Початкова крива намагнічування
Крива намагнічування - це залежність індукції в матеріалі (В) від напруженості зовнішнього магнітного поля (Н). Крива намагнічування є важливою характеристикою магнітних матеріалів, до яких відносяться ферромагнетики і феримагнетики.
Феромагнетизм - це магнітовпорядкованих стан речовини, при якому всі магнітні моменти [9] атомів в певному обсязі речовини (домені) паралельні і однонаправлені, що обумовлює мимовільно намагніченість [10] домену. Поява магнітного порядку пов'язано з обмінною взаємодією електронів, які мають квантово-механічну природу. Сили взаємодії підкоряються закону Кулона. У відсутності зовнішнього магнітного поля орієнтація магнітних моментів різних доменів може бути довільною, і розглянутий обсяг речовини має в результаті слабку або нульову намагніченість. При додатку магнітного поля магнітні моменти доменів орієнтуються по полю тим більше, чим вище напруженість поля. При цьому змінюється значення магнітної проникності феромагнетика і посилюється індукція в речовині. Приклади ферромагнетиков: Залізо, нікель, кобальт, гадоліній і сплави цих металів між собою і іншими металами (Al, Au, Cr, Si і ін.). Магнітна проникність [11] (# 956;) феромагнетиків залежить від напруженості зовнішнього магнітного поля і лежить в межах ≈100 ... 100000.
Феримагнетизм - це магнітовпорядкованих стан речовини, в якому магнітні моменти атомів утворюють в певному обсязі речовини (домені) магнітні підґратки атомів або іонів з сумарними магнітними моментами нерівними одне одному і спрямованими назустріч один одному. Феримагнетизм можна розглядати як найбільш загальний випадок магнітовпорядкованих стану, а ферромагнетизм як випадок з однією підгратках. До складу феримагнетиків обов'язково входять атоми ферромагнетиков. Приклади феримагнетиків:
Магнітна проникність феримагнетиків має той же порядок, що і у феромагнетиків (# 956; ≈ 100 ... 100000) та також залежить від напруженості магнітного поля.
Початкові криві намагнічування - це залежності намагніченості матеріалу (крива намагнічування по намагніченості) або індукції в матеріалі (крива намагнічування по індукції) від напруженості зовнішнього магнітного поля. Початкові криві намагнічування отримують на зразках попередньо термічно розмагніченого матеріалу при послідовному зростанні напруженості магнітного поля. Початкова крива намагнічування по індукції і залежність магнітної проникності від напруженості зовнішнього магнітного поля показані на рис. 4.4.
Мал. 4.4. Крива намагнічування магнітного матеріалу і відповідна їй залежність магнітної проникності від напруженості зовнішнього магнітного поля.
Початкова крива намагнічування відображає процеси перебудови доменів в магнітному матеріалі при збільшенні напруженості зовнішнього магнітного поля. При відсутності зовнішнього магнітного поля магнітні моменти доменів розташовуються таким чином, щоб забезпечити мінімум енергії в матеріалі. Це досягається замиканням магнітного потоку (векторів магнітних моментів) сусідніх доменів всередині матеріалу. При накладенні зовнішнього магнітного поля з невеликою напруженістю (зона 1 на рис 4.4) відбувається зростання обсягу доменів, які мають напрямок намагніченості, що збігається або близьке до напрямку напруженості зовнішнього поля. У матеріалі з'являється індукція, велика, ніж у зовнішнього поля, і формується значення магнітної проникності, яке називається «початковою магнітною проникністю». В області I процес намагнічування звернемо. Це означає, що при зменшенні напруженості магнітного поля індукція в матеріалі знижується по тій же кривій. За якою вона зростала. Крива намагнічування в області II характеризується тим, що тут відбувається неупругое зміщення доменних кордонів, індукція в матеріалі зростає більш швидкими темпами, ніж напруженість зовнішнього поля і магнітна проникність збільшується до свого максимального значення. Цей процес вже не є повністю оборотним (при зниженні напруженості зовнішнього магнітного поля до нуля індукція в матеріалі залишається і має певне значення). До кінця цієї ділянки в міру зростання напруженості зовнішнього магнітного поля матеріал перетворюється в один домен з напрямком вектора намагніченості, збігається з напрямком легкого намагнічення матеріалу. З вектором зовнішнього поля намагніченість матеріалу складає деякий кут. В області наближення до насичення (область III) зміна індукції в матеріалі дається роз'яснення в основному процесом обертання вектора намагніченості в сторону зменшення кута, який вектор намагніченості становить з вектором напруженості зовнішнього поля. Значення магнітної проникності починає зменшуватися. При збігу векторів намагніченості і зовнішнього поля настає область технічного насичення. На останній ділянці кривої індукції (область IV) остання збільшується в основному за рахунок зовнішнього поля, а значення магнітної проникності зменшується аж до 1.
За початкової кривої намагнічування можна визначити такі параметри магнітного матеріалу як:
- початкова магнітна проникність. # 956; поч - значення магнітної проникності початкової кривої намагніченості по індукції при прагненні магнітного поля до нуля;
- максимальна магнітна проникність, # 956; макс - значення магнітної проникності в точці кривої намагнічування по індукції з максимальним значенням похідною;
- індукція технічного насичення. Внас - значення індукції в магнітному матеріалі, яке визначається екстраполяцією з області напруженості магнітних полів, відповідних намагніченості технічного насичення, до нульового значення напруженості поля.
4.11. Петля гістерезису і її характерні точки
Комплекс магнітних властивостей магнітного матеріалу описується кривими намагнічування-розмагнічування - петлями магнітного гистерезиса (hysteresis - відставання, запізнювання). Намагнічення відбувається при збільшенні напруженості зовнішнього магнітного поля, а розмагнічування при зниженні напруженості зовнішнього магнітного поля. Магнітний гістерезис - це неоднозначна залежність магнітної індукції в матеріалі або намагніченості матеріалу від напруженості зовнішнього магнітного поля при квазістатичному [12] його зміні. Неоднозначність точок кривої при намагнічуванні і розмагнічування пояснюється необоротністю процесів намагнічування в області II (рис. 4.4). При зниженні напруженості зовнішнього магнітного поля зниження намагніченості в матеріалі відбувається з відставанням: при певному значенні знижується напруженості намагніченість матеріалу буде вище, ніж при тому ж значенні, що збільшується напруженості зовнішнього магнітного поля.
Петлі гістерезису можуть бути побудовані як по намагніченості, так і по індукції.
Петля магнітного гістерезису по індукції - замкнута крива, що виражає залежність магнітної індукції в матеріалі від амплітуди напруженості магнітного поля при періодичному досить повільній зміні останнього.
Петля магнітного гістерезису по намагніченості - замкнута крива, що виражає залежність магнітної намагніченості матеріалу від амплітуди напруженості магнітного поля при періодичному досить повільній зміні останнього.
Залежно від значення амплітуди періодично змінюється напруженості зовнішнього магнітного поля може бути побудовано безліч петель гистерезиса для одного зразка магнітного матеріалу (рис 4.5)
Мал. 4.5 Приватні петлі гистерезиса і основна крива намагнічування
Вершини приватних петель гистерезиса з'єднує основна крива намагнічування - геометричне місце вершин симетричних петель магнітного гістерезису [13], які отримують при послідовно зростаючих максимальних значеннях напруженості зовнішнього магнітного поля.
Найбільш інформативною є гранична петля гістерезису, коли індукція в матеріалі досягає індукції технічного насичення для взятого зразка (матеріал повністю намагнічений). Петля гістерезису представлена на малюнку 4.6.
Гранична петля гистерезиса визначає наступні параметри магнітного матеріалу:
- залишкова індукція. Сх - індукція, що зберігається в магнітному матеріалі після намагнічування його до намагніченості технічного насичення і зменшення напруженості зовнішнього магнітного поля до нуля.
- коерцитивної сила. Нс - величина, що дорівнює напруженості магнітного поля, необхідного для зміни магнітної індукції від залишкової індукції до нуля (коерцитивної сила по індукції).
- магнітні втрати на гістерезис - втрати енергії на перемагнічування, пропорційні площі, яку охоплює петлею гистерезиса.
За значенням коерцитивної сили і площі петлі гістерезису розрізняють магнитомягкие і магнітотверді матеріали. Магнитомягкие матеріали мають малу площу петлі гистерезиса, а магнітотверді - велику.
У магнитомягких матеріалів коерцитивної сила, як правило, нижче 800 А / м. Ці матеріали використовуються, наприклад, для магнітопроводів електричних машин змінного струму, і мала коерцитивної сила обумовлює малі втрати на перемагнічування.
Магнітотверді матеріали мають коерцитивної силу понад 4000 А / м. Вони мають також велику залишкову індукцію і використовуються як матеріали для постійних магнітів.
4.12. твердість матеріалів
Твердість - характеристика матеріалу, що відображає його міцність і пластичність.
Пластичність - це властивість твердих тіл зберігати частину деформації при знятті навантаження, яка її викликала. При розтягуванні циліндричного металевого зразка останній деформується спочатку пропорційно навантаженню, а потім, - випереджаючи зростання розтягуючих зусиль - # 963; [МПа] (рис. 4.7).
До значення нормального напруження # 963; ПЦ відносне подовження # 948;% пропорційно нормальній напрузі. Тут виконується закон Гука:
де Нею - модуль нормальної пружності (модуль Юнга). межа # 963; ПЦ називають межею пропорційності. При навантаженнях менше межі пропорційності зразок піддається лише пружною деформації, і при знятті навантаження його довжина стає рівною первісної. Пружна деформація відбувається за рахунок зміни міжатомних відстаней в кристалічній решітці. Її усунення після зняття навантаження відбувається завдяки силам взаємодії між атомами, що мають «кулонівську» природу.
При нормальному напрузі, що перевищує межу пропорційності # 963; ПЦ. деформація збільшується швидше зростання навантаження. Тут вже починають проявлятися пластичні деформації. На цьому етапі виділяють «умовний межа плинності» - # 963; 0,2. - значення нормального напруження, після зняття якого в зразку спостерігається залишкова деформація, що складає 0,2% від довжини зразка. Пластична деформація носить дислокаційний [14] механізм, при якому спостерігається взаємний зсув по лінії (або площини) дислокацій дефектної кристалічної структури. Зрушення (ковзання) починається від місць порушення кристалічної решітки і поширюється послідовно по площині зсуву.
Твердість найбільш часто визначається методом вдавлення кульки або призми в випробуваний зразок або царапанием.
У методі Віккерса алмазна піраміда стандартних розмірів вдавлюється вістрям в тіло зі шліфованою (рис. 4.8).
Мал. 4.8 схема визначення твердості по Віккерсу
Твердість по Віккерсу (HV) визначається як відношення стандартної сили Р до площі відбитка в мм 2:
де d - середнє арифметичне значення для двох діагоналей відбитка.
Твердість по Брінеллю (HB) - відношення сили, вдавлюють стандартний сталева кулька до площі відбитка.
Твердість по Роквеллу (HR) - відношення сили вдавлення до глибини впровадження алмазного конуса (е) з кутом при вершині 120 0 (шкали А і С), або сталевої кульки діаметром 1,5875 мм (шкала В). Твердість по Роквеллу для шкал А і С (HRC) дорівнює (100 -) е. а за шкалою В (HRB) дорівнює (130 - е). Чим менше величина е. Виражена в поділках шкали циферблата, тим вище твердість, яку показує шкала. При використанні алмазного конуса HRC не залежить від навантаження, так як умови пластичної деформації під вершиною конуса залишаються постійні, і діє закон подібності.
Твердість по Моосу (твердість царапанием) визначається з використанням еталонних мінералів, кожному з яких присвоєно число твердості:
Всі теми даного розділу:
Розпорядок і правила безпеки при проведенні лабораторних робіт
Перед тим, як приступити до виконання лабораторної роботи студент зобов'язаний ознайомитися зі справжніми правіламі.Все лабораторні стенди є чинними електроустановками. Причому не всі лаб
Вивчення явища контактної корозії металів
Мета роботи: Виміряти електрохімічні потенціали різних металів в різних середовищах, вивчити короткострокову динаміку зміни цих потенціалів, визначити можливі різниці потенціалів
Визначення питомої електричного опору і температурного коефіцієнта питомого електричного опору металів
Мета роботи - визначити питомий опір міді, алюмінію і сталі в зразках дротів з цих металів і встановити залежність питомого опору від температури Методи
Знайомство з діелектричними матеріалами і вимір діелектричної проникності і тангенса кута діелектричних втрат
Мета роботи Ознайомитися візуально із зразками наступних діелектричних матеріалів: гума, склотекстоліт, лакоткань (товщина 0,125 мм), поліметілметак
Гістерезису феромагнітних і феррімагнітних матеріалів
Мета роботи Метою роботи є вивчення магнітних властивостей феромагнітних матеріалів, дослідження процесу намагнічування феромагнетиків за допомогою осцилографа і
Температурного коефіцієнта питомого електричного
опору і оцінка теплоємності полупроводящей матеріалу - ЕКОМ Мета роботи Метою роботи є знайомств
Трансформаторного масла і знайомство з частковими
розрядами в твердому діелектрику Мета роботи. Провести досліди з визначення пробивної напруги трансформаторного масла і повітря і розрахувати середнє його значення для пов
загальні пояснення
Робота матеріалів, що застосовуються для створення електротехнічних виробів і електричних установок, проходить при одночасному впливі сильних електричних і магнітних полів, дуже широкого Діап
Питомий електричний опір
Питомий електричний опір - це один з параметрів, що характеризує поведінку речовини в електричному полі і чисельно визначає електропровідність матеріалу. електропровідні
температурний коефіцієнт
Будь-параметр матеріалу залежить від температури. У загальному випадку ця залежність нелінійна, але певні параметри в невеликому температурному інтервалі можуть мати лінійну залежність від температ
тепловіддача
Тепловіддача - це теплообмін між поверхнею твердого тіла і дотичної з нею середовищем - теплоносієм (рідиною, газом). Тепловіддача здійснюється конвекцією, теплопровідністю, променистим
Діелектрична проникність
Діелектричну проникність визначають найчастіше як міру здатності речовини збільшувати ємність будь-якої електротехнічної конструкції або виробу в порівнянні з ємністю того ж об'єкта б
діелектричні втрати
Діелектричні втрати - це втрати енергії в діелектрику, що знаходиться в електричному полі. Енергія електричного поля витрачається на нагрів діелектрика. Нагрівання відбувається в результаті взаємо
Електрична міцність діелектриків
Властивість діелектрика витримувати ту чи іншу електричну напругу визначається електричною міцністю діелектрика. Електричною міцністю, Eпр називається середня напруги
Часткові розряди в діелектриках
Частковим розрядом, ЧР називають розряд, що проходить в будь-якої обмеженої області ізоляційного проміжку, і не замикає весь проміжок. Одним із прикладів часткового розряду
Електрохімічна корозія металів
Корозією матеріалу називаються хімічні перетворення матеріалу (перш за все окислення), що відбуваються за участю зовнішнього середовища. Корозія характерна для матеріалів, склад і структ
П2.1. Електропровідність напівпровідників і слабкопровідних матеріалів
У будь-якому тілі при додатку напруги повинен протікати струм у відповідності з виразом, що визначає щільність струму
П2.2 Резистивні матеріали
Ніхром. З металевих матеріалів для резисторів найбільшого поширення набули матеріали на основі нікелю, хрому та заліза, т.зв ніхроми, і споріднені з ними