Relativ magnetisk permeabilitet af jern under normale forhold. Magnetiske materialer

Talrige eksperimenter indikerer, at alle stoffer, der er placeret i et magnetfelt, magnetiseres og skaber deres eget magnetfelt, hvis virkning føjes til virkningen af ​​et eksternt magnetfelt:

$$\boldsymbol(\vec(B)=(\vec(B))_(0)+(\vec(B))_(1))$$

hvor $\boldsymbol(\vec(B))$ er magnetfeltinduktionen i stoffet; $\boldsymbol((\vec(B))_(0))$ - magnetisk induktion af feltet i vakuum, $\boldsymbol((\vec(B))_(1))$ - magnetisk induktion af feltet, der opstår på grund af magnetisering af stof. I dette tilfælde kan stoffet enten styrke eller svække magnetfeltet. Et stofs indflydelse på et eksternt magnetfelt er karakteriseret ved størrelsen μ , som kaldes magnetisk permeabilitet af et stof

$$ \boldsymbol(\mu =\frac(B)((B)_(0)))$$

• Magnetisk permeabilitet er en fysisk skalar størrelse, der viser, hvor mange gange magnetfeltinduktionen i et givent stof adskiller sig fra magnetfeltinduktionen i et vakuum.

Alle stoffer er opbygget af molekyler, molekyler er opbygget af atomer. Atomers elektronskaller kan konventionelt anses for at bestå af cirkulære elektriske strømme dannet af bevægelige elektroner. Cirkulær elektriske strømme atomer skal skabe deres egne magnetfelter. Elektriske strømme skal være påvirket af et ydre magnetfelt, som følge heraf kan man forvente enten en stigning i magnetfeltet, når de atomare magnetfelter er på linje med det ydre magnetfelt, eller en svækkelse, når de er i den modsatte retning.
Hypotese vedr eksistensen af ​​magnetiske felter i atomer og muligheden for at ændre magnetfeltet i stof er fuldstændig sand. Alle stoffer ved påvirkning af et eksternt magnetfelt på dem kan opdeles i tre hovedgrupper: diamagnetiske, paramagnetiske og ferromagnetiske.

Diamagneter kaldes stoffer, hvori det ydre magnetfelt er svækket. Dette betyder, at magnetfelterne af atomerne af sådanne stoffer i et eksternt magnetfelt er rettet modsat det eksterne magnetfelt (µ< 1). Изменение магнитного поля даже в самых сильных диамагнетиках составляет лишь сотые доли процента. Например, висмут обладает magnetisk permeabilitet µ = 0,999826.

For at forstå karakteren af ​​diamagnetisme overvej bevægelsen af ​​en elektron, der flyver ind med en hastighed v ind i et ensartet magnetfelt vinkelret på vektoren I magnetfelt.

Under indflydelse Lorentz styrker elektronen vil bevæge sig i en cirkel, dens rotationsretning bestemmes af Lorentz-kraftvektorens retning. Den resulterende cirkulære strøm skaber sit eget magnetfelt I" . Dette er et magnetfelt I" rettet modsat magnetfeltet I. Derfor skal ethvert stof, der indeholder frit bevægelige ladede partikler, have diamagnetiske egenskaber.
Selvom elektronerne i et stofs atomer ikke er frie, viser ændringen i deres bevægelse inde i atomerne under påvirkning af et eksternt magnetfelt sig at svare til frie elektroners cirkulære bevægelse. Derfor har ethvert stof i et magnetfelt nødvendigvis diamagnetiske egenskaber.
Imidlertid er diamagnetiske effekter meget svage og findes kun i stoffer, hvis atomer eller molekyler ikke har deres eget magnetfelt. Eksempler på diamagnetiske materialer er bly, zink, bismuth (μ = 0,9998).

Den første forklaring på årsagerne til, at legemer har magnetiske egenskaber, blev givet af Henri Ampère (1820). Ifølge hans hypotese cirkulerer elementære elektriske strømme inde i molekyler og atomer, som bestemmer de magnetiske egenskaber af ethvert stof.

Lad os overveje årsagerne til atomernes magnetisme mere detaljeret:

Lad os tage noget fast stof. Dens magnetisering er relateret til de magnetiske egenskaber af de partikler (molekyler og atomer), som den er sammensat af. Lad os overveje, hvilke strømkredsløb der er mulige på mikroniveau. Atomers magnetisme skyldes to hovedårsager:

1) elektronernes bevægelse rundt om kernen i lukkede baner ( orbitalt magnetisk moment(fig. 1);

Ris. 2

2) den iboende rotation (spin) af elektroner ( spin magnetisk moment) (Fig. 2).

For de nysgerrige. Kredsløbets magnetiske moment er lig med produktet af strømmen i kredsløbet og det område, kredsløbet dækker. Dens retning falder sammen med retningen af ​​magnetfeltinduktionsvektoren i midten af ​​det strømførende kredsløb.

Da baneplanerne for forskellige elektroner i et atom ikke falder sammen, er magnetfeltinduktionsvektorerne skabt af dem (omløbs- og spinmagnetiske momenter) rettet under forskellige vinkler til hinanden. Den resulterende induktionsvektor af et multielektronatom er lig med vektorsummen af ​​feltinduktionsvektorerne skabt af individuelle elektroner. Atomer med delvist fyldte elektronskaller har ukompenserede felter. I atomer med fyldte elektronskaller er den resulterende induktionsvektor 0.

I alle tilfælde er ændringen i magnetfeltet forårsaget af udseendet af magnetiseringsstrømme (fænomenet observeres elektromagnetisk induktion). Med andre ord, princippet om superposition for magnetfeltet forbliver gyldigt: feltet inde i magneten er en superposition af det eksterne felt $\boldsymbol((\vec(B))_(0))$ og feltet $\boldsymbol (\vec(B"))$ af magnetiseringsstrømme jeg" , som opstår under påvirkning af et eksternt felt. Hvis feltet af magnetiseringsstrømme er rettet på samme måde som det ydre felt, så vil induktionen af ​​det samlede felt være større end det ydre felt (fig. 3, a) - i dette tilfælde siger vi, at stoffet forstærker feltet ; hvis feltet af magnetiseringsstrømme er rettet modsat det ydre felt, så vil det samlede felt være mindre end det ydre felt (fig. 3, b) - det er i den forstand, vi siger, at stoffet svækker magnetfeltet.

Ris. 3

I diamagnetiske materialer molekyler har ikke deres eget magnetfelt. Under påvirkning af et eksternt magnetfelt i atomer og molekyler er feltet af magnetiseringsstrømme rettet modsat det eksterne felt, derfor vil modulet af den magnetiske induktionsvektor $ \boldsymbol(\vec(B))$ af det resulterende felt være mindre end modulet af den magnetiske induktionsvektor $ \boldsymbol((\vec(B ))_(0)) $ ydre felt.

Stoffer, hvori det ydre magnetfelt forstærkes som følge af tilføjelsen af ​​de elektroniske skaller af stoffets atomer til magnetfelterne på grund af orienteringen af ​​atomare magnetfelter i retning af det ydre magnetfelt, kaldes paramagnetisk(µ > 1).

Paramagneter meget svagt forstærke det eksterne magnetfelt. Den magnetiske permeabilitet af paramagnetiske materialer adskiller sig fra enhed med kun en brøkdel af en procent. For eksempel er den magnetiske permeabilitet af platin 1,00036. På grund af de meget små værdier af den magnetiske permeabilitet af paramagnetiske og diamagnetiske materialer er deres indflydelse på et eksternt felt eller virkningen af ​​et eksternt felt på paramagnetiske eller diamagnetiske legemer meget vanskeligt at opdage. Derfor betragtes paramagnetiske og diamagnetiske stoffer i almindelig hverdagspraksis i teknologien som ikke-magnetiske, det vil sige stoffer, der ikke ændrer magnetfeltet og ikke påvirkes af magnetfeltet. Eksempler på paramagnetiske materialer er natrium, oxygen, aluminium (μ = 1,00023).

I paramagneter molekyler har deres eget magnetfelt. I mangel af et eksternt magnetfelt, på grund af termisk bevægelse, er induktionsvektorerne for magnetfelterne af atomer og molekyler tilfældigt orienteret, så deres gennemsnitlige magnetisering er nul (fig. 4, a). Når et eksternt magnetfelt påføres atomer og molekyler, begynder et kraftmoment at virke, som har en tendens til at rotere dem, så deres felter er orienteret parallelt med det eksterne felt. Orienteringen af ​​de paramagnetiske molekyler fører til, at stoffet er magnetiseret (fig. 4, b).

Ris. 4

Den fuldstændige orientering af molekyler i et magnetfelt forhindres af deres termiske bevægelse, derfor afhænger den magnetiske permeabilitet af paramagnetiske materialer af temperaturen. Det er indlysende, at med stigende temperatur falder den magnetiske permeabilitet af paramagnetiske materialer.

Ferromagneter

Stoffer, der væsentligt forstærker et eksternt magnetfelt kaldes ferromagneter(nikkel, jern, kobolt osv.). Eksempler på ferromagneter er kobolt, nikkel, jern (μ når en værdi på 8·10 3).

Selve navnet på denne klasse af magnetiske materialer kommer fra det latinske navn for jern - Ferrum. hovedfunktion Disse stoffer er i stand til at opretholde magnetisering i fravær af et eksternt magnetfelt; alle permanente magneter tilhører klassen af ​​ferromagneter. Ud over jern har dets "naboer" i det periodiske system - kobolt og nikkel - ferromagnetiske egenskaber. Ferromagneter finder brede praktisk brug inden for videnskab og teknologi er der derfor udviklet et betydeligt antal legeringer med forskellige ferromagnetiske egenskaber.

Alle de givne eksempler på ferromagneter refererer til overgangsgruppemetaller, hvis elektronskal indeholder flere uparrede elektroner, hvilket fører til, at disse atomer har et betydeligt magnetfelt i sig selv. I den krystallinske tilstand, på grund af interaktionen mellem atomer i krystaller, opstår områder med spontan magnetisering - domæner -. Dimensionerne af disse domæner er tiendedele og hundrededele af en millimeter (10 -4 - 10 -5 m), hvilket væsentligt overstiger størrelsen af ​​et individuelt atom (10 -9 m). Inden for et domæne er atomernes magnetiske felter orienteret strengt parallelt, orienteringen af ​​magnetfelterne i andre domæner i fravær af et eksternt magnetfelt ændres vilkårligt (fig. 5).

Ris. 5

Selv i en ikke-magnetiseret tilstand eksisterer der således stærke magnetiske felter inde i en ferromagnet, hvis orientering ændres på en tilfældig, kaotisk måde under overgangen fra et domæne til et andet. Hvis dimensionerne af et legeme væsentligt overstiger dimensionerne af individuelle domæner, så er det gennemsnitlige magnetiske felt skabt af domænerne i denne krop praktisk talt fraværende.

Hvis du placerer en ferromagnet i et eksternt magnetfelt B 0 , så begynder domænernes magnetiske momenter at omarrangere. Der forekommer dog ikke mekanisk rumrotation af sektioner af stoffet. Processen med magnetiseringsvending er forbundet med en ændring i elektronernes bevægelse, men ikke med en ændring i atomernes position ved knudepunkter krystalgitter. Domæner, der har den mest gunstige orientering i forhold til feltets retning, øger deres størrelse på bekostning af nabodomæner, der "forkert orienterede" absorberer dem. I dette tilfælde øges feltet i stoffet ganske betydeligt.

Egenskaber af ferromagneter

1) et stofs ferromagnetiske egenskaber vises kun, når det tilsvarende stof er lokaliseret V krystallinsk tilstand ;

2) ferromagneternes magnetiske egenskaber afhænger stærkt af temperaturen, da orienteringen af ​​domænernes magnetfelter forhindres af termisk bevægelse. For hver ferromagnet er der en bestemt temperatur, hvor domænestrukturen er fuldstændig ødelagt og ferromagneten bliver til en paramagnet. Denne temperaturværdi kaldes Curie point . Så for rent jern er Curie-temperaturen ca. 900°C;

3) ferromagneter magnetiseres indtil mætning i svage magnetfelter. Figur 6 viser, hvordan magnetfeltets induktionsmodul ændres B i stål med en ændring i ydre felt B 0 :

Ris. 6

4) den magnetiske permeabilitet af en ferromagnet afhænger af det eksterne magnetfelt (fig. 7).

Ris. 7

Dette forklares ved, at i første omgang med en stigning B 0 magnetisk induktion B vokser sig stærkere, og derfor μ vil stige. Derefter ved værdien af ​​magnetisk induktion B" 0 mætning forekommer (μ i dette øjeblik er maksimum) og med yderligere stigning B 0 magnetisk induktion B 1 i stoffet ophører med at ændre sig, og den magnetiske permeabilitet falder (tender til 1):

$$\boldsymbol(\mu = \frac B(B_0) = \frac (B_0 + B_1)(B_0) = 1 + \frac (B_1)(B_0);) $$

5) ferromagneter udviser resterende magnetisering. Hvis for eksempel en ferromagnetisk stang placeres i en solenoide, hvorigennem strøm passerer og magnetiseres indtil mætning (punkt EN) (Fig. 8), og reducer derefter strømmen i solenoiden, og med den B 0 , så kan du bemærke, at feltinduktionen i stangen under processen med dens afmagnetisering altid forbliver større end under magnetiseringsprocessen. Hvornår B 0 = 0 (strømmen i solenoiden er slukket), vil induktionen være lig med B r (restinduktion). Stangen kan fjernes fra solenoiden og bruges som permanent magnet. For endelig at afmagnetisere stangen skal du føre en strøm i modsat retning gennem solenoiden, dvs. påføre et eksternt magnetfelt med den modsatte retning af induktionsvektoren. Nu øger modulet af induktionen af ​​dette felt til B oc , afmagnetiser stangen ( B = 0).

• modul B oc induktionen af ​​et magnetfelt, der afmagnetiserer en magnetiseret ferromagnet, kaldes tvangskraft .

Ris. 8

Med yderligere stigning B 0 du kan magnetisere stangen indtil mætning (punkt EN" ).

Reducerer nu B 0 til nul, får vi en permanent magnet igen, men med induktion –B r (modsatte retning). For at afmagnetisere stangen igen, skal strømmen i den oprindelige retning tændes igen i solenoiden, og stangen vil afmagnetisere, når induktionen B 0 vil blive lige B oc . Fortsætter med at øge I B 0 , magnetiser stangen igen indtil mætning (punkt EN ).

Ved magnetisering og afmagnetisering af en ferromagnet vil induktionen således B halter bagud B 0. Denne forsinkelse kaldes fænomenet hysterese . Kurven vist i figur 8 kaldes hysterese loop .

Hysterese (græsk ὑστέρησις - "halter bagud") - en egenskab ved systemer, der ikke umiddelbart følger de påførte kræfter.

Formen af ​​magnetiseringskurven (hysterese loop) varierer betydeligt for forskellige ferromagnetiske materialer, som har vist sig at være meget bred anvendelse i videnskabelig og tekniske applikationer. Nogle magnetiske materialer har en bred sløjfe med høje værdier af remanens og koercivitet, disse kaldes magnetisk hårdt og bruges til at lave permanente magneter. Andre ferromagnetiske legeringer er kendetegnet ved lave tvangskraftværdier; sådanne materialer kan let magnetiseres og remagnetiseres selv i svage felter. Sådanne materialer kaldes magnetisk blød og bruges i forskellige elektriske enheder - relæer, transformere, magnetiske kredsløb mv.

Litteratur

1. Aksenovich L. A. Fysik i Gymnasium: Teori. Opgaver. Prøver: Lærebog. tilskud til institutioner, der tilbyder almen uddannelse. miljø, uddannelse / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsiya i vyakhavanne, 2004. - P.330-335.
2. Zhilko, V.V. Fysik: lærebog. tillæg til 11. klasse. almen uddannelse skole fra russisk Sprog træning / V.V. Zhilko, A.V. Lavrinenko, L. G. Markovich. - Mn.: Nar. Asveta, 2002. - s. 291-297.
3. Slobodyanyuk A.I. Fysik 10. §13 Et magnetfelts vekselvirkning med stof

Noter

1. Vi betragter retningen af ​​magnetfeltinduktionsvektoren kun i midten af ​​kredsløbet.

Magnetisk moment er den vigtigste vektormængde, der karakteriserer et stofs magnetiske egenskaber. Da kilden til magnetisme er en lukket strøm, værdien af ​​det magnetiske moment M defineres som produktet af strøm jeg til det område, der er dækket af strømkredsløbet S:

M = I×S A×m 2 .

De har magnetiske øjeblikke elektroniske skaller atomer og molekyler. Elektroner og andre elementære partikler har et spin magnetisk moment, bestemt af eksistensen af ​​deres eget mekaniske moment - spin. Det magnetiske spinmoment af en elektron kan orienteres i et eksternt magnetfelt på en sådan måde, at kun to lige store og modsat rettede projektioner af momentet på retningen af ​​magnetfeltstyrkevektoren er mulige, ens. Bohr magneton– 9,274×10 -24 A×m 2 .

1. Definer begrebet "magnetisering" af et stof.

Magnetisering – J- er det samlede magnetiske moment pr. volumenenhed af et stof:

1. Definer begrebet "magnetisk følsomhed".

Et stofs magnetiske følsomhed, א v – forholdet mellem magnetiseringen af ​​et stof og magnetfeltstyrken pr. volumenenhed:

אv = , dimensionsløs mængde.

Specifik magnetisk modtagelighed, א – forholdet mellem magnetisk modtagelighed og tætheden af ​​et stof, dvs. magnetisk følsomhed af en masseenhed, målt i m 3 /kg.

1. Definer begrebet "magnetisk permeabilitet".

Magnetisk permeabilitet, μ – dette er en fysisk størrelse, der karakteriserer ændringen i magnetisk induktion, når den udsættes for et magnetfelt . For isotrope medier er magnetisk permeabilitet lig med forholdet mellem induktion i mediet I til den eksterne magnetiske feltstyrke N og til den magnetiske konstant μ 0 :

Magnetisk permeabilitet er en dimensionsløs størrelse. Dens værdi for et specifikt medie er 1 større end den magnetiske følsomhed for det samme medium:

μ = אv+1, da B = μ 0 (H + J).

1. Giv en klassificering af materialer baseret på magnetiske egenskaber.

Baseret på deres magnetiske struktur og magnetiske permeabilitetsværdier (følsomhed) er materialer opdelt i:

Diamagneter μ< 1 (materialet "modstår" magnetfeltet);

Paramagneter μ > 1(materialet opfatter svagt et magnetfelt);

Ferromagneter μ >> 1(det magnetiske felt i materialet øges);

Ferrimagneter μ >> 1(det magnetiske felt i materialet øges, men den magnetiske struktur af materialet adskiller sig fra strukturen af ​​ferromagneter);

Antiferromagneter μ ≈ 1(materialet reagerer svagt på et magnetfelt, selvom dets magnetiske struktur ligner ferrimagneter).

1. Beskriv karakteren af ​​diamagnetisme.

Diamagnetisme er et stofs egenskab, der skal magnetiseres i retning af det eksterne magnetfelt, der virker på det (i overensstemmelse med loven om elektromagnetisk induktion og Lenz's regel). Diamagnetisme er karakteristisk for alle stoffer, men i sin "rene form" viser den sig i diamagnetiske stoffer. Diamagneter er stoffer, hvis molekyler ikke har deres egne magnetiske momenter (deres samlede magnetiske moment er nul), derfor har de ingen andre egenskaber end diamagnetisme. Eksempler på diamagnetiske materialer:

Hydrogen, א = - 2×10 -9 m 3 /kg.

Vand, א = - 0,7×10 -9 m 3 /kg.

Diamant, א = - 0,5×10 -9 m 3 /kg.

Grafit, א = - 3×10 -9 m 3 /kg.

Kobber, א = - 0,09×10 -9 m 3 /kg.

Zink, א = - 0,17×10 -9 m 3 /kg.

Sølv, א = - 0,18×10 -9 m 3 /kg.

guld, א = - 0,14×10 -9 m 3 /kg.

43. Beskriv arten af ​​paramagnetisme.

Paramagnetisme er en egenskab ved stoffer kaldet paramagneter, som, når de placeres i et eksternt magnetfelt, får et magnetisk moment, der falder sammen med retningen af ​​dette felt. Atomer og molekyler af paramagnetiske materialer har i modsætning til diamagnetiske materialer deres egne magnetiske momenter. I mangel af et felt er orienteringen af ​​disse momenter kaotisk (på grund af termisk bevægelse), og det samlede magnetiske moment af stoffet er nul. Når et eksternt felt påføres, orienteres partiklernes magnetiske momenter delvist i feltets retning, og magnetisering J lægges til den eksterne feltstyrke H: B = μ 0 (H + J). Induktion i stoffet øges. Eksempler på paramagnetiske materialer:

Oxygen, א = 108×10 -9 m 3 /kg.

Titan, א = 3×10 -9 m 3 /kg.

Aluminium, א = 0,6×10 -9 m 3 /kg.

Platin, א = 0,97×10 -9 m 3 /kg.

44.Beskriv ferromagnetismens natur.

Ferromagnetisme er en magnetisk ordnet tilstand af et stof, hvor alle de magnetiske momenter af atomer i et bestemt volumen af ​​stoffet (domænet) er parallelle, hvilket forårsager spontan magnetisering af domænet. Udseendet af magnetisk orden er forbundet med udvekslingen af ​​elektroner, som er af elektrostatisk karakter (Coulombs lov). I fravær af et eksternt magnetisk felt kan orienteringen af ​​de magnetiske momenter af forskellige domæner være vilkårlig, og mængden af ​​stof under overvejelse kan have en samlet svag eller nul magnetisering. Når et magnetfelt påføres, er domænernes magnetiske momenter orienteret langs feltet, jo større feltstyrken er. I dette tilfælde ændres værdien af ​​ferromagnetens magnetiske permeabilitet, og induktionen i stoffet stiger. Eksempler på ferromagneter:

Jern, nikkel, kobolt, gadolinium

og legeringer af disse metaller med hinanden og med andre metaller (Al, Au, Cr, Si osv.). μ ≈ 100…100000.

45. Beskriv ferrimagnetismens natur.

Ferrimagnetisme er en magnetisk ordnet tilstand af stof, hvor de magnetiske momenter af atomer eller ioner dannes i et bestemt volumen af ​​stof (domæne) magnetiske subgitter af atomer eller ioner med totale magnetiske momenter ulige med hinanden og rettet antiparallelt. Ferrimagnetisme kan betragtes som det mest generelle tilfælde af en magnetisk ordnet tilstand, og ferromagnetisme som tilfældet med et enkelt undergitter. Sammensætningen af ​​ferrimagneter inkluderer nødvendigvis ferromagnetiske atomer. Eksempler på ferrimagneter:

Fe304; MgFe204; CuFe204; MnFe204; NiFe204; CoFe2O4...

Den magnetiske permeabilitet af ferrimagneter er af samme størrelsesorden som ferromagneters: μ ≈ 100…100000.

46.Beskriv arten af ​​antiferromagnetisme.

Antiferromagnetisme er en magnetisk ordnet tilstand af et stof, kendetegnet ved, at de magnetiske momenter af nabopartikler af stoffet er orienteret antiparallelt, og i fravær af et eksternt magnetfelt er den totale magnetisering af stoffet nul. Med hensyn til dens magnetiske struktur kan en antiferromagnet betragtes som et særligt tilfælde af en ferrimagnet, hvor de magnetiske momenter af subgitterne er lige store og antiparallelle. Antiferromagneters magnetiske permeabilitet er tæt på 1. Eksempler på antiferromagneter:

Cr203; mangan; FeSi; Fe203; NiO……… μ ≈ 1.

47. Hvad er værdien af ​​magnetisk permeabilitet for materialer i en superledende tilstand?

Superledere under superjunction-temperaturen er ideelle diamagneter:

א= - 1; μ = 0.

Spolens magnetiske felt bestemmes af strømmen og styrken af ​​dette felt og feltinduktionen. De der. Feltinduktionen i et vakuum er proportional med strømmens størrelse. Hvis der skabes et magnetfelt i et bestemt miljø eller stof, så påvirker feltet stoffet, og det ændrer til gengæld magnetfeltet på en bestemt måde.

Et stof, der befinder sig i et eksternt magnetfelt, magnetiseres, og et yderligere indre magnetfelt vises i det. Det er forbundet med bevægelse af elektroner langs intra-atomare baner, såvel som omkring deres egen akse. Bevægelsen af ​​elektroner og atomkerner kan betragtes som elementære cirkulære strømme.

Magnetiske egenskaber elementær cirkulær strøm er karakteriseret ved et magnetisk moment.

I fravær af et eksternt magnetfelt er de elementære strømme inde i stoffet orienteret tilfældigt (kaotisk), og derfor er det totale eller totale magnetiske moment nul, og magnetfeltet for elementære indre strømme detekteres ikke i det omgivende rum.

Indflydelsen af ​​et eksternt magnetfelt på elementære strømme i materien er, at orienteringen af ​​de ladede partiklers rotationsakser ændres, så deres magnetiske momenter er rettet i én retning. (mod det eksterne magnetfelt). Intensiteten og arten af ​​magnetisering af forskellige stoffer i det samme ydre magnetfelt varierer betydeligt. Den mængde, der karakteriserer mediets egenskaber og mediets indflydelse på magnetfelttætheden, kaldes absolut magnetisk permeabilitet eller mediets magnetiske permeabilitet (μ Med ) . Dette er forholdet =. Målt [ μ Med ]=Gn/m.

Den absolutte magnetiske permeabilitet af et vakuum kaldes den magnetiske konstant μ O =4π 10-7 H/m.

Forholdet mellem absolut magnetisk permeabilitet og magnetisk konstant kaldes relativ magnetisk permeabilitetμc /μ 0 =μ. De der. relativ magnetisk permeabilitet er en værdi, der viser, hvor mange gange mediets absolutte magnetiske permeabilitet er større eller mindre end den absolutte permeabilitet af vakuum. μ er en dimensionsløs størrelse, der varierer over et bredt område. Denne værdi danner grundlag for at opdele alle materialer og medier i tre grupper.

Diamagneter . Disse stoffer har μ< 1. К ним относятся - медь, серебро, цинк, ртуть, свинец, сера, хлор, вода и др. Например, у меди μ Cu = 0,999995. Эти вещества слабо взаимодействуют с магнитом.

Paramagneter . Disse stoffer har μ > 1. Disse omfatter aluminium, magnesium, tin, platin, mangan, oxygen, luft osv. Luft = 1,0000031. . Disse stoffer, ligesom diamagnetiske materialer, interagerer svagt med en magnet.

Til tekniske beregninger tages μ af diamagnetiske og paramagnetiske legemer lig med enhed.

Ferromagneter . Dette er en særlig gruppe af stoffer, der spiller en stor rolle i elektroteknik. Disse stoffer har μ >> 1. Disse omfatter jern, stål, støbejern, nikkel, kobolt, gadolinium og metallegeringer. Disse stoffer er stærkt tiltrukket af en magnet. For disse stoffer er μ = 600-10.000. For nogle legeringer når μ rekordværdier på op til 100.000. Det skal bemærkes, at μ for ferromagnetiske materialer ikke er konstant og afhænger af magnetfeltstyrken, materialetype og temperatur .

Den store værdi af µ i ferromagneter forklares ved, at de indeholder områder med spontan magnetisering (domæner), inden for hvilke de elementære magnetiske momenter er rettet på samme måde. Når de er foldet, danner de fælles magnetiske momenter af domænerne.

I fravær af et magnetisk felt er domænernes magnetiske momenter tilfældigt orienteret, og legemets eller stoffets samlede magnetiske moment er nul. Under påvirkning af et eksternt felt er domænernes magnetiske momenter orienteret i én retning og danner et fælles magnetisk moment i kroppen, rettet i samme retning som det eksterne magnetfelt.

Det her vigtig egenskab bruges i praksis ved at bruge ferromagnetiske kerner i spoler, hvilket gør det muligt kraftigt at øge magnetisk induktion og magnetisk flux ved samme værdier af strømme og antal drejninger eller med andre ord at koncentrere magnetfeltet i et relativt lille bind.

Magnetisk permeabilitet- fysisk mængde, koefficient (afhængig af mediets egenskaber), der karakteriserer forholdet mellem magnetisk induktion texvc ikke fundet; Se matematik/README for opsætningshjælp.): (B) og magnetisk feltstyrke Ude af stand til at parse udtryk (eksekverbar fil texvc ikke fundet; Se matematik/README for opsætningshjælp.): (H) i materien. Denne koefficient er forskellig for forskellige medier, så de taler om den magnetiske permeabilitet af et bestemt medium (hvilket betyder dets sammensætning, tilstand, temperatur osv.).

Først fundet i Werner Siemens' værk fra 1881 "Beiträge zur Theorie des Elektromagnetismus" ("Bidrag til teorien om elektromagnetisme").

Normalt betegnet græsk bogstav Ude af stand til at parse udtryk (eksekverbar fil texvc . Det kan enten være en skalar (for isotrope stoffer) eller en tensor (for anisotrope stoffer).

Generelt introduceres forholdet mellem magnetisk induktion og magnetisk feltstyrke gennem magnetisk permeabilitet som

Ude af stand til at parse udtryk (eksekverbar fil texvc ikke fundet; Se matematik/README for opsætningshjælp.): \vec(B) = \mu\vec(H),

Og Ude af stand til at parse udtryk (eksekverbar fil texvc ikke fundet; Se matematik/README for opsætningshjælp.): \mu i det generelle tilfælde skal dette forstås som en tensor, der i komponentnotation svarer til:

Ude af stand til at parse udtryk (eksekverbar fil texvc ikke fundet; Se matematik/README - hjælp til opsætning.): \ B_i = \mu_(ij)H_j

For isotrope stoffer forholdet:

Ude af stand til at parse udtryk (eksekverbar fil texvc ikke fundet; Se matematik/README for opsætningshjælp.): \vec(B) = \mu\vec(H)

kan forstås i betydningen at multiplicere en vektor med en skalar (magnetisk permeabilitet reduceres i dette tilfælde til en skalar).

Ofte betegnelsen Ude af stand til at parse udtryk (eksekverbar fil texvc ikke fundet; Se matematik/README for opsætningshjælp.): \mu bruges anderledes end her, nemlig til relativ magnetisk permeabilitet (i dette tilfælde Ude af stand til at parse udtryk (eksekverbar fil texvc ikke fundet; Se matematik/README for opsætningshjælp.): \mu falder sammen med det i GHS).

Dimensionen af ​​absolut magnetisk permeabilitet i SI er den samme som dimensionen af ​​den magnetiske konstant, det vil sige Gn / eller / 2.

Relativ magnetisk permeabilitet i SI er relateret til magnetisk modtagelighed χ af relationen

Ude af stand til at parse udtryk (eksekverbar fil texvc ikke fundet; Se matematik/README - hjælp til opsætning.): \mu_r = 1 + \chi,

Klassificering af stoffer efter magnetisk permeabilitetsværdi

Langt de fleste stoffer tilhører enten klassen af ​​diamagneter ( Ude af stand til at parse udtryk (eksekverbar fil texvc ikke fundet; Se matematik/README for opsætningshjælp.): \mu \lessapprox 1), eller til klassen af ​​paramagneter ( Ude af stand til at parse udtryk (eksekverbar fil texvc ikke fundet; Se matematik/README for opsætningshjælp.): \mu \gtrapprox 1). Men en række stoffer (ferromagneter), for eksempel jern, har mere udtalte magnetiske egenskaber.

I ferromagneter, på grund af hysterese, er begrebet magnetisk permeabilitet strengt taget ikke anvendeligt. Men i et vist område af ændringer i magnetiseringsfeltet (så at den resterende magnetisering kan negligeres, men før mætning), er det stadig muligt, til en bedre eller dårligere tilnærmelse, at præsentere denne afhængighed som lineær (og for blød magnetisk materialer er den nedre grænse muligvis ikke for signifikant i praksis), og i denne forstand kan værdien af ​​magnetisk permeabilitet også måles for dem.

Magnetisk permeabilitet af nogle stoffer og materialer

Magnetisk modtagelighed af nogle stoffer

Magnetisk modtagelighed og magnetisk permeabilitet af nogle materialer

Medium	Følsomhed χ m (volumen, SI)	Permeabilitet μ [H/m]	Relativ permeabilitet μ/μ 0	Et magnetfelt	Maksimal frekvens
Metglas (engelsk) Metglas )		1,25	1 000 000	ved 0,5 T	100 kHz
Nanoperm Nanoperm )		10×10 -2	80 000	ved 0,5 T	10 kHz
Mu metal		2,5×10 -2	20 000	ved 0,002 T
Mu metal			50 000
Permalloy		1,0×10 -2	70 000	ved 0,002 T
Elektrisk stål		5,0×10 -3	4000	ved 0,002 T
Ferrit (nikkel-zink)		2,0×10 -5 - 8,0×10 -4	16-640		100 kHz ~ 1 MHz [[K:Wikipedia:Artikler uden kilder (land: Lua-fejl: callParserFunction: funktionen "#property" blev ikke fundet. )]][[K:Wikipedia:Artikler uden kilder (land: Lua-fejl: callParserFunction: funktionen "#property" blev ikke fundet. )]]
Ferrit (mangan-zink)		>8,0×10 -4	640 (eller mere)		100 kHz ~ 1 MHz
Stål		8,75×10 -4	100	ved 0,002 T
Nikkel		1,25×10 -4	100 - 600	ved 0,002 T
Neodym magnet			1.05	op til 1,2-1,4 T
Platin		1,2569701×10 -6	1,000265
Aluminium	2,22×10 -5	1,2566650×10 -6	1,000022
Træ			1,00000043
Luft			1,00000037
Beton			1
Vakuum	0	1,2566371×10 -6 (μ 0)	1
Brint	-2,2×10 -9	1,2566371×10 -6	1,0000000
Teflon		1,2567×10 -6	1,0000
Safir	-2,1×10 -7	1,2566368×10 -6	0,99999976
Kobber	-6,4×10 -6 eller -9,2×10 -6	1,2566290×10 -6	0,999994
Vand	-8,0×10 -6	1,2566270×10 -6	0,999992
Bismuth	-1,66×10 -4		0,999834
Superledere	−1	0	0

se også

Skriv en anmeldelse om artiklen "Magnetisk permeabilitet"

Noter

Uddrag, der karakteriserer magnetisk permeabilitet

Jeg havde så ondt af ham!.. Men desværre var jeg ikke i min magt til at hjælpe ham. Og jeg ville ærligt talt virkelig vide, hvordan denne ekstraordinære lille pige hjalp ham...
- Vi fandt dem! – Gentog Stella igen. – Jeg vidste ikke, hvordan jeg skulle gøre det, men min bedstemor hjalp mig!
Det viste sig, at Harold i løbet af sin levetid ikke engang havde tid til at finde ud af, hvor frygteligt hans familie led, mens han døde. Han var en krigeridder og døde, før hans by faldt i hænderne på "bødlerne", som hans kone forudsagde.
Men så snart han befandt sig i denne ukendte, vidunderlige verden af ​​"borte" mennesker, var han straks i stand til at se, hvor nådesløst og grusomt den onde skæbne behandlede hans "eneste og elskede". Bagefter brugte han, som en besat, en evighed på at prøve på en eller anden måde et sted at finde disse mennesker, de mest kære for ham i hele den vide verden... Og han søgte efter dem i meget lang tid, mere end tusind år, indtil en dag tilbød en eller anden helt ukendt person, sød pige Stella ham ikke at "gøre ham glad" og åbnede ikke den "anden" den rigtige dør for endelig at finde dem til ham...
- Vil du have mig til at vise dig det? - foreslog den lille pige igen,
Men jeg var ikke længere så sikker på, om jeg ville se noget andet... For de syner, hun lige havde vist, sårede min sjæl, og det var umuligt at slippe af med dem så hurtigt at ville se en form for fortsættelse...
"Men du vil gerne se, hvad der skete med dem!" – lille Stella udtalte selvsikkert "kendsgerningen".
Jeg så på Harold og så i hans øjne fuldstændig forståelse af, hvad jeg lige uventet havde oplevet.
– Jeg ved, hvad du så... Jeg så det mange gange. Men de er glade nu, vi går for at se på dem meget ofte... Og på deres "tidligere" også... - sagde den "triste ridder" stille.
Og først da indså jeg, at Stella simpelthen, når han ønskede det, overførte ham til sin egen fortid, ligesom hun lige havde gjort!!! Og hun gjorde det næsten legende! .. Jeg lagde ikke engang mærke til, hvordan denne vidunderlige, lyse pige begyndte at "binde mig til sig" mere og mere og blev for mig nærmest et rigtigt mirakel, som jeg uendeligt ville se... Og som jeg slet ikke ville forlade... Så vidste jeg næsten ingenting og kunne ikke gøre andet end det, jeg selv kunne forstå og lære, og jeg ville virkelig gerne lære i det mindste noget af hende, mens der stadig var sådan en mulighed.
- Kom venligst til mig! – Stella, pludselig ked af det, hviskede stille, "du ved godt, at du ikke kan blive her endnu... Bedstemor sagde, at du ikke bliver i meget, meget lang tid... At du ikke kan dø endnu." Men du kommer...
Alt omkring blev pludselig mørkt og koldt, som om sorte skyer pludselig havde dækket sådan en farverig og lys Stella-verden...
- Åh, tænk ikke på sådanne forfærdelige ting! – Pigen var indigneret, og som en kunstner med en pensel på et lærred "malede" hun hurtigt det hele igen i en lys og glad farve.
- Er det virkelig bedre? – spurgte hun tilfreds.
“Var det virkelig bare mine tanker?..” Jeg troede ikke på det igen.
- Sikkert! – Stella lo. "Du er stærk, så du skaber alt omkring dig på din egen måde."
– Hvordan skal man så tænke?.. – Jeg kunne stadig ikke "indtræde" i det uforståelige.
"Bare hold kæft og vis kun det, du vil vise," sagde min fantastiske ven som en selvfølge. "Min bedstemor lærte mig det."
Jeg tænkte, at det åbenbart også var på tide for mig at "chokere" min "hemmelige" bedstemor lidt, som (det var jeg næsten sikker på!) nok vidste noget, men af ​​en eller anden grund ikke ville lære mig noget endnu ...
"Så du vil se, hvad der skete med Harolds kære?" – spurgte den lille pige utålmodigt.
For at være ærlig havde jeg ikke for meget lyst, da jeg ikke var sikker på, hvad jeg kunne forvente af dette "show". Men for ikke at støde den gavmilde Stella, sagde hun ja.
– Jeg vil ikke vise dig i lang tid. Jeg lover! Men du burde kende dem, ikke?.. – sagde pigen med glad stemme. - Se, sønnen bliver først...

Til min store overraskelse, i modsætning til hvad jeg havde set før, befandt vi os i en helt anden tid og sted, som lignede Frankrig, og tøjet mindede om det attende århundrede. En smuk overdækket vogn kørte ad en bred brostensbelagt gade, inde i hvilken sad en ung mand og en kvinde i meget dyre jakkesæt, og tilsyneladende i meget dårligt humør... Den unge mand beviste stædigt noget for pigen, og hun , ikke lyttede til ham overhovedet, svævede roligt et sted i dine drømme end ung mand meget irriterende...
- Ser du, det er ham! Dette er det samme" en lille dreng"... først efter mange, mange år," hviskede Stella stille.
- Hvordan ved du, at det virkelig er ham? – stadig ikke helt forstået, spurgte jeg.
- Nå, selvfølgelig, det er meget enkelt! – den lille pige stirrede overrasket på mig. – Vi har alle en essens, og essensen har sin egen "nøgle", som hver enkelt af os kan findes, du skal bare vide, hvordan du ser ud. Se her...
Hun viste mig babyen igen, Harolds søn.
– Tænk på hans essens, og du vil se...
Og jeg så straks en gennemsigtig, klart glødende, overraskende kraftfuld enhed, på hvis bryst en usædvanlig "diamant" energistjerne brændte. Denne "stjerne" skinnede og glitrede med alle regnbuens farver, nu aftagende, nu tiltagende, som om den langsomt pulserede, og funklede så klart, som om den virkelig var blevet skabt af de mest fantastiske diamanter.
– Ser du denne mærkelige omvendte stjerne på hans bryst? - Dette er hans "nøgle". Og hvis du prøver at følge ham, som en tråd, så vil det føre dig direkte til Axel, som har den samme stjerne - dette er den samme essens, kun i dens næste inkarnation.
Jeg så på hende med alle mine øjne, og da jeg tilsyneladende bemærkede dette, grinede Stella og indrømmede muntert:
– Tro ikke, det var mig selv – det var min bedstemor, der lærte mig!
Jeg skammede mig meget over at føle mig som en fuldstændig inkompetent, men ønsket om at vide mere var hundrede gange stærkere end nogen skam, så jeg skjulte min stolthed så dybt som muligt og spurgte omhyggeligt:
- Men hvad med alle disse fantastiske "virkeligheder", som vi ser her nu? Det er jo en andens, specifikke liv, og du skaber dem ikke på samme måde, som du skaber alle dine verdener?
- Åh nej! – den lille pige var igen glad for at få muligheden for at forklare mig noget. - Selvfølgelig ikke! Dette er bare fortiden, som alle disse mennesker engang levede i, og jeg tager bare dig og mig derhen.
- Og Harold? Hvordan ser han alt dette?
- Åh, det er nemt for ham! Han er ligesom mig, død, så han kan flytte, hvorhen han vil. Han har jo ikke længere en fysisk krop, så hans essens kender ingen forhindringer her og kan gå hvorhen den vil... ligesom mig... - sluttede den lille pige mere trist.
Jeg tænkte desværre, at det var bare " simpel overførsel til fortiden”, for mig, tilsyneladende, vil være “et mysterium bag syv låse” i lang tid... Men Stella, som om hun hørte mine tanker, skyndte sig straks at berolige mig:
- Du skal se, det er meget enkelt! Du skal bare prøve.
– Og disse “nøgler”, bliver de aldrig gentaget af andre? – Jeg besluttede at fortsætte mine spørgsmål.
“Nej, men nogle gange sker der noget andet...” af en eller anden grund, svarede den lille og smilede sjovt. "Det var præcis sådan, jeg blev fanget i starten, som jeg blev "slået" meget hårdt for... Åh, det var så dumt!..
- Men som? – spurgte jeg meget interesseret.
Stella svarede straks muntert:
- Åh, det var meget sjovt! - og efter at have tænkt lidt, tilføjede hun, "men det er også farligt... Jeg ledte på alle "gulvene" efter min bedstemors tidligere inkarnation, og i stedet for hende kom der en helt anden enhed langs hendes "tråd" , som på en eller anden måde formåede at "kopiere" min bedstemors "blomst" (tilsyneladende også en "nøgle"!), og lige som jeg havde tid til at glæde mig over, at jeg endelig havde fundet den, slog denne ukendte enhed mig nådesløst i brystet. Ja, så meget, at min sjæl næsten fløj væk!
- Hvordan kom du af med hende? - Jeg var overrasket.
"Nå, for at være ærlig, så slap jeg ikke af med det..." blev pigen flov. - Jeg har lige ringet til min bedstemor...
– Hvad kalder du "gulve"? - Jeg kunne stadig ikke falde til ro.
– Jamen, det er forskellige "verdener", hvor de dødes essenser lever... I det smukkeste og højeste lever de, der var gode... og sandsynligvis også de stærkeste.
- Folk som dig? – spurgte jeg smilende.
- Åh nej, selvfølgelig! Jeg er nok kommet hertil ved en fejl. – sagde pigen helt oprigtigt. – Ved du, hvad der er mest interessant? Fra denne "etage" kan vi gå overalt, men fra de andre kan ingen komme her... Er det ikke interessant?..
Ja, det var meget mærkeligt og meget spændende interessant for min "udsultede" hjerne, og jeg ville virkelig gerne vide mere!.. Måske fordi der indtil den dag aldrig var nogen, der havde forklaret mig noget, men bare nogle gange - gav nogen (som f.eks. for eksempel mine "stjernevenner"), og derfor gjorde selv en så simpel barnlig forklaring mig allerede usædvanlig glad og fik mig til at dykke endnu mere rasende ned i mine eksperimenter, konklusioner og fejl... som sædvanligt at finde i alt, hvad der var sker endnu mere uklart. Mit problem var, at jeg meget nemt kunne lave eller skabe "usædvanligt", men hele problemet var, at jeg også ville forstå, hvordan jeg skaber det hele... Og det er netop det, jeg ikke har haft særlig succes med endnu ...

6. MAGNETISKE MATERIALER

Alle stoffer er magnetiske og magnetiseres i et eksternt magnetfelt.

Baseret på deres magnetiske egenskaber opdeles materialer i svagt magnetiske ( diamagnetiske materialer Og paramagneter) og meget magnetisk ( ferromagneter Og 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 organiske forbindelser og nogle metaller ( Cu, Zn, Ag, Au, Hg), samt I jeg, Ga, Sb.

Paramagneter– stoffer med magnetisk permeabilitetμ r> 1, hvilket i svage felter ikke afhænger af styrken af ​​det eksterne magnetfelt. Paramagnetiske stoffer omfatter stoffer, hvis atomer (molekyler) i fravær af et magnetiserende felt har et magnetisk moment forskelligt fra nul: ilt, nitrogenoxid, salte af jern, kobolt, nikkel og sjældne jordarters grundstoffer, alkalimetaller, aluminium, platin.

Diamagnetiske og paramagnetiske materialer har magnetisk permeabilitetμ rer tæt på enhed. Anvendelse i teknologi som magnetiske materialer er begrænset.

I højmagnetiske materialer er den magnetiske permeabilitet betydeligt større end enhed (μ r >> 1) og afhænger af magnetfeltstyrken. Disse omfatter: jern, nikkel, kobolt og deres legeringer, samt legeringer af krom og mangan, gadolinium, ferriter af forskellige sammensætninger.

6.1. Materialers magnetiske egenskaber

Materialers magnetiske egenskaber vurderes fysiske mængder kaldet magnetiske egenskaber.

Magnetisk permeabilitet

Skelne i forhold Og absolut magnetiske permeabiliteter stoffer (materialer), der er indbyrdes forbundet af forholdet

μa = μ o ·μ, Gn/m

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

μ – relativ magnetisk permeabilitet (dimensionsløs mængde).

Relativ magnetisk permeabilitet bruges til at beskrive egenskaberne af magnetiske materialer.μ (oftere kaldet magnetisk permeabilitet), og til praktiske beregninger anvendes absolut magnetisk permeabilitetμa, beregnet ved ligningen

μa = I /N,Gn/m

N– intensiteten af ​​det magnetiserende (ydre) magnetfelt, A/m

I – magnetfeltinduktion i en magnet.

Stor værdiμ viser, at materialet let magnetiseres i svage og stærke magnetfelter. Den magnetiske permeabilitet af de fleste magneter afhænger af styrken af ​​det magnetiserende magnetfelt.

For at karakterisere magnetiske egenskaber kaldes en dimensionsløs størrelse magnetisk modtagelighed χ .

μ = 1 + χ

Temperaturkoefficient for magnetisk permeabilitet

Et stofs magnetiske egenskaber afhænger af temperaturenμ = μ (T) .

For at beskrive ændringens karaktermagnetiske egenskaber med temperaturbrug temperaturkoefficient magnetisk permeabilitet.

Afhængighed af den magnetiske følsomhed af paramagnetiske materialer af temperaturTbeskrevet af Curies lov

Hvor C - Curie konstant .

Magnetiske egenskaber af ferromagneter

Afhængigheden af ​​de magnetiske egenskaber af ferromagneter har mere kompleks natur, vist på figuren, og når et maksimum ved en temperatur tæt påQ Til.

Temperaturen, hvor den magnetiske modtagelighed falder kraftigt, næsten til nul, kaldes Curie-temperaturen -Q Til. Ved højere temperaturerQ Til magnetiseringsprocessen af ​​en ferromagnet afbrydes på grund af den intense termiske bevægelse af atomer og molekyler, og materialet holder op med at være ferromagnetisk og bliver paramagnetisk.

Til jern Q k = 768 ° C, for nikkel Q k = 358 ° C, for kobolt Q k = 1131 ° C.

Over Curie-temperaturen er afhængigheden af ​​en ferromagnets magnetiske modtagelighed af temperaturenTbeskrevet af Curie-Weiss-loven

Processen med magnetisering af højmagnetiske materialer (ferromagneter) har hysterese. Hvis en afmagnetiseret ferromagnet magnetiseres i et eksternt felt, bliver den magnetiseret iflg magnetiseringskurve B = B(H) . Hvis så, begyndende fra en eller anden værdiHbegynde at reducere feltstyrken, derefter induktionBvil falde med en vis forsinkelse ( hysterese) i forhold til magnetiseringskurven. Efterhånden som feltet i den modsatte retning øges, bliver ferromagneten afmagnetiseret remagnetiserer, og med en ny ændring af magnetfeltets retning kan det vende tilbage til udgangspunktet, hvorfra afmagnetiseringsprocessen begyndte. Den resulterende løkke vist i figuren kaldes hysterese loop.

Ved en vis maksimal spændingN m magnetiseringsfelt, magnetiseres stoffet til en tilstand af mætning, hvor induktionen når værdienI N, som hedderinduktion af mætning.

Resterende magnetisk induktion I OM – observeret i et ferromagnetisk materiale, magnetiseret til mætning, under dets afmagnetisering, når magnetfeltstyrken er nul. For at afmagnetisere en materialeprøve skal magnetfeltstyrken ændre sin retning til den modsatte retning (-N). FeltstyrkeN TIL , hvor induktion er lig nul, kaldes tvangskraft(holdekraft) .

Magnetiseringsvending af en ferromagnet i vekslende magnetiske felter er altid ledsaget af termiske energitab, som er forårsaget af tab af hysterese Og dynamiske tab. Dynamiske tab er forbundet med hvirvelstrømme induceret i materialets volumen og afhænger af elektrisk modstand materiale, aftagende med stigende modstand. HysteresetabW i én magnetiseringsvendingscyklus bestemt af arealet af hysteresesløjfen

og kan beregnes for en enhedsvolumen af ​​et stof ved hjælp af den empiriske formel

J/m 3

Hvor η – koefficient afhængig af materialet,B N – maksimal induktion opnået under cyklussen,n– eksponent lig med 1,6 afhængigt af materialet¸ 2.

Specifikke energitab på grund af hysterese R G – tab brugt på magnetiseringsvending af en enhedsmasse pr. volumenenhed materiale pr. sekund.

Hvor f – AC frekvens,T– svingningsperiode.

Magnetostriktion

Magnetostriktion – fænomenet ændringer i en ferromagnets geometriske dimensioner og form, når magnetfeltets størrelse ændres, dvs. når magnetiseret. Relativ ændring i materialedimensionerΔ l/ lkan være positiv og negativ. For nikkel er magnetostriktion mindre end nul og når en værdi på 0,004 %.

I overensstemmelse med Le Chateliers princip om at modvirke systemets indflydelse eksterne faktorer, der søger at ændre denne tilstand, bør mekanisk deformation af ferromagneten, hvilket fører til en ændring i dens størrelse, påvirke magnetiseringen af ​​disse materialer.

Hvis et legeme under magnetisering oplever en reduktion i dets størrelse i en given retning, så fremmer påføringen af ​​en mekanisk trykspænding i denne retning magnetisering, og strækning gør magnetisering vanskelig.

6.2. Klassificering af ferromagnetiske materialer

Alle ferromagnetiske materialer er opdelt i to grupper baseret på deres adfærd i et magnetfelt.

Blød magnetisk – med høj magnetisk permeabilitetμ og lav tvangskraftN TIL< 10Er. De kan let magnetiseres og afmagnetiseres. De har lave hysteresetab, dvs. smal hystereseløkke.

Magnetiske egenskaber afhænger af den kemiske renhed og graden af ​​forvrængning af krystalstrukturen. Jo færre urenheder(MED, R, S, O, N) , jo højere niveauet af egenskaber af materialet, derfor er det nødvendigt at fjerne dem og oxider under produktionen af ​​en ferromagnet, og prøv ikke at forvrænge den krystallinske struktur af materialet.

Hårde magnetiske materialer - har det fantastiskN K > 0,5 MA/m og resterende induktion (I OM ≥ 0,1T). De svarer til en bred hystereseløkke. De magnetiseres med stort besvær, men de kan bevare magnetisk energi i flere år, dvs. tjene som en kilde til konstant magnetfelt. Derfor laves permanente magneter af dem.

Baseret på deres sammensætning er alle magnetiske materialer opdelt i:

· metal;

· ikke metallisk;

· magnetoelektrik.

Metal magnetiske materialer - Det her rene metaller(jern, kobolt, nikkel) og magnetiske legeringer af nogle metaller.

Til ikke-metallisk materialer omfatter ferriter, fremstillet af pulvere af jernoxider og andre metaller. De presses og brændes ved 1300 - 1500 °C og bliver til solide monolitiske magnetiske dele. Ferriter, ligesom magnetiske metalmaterialer, kan være bløde magnetiske eller hårde magnetiske.

Magnetoelektrik – disse er kompositmaterialer fra 60-80% pulveriseret magnetisk materiale og 40-20% organisk dielektrisk. Ferriter og magnetoelektrik har stor betydning elektrisk resistivitet (ρ = 10 ÷ 10 8 Ohm m), den høje modstand af disse materialer sikrer lave dynamiske energitab i variable elektromagnetiske felter og tillader dem at blive brugt i vid udstrækning i højfrekvensteknologi.

6.3. Metal magnetiske materialer

6.3.1. Metal blød magnetisk materialer

Metalliske bløde magnetiske materialer omfatter carbonyljern, permalloy, alsifer og siliciumstål med lavt kulstofindhold.

Carbonyl jern – opnået ved termisk nedbrydning af jernpentacarbonylvæskeF e( CO) 5 for at opnå partikler af rent pulveriseret jern:

F e( CO) 5 → Fe+ 5 СО,

ved en temperatur på omkring 200°Cog tryk 15 MPa. Jernpartikler har en sfærisk form med en størrelse på 1 – 10 mikron. For at fjerne kulstofpartikler udsættes jernpulver for varmebehandling i et miljø N 2 .

Den magnetiske permeabilitet af carbonyljern når 20000, tvangskraften er 4,5¸ 6,2Er. Jernpulver bruges til at lave højfrekvente magnetoelektrisk kerner, som fyldstof i magnetbånd.

Permalloi –duktile jern-nikkel-legeringer. For at forbedre egenskaber, tilføj Mo, MED r, Cu, producerer dopede permalloys. De har høj duktilitet og rulles nemt til plader og strimler op til 1 mikron.

Hvis nikkelindholdet i permalloy er 40 - 50%, kaldes det lav-nikkel, hvis 60 - 80% - høj nikkel.

Permalloys har højt niveau magnetiske egenskaber, som sikres ikke kun af sammensætningen og høj kemisk renhed af legeringen, men også af speciel termisk vakuumbehandling. Permalloys har et meget højt niveau af initial magnetisk permeabilitet fra 2000 til 30000 (afhængig af sammensætning) i området med svage felter, hvilket skyldes den lave størrelse af magnetostriktion og isotropi af magnetiske egenskaber. Især Høj ydeevne har en supermalloy, hvis initiale magnetiske permeabilitet er 100.000, og maksimum når 1,5· 10 6 kl B= 0,3 T.

Permalloy leveres i form af strimler, plader og stænger. Lav-nikkel permalloys bruges til fremstilling af induktorkerner, små transformere og magnetiske forstærkere, høj nikkel permalloi – til udstyrsdele, der opererer ved soniske og supersoniske frekvenser. Permalloys magnetiske egenskaber er stabile ved –60 +60°C.

Alsifera – ikke-smidbar skrøbelig legeringer med sammensætning Al – Si– Fe , bestående af 5,5 – 13 %Al, 9 – 10 % Si, resten er jern. Alsifer ligner i egenskaber permalloy, men er billigere. Støbte kerner er lavet af det, støbt magnetiske skærme og andre hule dele med en vægtykkelse på mindst 2 - 3 mm. Alsifers skrøbelighed begrænser dets anvendelsesområde. Ved at drage fordel af alsifers skrøbelighed males det til pulver, som bruges som ferromagnetisk fyldstof i presset højfrekvens magnetoelektrik(kerner, ringe).

Silicium lavt kulstof stål (elektrisk stål) – legering af jern og silicium (0,8 - 4,8 %Si). Det vigtigste bløde magnetiske materiale til massebrug. Det rulles nemt til plader og strimler på 0,05 - 1 mm og er et billigt materiale. Silicium, der findes i stål i opløst tilstand, udfører to funktioner.

· Ved at øge stålets resistivitet forårsager silicium en reduktion i dynamiske tab forbundet med hvirvelstrømme. Modstanden stiger pga silica dannelse SiO 2 som følge af reaktionen

2 FeO + S i→ 2Fe+ SiO 2 .

· Tilstedeværelsen af ​​silicium opløst i stål fremmer nedbrydningen af ​​cementit Fe 3 C – skadelige urenheder, der reducerer magnetiske egenskaber og frigivelse af kulstof i form af grafit. I dette tilfælde dannes rent jern, hvis vækst af krystaller øger niveauet af magnetiske egenskaber af stål.

Det anbefales ikke at indføre silicium i stål i en mængde på over 4,8 %, da silicium, mens det hjælper med at forbedre magnetiske egenskaber, markant øger stålets skørhed og reducerer det mekaniske egenskaber.

6.3.2. Metalliske hårde magnetiske materialer

Hårde magnetiske materialer - disse er ferromagneter med høj tvangskraft (mere end 1 kA/m) og en stor værdi af resterende magnetisk induktionI OM. Anvendes til fremstilling af permanente magneter.

Afhængigt af sammensætning, tilstand og produktionsmetode er de opdelt i:

· legeret martensitisk stål;

· støbte hårde magnetiske legeringer.

Legeret martensitisk stål – det drejer sig om kulstofstål og legeret stålCr, W, Co, Mo . Kulstof stål ældes hurtigt og ændre deres egenskaber, så de sjældent bruges til fremstilling af permanente magneter. Til fremstilling af permanente magneter anvendes legeret stål - wolfram og krom (N C ≈ 4800 Er,I O ≈ 1 T), som er fremstillet i form af stænger med forskellige former sektioner. Koboltstål har en højere koercitivitet (N C ≈ 12000 Er,I O ≈ 1 T) sammenlignet med wolfram og krom. Tvangskraft N MED koboltstål stiger med stigende indhold MED O .

Støbte hårde magnetiske legeringer. Legeringernes forbedrede magnetiske egenskaber skyldes en særligt udvalgt sammensætning og specialbehandling - afkøling af magneterne efter støbning i et stærkt magnetfelt, samt speciel flertrins varmebehandling i form af quenching og temperering i kombination med magnetisk behandling, kaldet dispersionshærdning.

Tre hovedgrupper af legeringer bruges til fremstilling af permanente magneter:

· Jern – kobolt – molybdæn legering type remaloy med tvangskraftN K = 12 – 18 kA/m.

· Legeringsgruppe:

§ kobber - nikkel - jern;

§ kobber - nikkel - kobolt;

§ jern - mangan, legeretaluminium eller titanium;

§ jern – kobolt – vanadium (F e– Co – V).

Legeringen kobber - nikkel - jern kaldes kunife (MED u– Ni - Fe). Legering F e– Co – V (jern - kobolt - vanadium) kaldes viktala . Legeringer af denne gruppe har en tvangskraft N TIL = 24 – 40 kA/m. Fås i tråd og pladeform.

· Legeringssystem jern – nikkel – aluminium(F e – Ni– Al), tidligere kendt som legering alni. Legering indeholder 20 - 33% Ni + 11 – 17 % Al, resten er jern. Tilføjelse af kobolt, kobber, titanium, silicium og niobium til legeringer forbedrer deres magnetiske egenskaber, letter fremstillingsteknologi, sikrer repeterbarhed af parametre og forbedrer mekaniske egenskaber. Moderne mærkning af mærket indeholder bogstaver, der angiver de tilsatte metaller (Y - aluminium, N - nikkel, D - kobber, K - kobolt, T - titanium, B - niobium, C - silicium), tal - indholdet af grundstoffet, hvis bogstav står foran nummeret, f.eks. UNDC15.

Legeringer har høj værdi tvangskraft N TIL = 40 – 140 kA/m og stor lagret magnetisk energi.

6.4. Ikke-metalliske magnetiske materialer. Ferriter

Ferritter er keramiske ferromagnetiske materialer med lav elektronisk ledningsevne. Lav elektrisk ledningsevne kombineret med høj magnetiske egenskaber tillader udbredt brug af ferriter på høje frekvenserÅh.

Ferritter er lavet af en pulverblanding bestående af jernoxid og særligt udvalgte oxider af andre metaller. De presses og sintres derefter ved høje temperaturer. Generel kemisk formel har formen:

MeO Fe 2 O 3 eller MeFe 2 O 4,

Hvor Mehdivalent metal symbol.

For eksempel,

ZnO Fe 2 O 3 eller

NiO Fe 2 O 3 eller NiFe 2O4

Ferritter har et kubisk spinel-gitterMgOAl 2O3 - magnesiumaluminat.Ikke alle ferriter er magnetiske. Tilstedeværelsen af ​​magnetiske egenskaber er forbundet med arrangementet af metalioner i det kubiske spinelgitter. Altså systemetZnFe 2O4 har ikke ferromagnetiske egenskaber.

Ferritter fremstilles iflg keramisk teknologi. De originale pulverformede metaloxider males i kuglemøller, presses og brændes i ovne. De sintrede briketter formales til et fint pulver, og der tilsættes et blødgøringsmiddel, for eksempel en opløsning af polyvinylalkohol. Fra den resulterende masse presses ferritprodukter - kerner, ringe, som brændes i luft ved 1000 - 1400 ° C. De resulterende hårde, skøre, for det meste sorte produkter kan kun forarbejdes ved slibning og polering.

Blød magnetisk ferriter

Blød magnetiskFerriter er meget udbredt inden for højfrekvent elektronik og instrumentfremstilling til fremstilling af filtre, transformere til lav- og højfrekvente forstærkere, antenner til radiosende- og modtageenheder, pulstransformatorer og magnetiske modulatorer. Industrien producerer følgende typer bløde magnetiske ferriter med et bredt udvalg af magnetiske og elektriske egenskaber: nikkel - zink, mangan - zink og lithium - zink. Den øvre grænsefrekvens for ferritanvendelse afhænger af deres sammensætning og varierer med forskellige mærker ferriter fra 100 kHz til 600 MHz, er koercitiviteten omkring 16 A/m.

Fordelen ved ferritter er stabiliteten af ​​magnetiske egenskaber og den relative lethed ved at fremstille radiokomponenter. Som alle ferromagnetiske materialer bevarer ferritter kun deres magnetiske egenskaber op til Curie-temperaturen, som afhænger af sammensætningen af ​​ferriterne og varierer fra 45 ° til 950 ° C.

Hårde magnetiske ferriter

Til fremstilling af permanente magneter anvendes hårde magnetiske ferritter; bariumferriter er mest udbredt (VaO 6 Fe 2 O 3 ). De har en sekskantet krystalstruktur med storeN TIL . Bariumferriter er et polykrystallinsk materiale. De kan være isotrope - de samme egenskaber af ferrit i alle retninger skyldes det faktum, at de krystallinske partikler er orienteret vilkårligt. Hvis den pulverformige masse under presningen af ​​magneter udsættes for et eksternt magnetfelt med høj intensitet, vil de krystallinske ferritpartikler blive orienteret i én retning, og magneten vil være anisotropisk.

Bariumferritter er kendetegnet ved god stabilitet af deres egenskaber, men er følsomme over for temperaturændringer og mekanisk belastning. Bariumferritmagneter er billige.

6.5. Magnetoelektrik

Magnetoelektrik - disse er kompositmaterialer bestående af fine partikler af blødt magnetisk materiale bundet til hinanden af ​​et organisk eller uorganisk dielektrikum. Carbonyljern, alsifer og nogle typer permalloy, knust til pulverform, bruges som bløde magnetiske materialer.

Polystyren, bakelitharpikser, flydende glas osv. bruges som dielektrikum.

Formålet med et dielektrikum er ikke kun at forbinde partikler af magnetisk materiale, men også at isolere dem fra hinanden og følgelig kraftigt øge den elektriske resistivitetsværdi magnetoelektrisk. Elektrisk resistivitetrmagnetoelektriker 10 3 – 10 4 Ohm× m

Magnetoelektrikbruges til fremstilling af kerner til højfrekvente radioudstyrskomponenter. Processen med at fremstille produkter er enklere end fra ferriter, fordi de kræver ikke varmebehandling ved høj temperatur. Produkter fra magnetoelektrik De er kendetegnet ved høj stabilitet af magnetiske egenskaber, høj klasse af overfladerenhed og dimensionsnøjagtighed.

Magnetoelektrik fyldt med molybdænpermalloy eller carbonyljern har de højeste magnetiske egenskaber.