnetiska permeabiliteten för karbonyljärn når 20000, koercitivkraften är 4,5¸ 6,2A/m. Järnpulver används för att göra högfrekventa magnetoelektrisk kärnor, som fyllmedel i magnetband.

Permalloi –seg järn-nickellegeringar. För att förbättra egenskaper, lägg till Mo, MED r Cu, producerar dopade permalloys. De har hög duktilitet och rullas lätt till ark och remsor upp till 1 mikron.

Om nickelhalten i permalloy är 40 - 50%, kallas det lågnickel, om 60 - 80% - hög nickel.

Permalloys har en hög nivå av magnetiska egenskaper, vilket säkerställs inte bara av legeringens sammansättning och hög kemiska renhet, utan också genom speciell termisk vakuumbehandling. Permalloys har en mycket hög nivå av initial magnetisk permeabilitet från 2000 till 30000 (beroende på sammansättning) i området för svaga fält, vilket beror på den låga magnituden av magnetostriktion och isotropi av magnetiska egenskaper. Supermalloy har särskilt höga egenskaper, vars initiala magnetiska permeabilitet är 100 000, och den maximala når 1,5· 10 6 kl B= 0,3 T.

Permalloy levereras i form av remsor, ark och stavar. Permalloys med låg nickelhalt används för tillverkning av induktorkärnor, små transformatorer och magnetiska förstärkare, hög nickel permalloi – för utrustningsdelar som arbetar vid ljud- och överljudsfrekvenser. De magnetiska egenskaperna hos permalloys är stabila vid –60 +60°C.

Alsifera – icke formbar ömtålig legeringar med sammansättning Al – Si– Fe , bestående av 5,5 – 13 %Al, 9 – 10 % Si, resten är järn. Alsifer liknar permalloy i egenskaper, men är billigare. Av den tillverkas gjutna kärnor, magnetskärmar och andra ihåliga delar med en väggtjocklek på minst 2–3 mm gjuts. Alsifers bräcklighet begränsar dess användningsområde. Med utnyttjande av bräckligheten hos alsifer mals den till pulver, som används som ett ferromagnetiskt fyllmedel i pressad högfrekvens magnetoelektrik(kärnor, ringar).

Silicon Low Carbon Stål (elektriskt stål) – legering av järn och kisel (0,8 - 4,8 %Si). Det huvudsakliga mjuka magnetiska materialet för massbruk. Det rullas lätt till ark och remsor på 0,05 - 1 mm och är ett billigt material. Kisel, som finns i stål i löst tillstånd, har två funktioner.

· Genom att öka resistiviteten hos stål, orsakar kisel en minskning av dynamiska förluster i samband med virvelströmmar. Motståndet ökar pga kiseldioxidbildning SiO 2 som ett resultat av reaktionen

2 FeO + S i→ 2Fe+ SiO 2 .

· Närvaron av kisel löst i stål främjar nedbrytningen av cementit Fe 3 C – skadliga föroreningar som minskar magnetiska egenskaper och frigöring av kol i form av grafit. I detta fall bildas rent järn, vars tillväxt av kristaller ökar nivån av magnetiska egenskaper hos stål.

Införandet av kisel i stål i en mängd som överstiger 4,8 % rekommenderas inte, eftersom kisel, samtidigt som det bidrar till att förbättra magnetiska egenskaper, kraftigt ökar stålets sprödhet och minskar dess mekaniska egenskaper.

6.3.2. Metalliska hårda magnetiska material

Hårda magnetiska material - dessa är ferromagneter med en hög koercitiv kraft (mer än 1 kA/m) och ett stort värde på kvarvarande magnetisk induktionI HANDLA OM. Används för tillverkning av permanentmagneter.

Beroende på sammansättning, tillstånd och produktionsmetod är de indelade i:

· legerade martensitiska stål;

· gjutna hårdmagnetiska legeringar.

Legerade martensitiska stål – det handlar om kolstål och legerade stålCr, W, Co, Mo . Kol stål åldras snabbt och ändra deras egenskaper, så de används sällan för tillverkning av permanentmagneter. För tillverkning av permanentmagneter används legerade stål - volfram och krom (N C ≈ 4800 A/m,I O ≈ 1 T), som tillverkas i form av stavar med olika tvärsnittsformer. Koboltstål har en högre koercitivitet (N C ≈ 12000 A/m,I O ≈ 1 T) jämfört med volfram och krom. Tvångskraft N MED koboltstål ökar med ökande halt MED O .

Gjutna hårdmagnetiska legeringar. Legeringarnas förbättrade magnetiska egenskaper beror på en speciellt utvald sammansättning och specialbehandling - kylning av magneterna efter gjutning i ett starkt magnetfält, samt speciell flerstegs värmebehandling i form av härdning och härdning i kombination med magnetisk behandling, kallad dispersionshärdning.

Tre huvudgrupper av legeringar används för tillverkning av permanentmagneter:

· Järn – kobolt – molybdenlegering typ remaloy med tvångskraftN K = 12 – 18 kA/m.

· Legeringsgrupp:

§ koppar - nickel - järn;

§ koppar - nickel - kobolt;

§ järn - mangan, legerataluminium eller titan;

§ järn – kobolt – vanadin (F e– Co – V).

Legeringen koppar - nickel - järn kallas kunife (MED u– Ni - Fe). Legering F e– Co – V (järn - kobolt - vanadin) kallas viktala . Legeringar av denna grupp har en tvångskraft N TILL = 24 – 40 kA/m. Finns i tråd- och arkform.

· Legeringar system järn – nickel – aluminium(F e – Ni– Al), tidigare känd som legering alni. Legering innehåller 20 - 33% Ni + 11 – 17 % Al, resten är järn. Tillsats av kobolt, koppar, titan, kisel och niob till legeringar förbättrar deras magnetiska egenskaper, underlättar tillverkningsteknik, säkerställer repeterbarhet av parametrar och förbättrar mekaniska egenskaper. Modern märkning av varumärket innehåller bokstäver som indikerar de tillsatta metallerna (Y - aluminium, N - nickel, D - koppar, K - kobolt, T - titan, B - niob, C - kisel), siffror - innehållet i elementet, bokstaven som står före siffran, till exempel UNDC15.

Legeringar har ett högt koercitivitetsvärde N TILL = 40 – 140 kA/m och stor lagrad magnetisk energi.

6.4. Icke-metalliska magnetiska material. Ferriter

Ferriter är keramiska ferromagnetiska material med låg elektronisk ledningsförmåga. Låg elektrisk ledningsförmåga i kombination med höga magnetiska egenskaper gör att ferriter kan användas i stor utsträckning vid höga frekvenser.

Ferriter tillverkas av en pulverblandning bestående av järnoxid och speciellt utvalda oxider av andra metaller. De pressas och sintras sedan vid höga temperaturer. Den allmänna kemiska formeln är:

MeO Fe 2 O 3 eller MeFe 2 O 4,

Var Mehtvåvärd metallsymbol.

Till exempel,

ZnO Fe 2 O 3 eller

NiO Fe 2 O 3 eller NiFe 2O4

Ferriter har ett gitter av kubiskt spinelltypMgOAl 2 O 3 - magnesiumaluminat.Alla ferriter är inte magnetiska. Närvaron av magnetiska egenskaper är förknippad med arrangemanget av metalljoner i det kubiska spinellgittret. Systemet alltsåZnFe 2O4 har inte ferromagnetiska egenskaper.

Ferriter tillverkas med keramisk teknik. De ursprungliga pulverformiga metalloxiderna mals i kulkvarnar, pressas och eldas i ugnar. De sintrade briketterna mals till ett fint pulver och ett mjukgörare, till exempel en lösning av polyvinylalkohol, tillsätts. Från den resulterande massan pressas ferritprodukter - kärnor, ringar, som eldas i luft vid 1000 - 1400 ° C. De resulterande hårda, spröda, mestadels svarta produkterna kan endast bearbetas genom slipning och polering.

Mjuk magnetisk ferriter

Mjuk magnetiskFerriter används i stor utsträckning inom området högfrekvent elektronik och instrumenttillverkning för tillverkning av filter, transformatorer för låg- och högfrekventa förstärkare, antenner för radiosändande och mottagande enheter, pulstransformatorer och magnetiska modulatorer. Industrin producerar följande typer av mjuka magnetiska ferriter med ett brett utbud av magnetiska och elektriska egenskaper: nickel - zink, mangan - zink och litium - zink. Den övre gränsfrekvensen för ferritanvändning beror på deras sammansättning och varierar för olika typer av ferriter från 100 kHz till 600 MHz, koercitivkraften är cirka 16 A/m.

Fördelen med ferriter är stabiliteten hos magnetiska egenskaper och den relativa lättheten att tillverka radiokomponenter. Liksom alla ferromagnetiska material behåller ferriter sina magnetiska egenskaper endast upp till Curie-temperaturen, som beror på ferriternas sammansättning och sträcker sig från 45 ° till 950 ° C.

Hårda magnetiska ferriter

För tillverkning av permanentmagneter används hårda magnetiska ferriter mest utbrett (;VaO 6 Fe 2 O 3 ). De har en hexagonal kristallstruktur med storaN TILL . Bariumferriter är ett polykristallint material. De kan vara isotropa - samma egenskaper hos ferrit i alla riktningar beror på det faktum att de kristallina partiklarna är orienterade godtyckligt. Om, under processen att pressa magneter, den pulverformiga massan exponeras för ett externt magnetfält med hög intensitet, kommer de kristallina ferritpartiklarna att orienteras i en riktning och magneten kommer att vara anisotropisk.

Bariumferriter kännetecknas av god stabilitet i sina egenskaper, men är känsliga för temperaturförändringar och mekanisk påfrestning. Bariumferritmagneter är billiga.

6.5. Magnetoelektrik

Magnetoelektrik - dessa är kompositmaterial som består av fina partiklar av mjukt magnetiskt material bundna till varandra av ett organiskt eller oorganiskt dielektrikum. Karbonyljärn, alsifer och vissa typer av permalloy, krossad till pulverform, används som mjuka magnetiska material.

Polystyren, bakelithartser, flytande glas etc. används som dielektrikum.

Syftet med ett dielektrikum är inte bara att ansluta partiklar av magnetiskt material, utan också att isolera dem från varandra, och följaktligen att kraftigt öka det elektriska resistivitetsvärdet. magnetoelektrisk. Elektrisk resistansrmagnetoelektrikär 10 3 – 10 4 Ohm× m

Magnetoelektrikanvänds för tillverkning av kärnor för högfrekventa radioutrustningskomponenter. Processen att tillverka produkter är enklare än från ferriter, eftersom de kräver inte värmebehandling vid hög temperatur. Produkter från magnetoelektrik De kännetecknas av hög stabilitet av magnetiska egenskaper, hög klass av ytrenhet och dimensionell noggrannhet.

Magnetoelektriska ämnen fyllda med molybdenpermalloy eller karbonyljärn har de högsta magnetiska egenskaperna.