A vas relatív mágneses permeabilitása normál körülmények között. Mágneses anyagok

Számos kísérlet azt mutatja, hogy minden mágneses térbe helyezett anyag fel van mágnesezve, és létrehozza a saját mágneses terét, amelynek hatása hozzáadódik egy külső mágneses tér hatásához:

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

ahol $\boldsymbol(\vec(B))$ a mágneses tér indukciója az anyagban; $\boldsymbol((\vec(B))_(0))$ - a mező mágneses indukciója vákuumban, $\boldsymbol((\vec(B))_(1))$ - a keletkező mező mágneses indukciója az anyag mágnesezettsége miatt . Ebben az esetben az anyag erősítheti vagy gyengítheti a mágneses teret. Egy anyag külső mágneses térre gyakorolt ​​hatását a nagysága jellemzi μ , ami az úgynevezett egy anyag mágneses permeabilitása

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

• Mágneses permeabilitás egy fizikai skaláris mennyiség, amely megmutatja, hogy egy adott anyagban a mágneses tér indukciója hányszor tér el a vákuum mágneses tér indukciójától.

Minden anyag molekulákból, a molekulák atomokból épülnek fel. Az atomok elektronhéját hagyományosan úgy tekinthetjük, hogy az elektronok mozgatása által létrehozott körkörös elektromos áramokból állnak. Kör alakú elektromos áramok az atomoknak saját mágneses mezőt kell létrehozniuk. Az elektromos áramokra külső mágneses térnek kell hatnia, aminek következtében vagy a mágneses tér növekedésére lehet számítani, ha az atomi mágneses terek a külső mágneses térhez igazodnak, vagy gyengülni, ha ellenkező irányúak.
Hipotézis arról mágneses mezők létezése az atomokbanés az anyagban lévő mágneses tér megváltoztatásának lehetősége teljesen igaz. Minden anyagokat külső mágneses tér hatására három fő csoportra osztható: diamágneses, paramágneses és ferromágneses.

Diamágnesek Olyan anyagoknak nevezzük, amelyekben a külső mágneses tér gyengül. Ez azt jelenti, hogy az ilyen anyagok atomjainak mágneses tere egy külső mágneses térben a külső mágneses térrel ellentétes irányban irányul (µ< 1). Изменение магнитного поля даже в самых сильных диамагнетиках составляет лишь сотые доли процента. Например, висмут обладает mágneses permeabilitás µ = 0,999826.

A diamágnesesség természetének megértése vegyük figyelembe a sebességgel berepülő elektron mozgását v a vektorra merőleges egyenletes mágneses térbe IN mágneses mező.

A befolyás alatt Lorentz erők az elektron körben fog mozogni, forgási irányát a Lorentz-erővektor iránya határozza meg. A keletkező köráram létrehozza a saját mágneses terét IN" . Ez egy mágneses mező IN" a mágneses térrel ellentétes irányban IN. Következésképpen minden szabadon mozgó töltött részecskéket tartalmazó anyagnak diamágneses tulajdonságokkal kell rendelkeznie.
Bár egy anyag atomjaiban az elektronok nem szabadok, az atomokon belüli mozgásuk külső mágneses tér hatására a szabad elektronok körkörös mozgásával egyenértékűnek bizonyul. Ezért a mágneses térben lévő bármely anyag szükségszerűen diamágneses tulajdonságokkal rendelkezik.
A diamágneses hatások azonban nagyon gyengék, és csak olyan anyagokban találhatók meg, amelyek atomjai vagy molekulái nem rendelkeznek saját mágneses mezővel. Diamágneses anyagok például az ólom, cink, bizmut (μ = 0,9998).

Az első magyarázatot arra, hogy a testek miért rendelkeznek mágneses tulajdonságokkal, Henri Ampère (1820) adta meg. Hipotézise szerint a molekulák és atomok belsejében elemi elektromos áramok keringenek, amelyek meghatározzák bármely anyag mágneses tulajdonságait.

Tekintsük részletesebben az atomok mágnesességének okait:

Vegyünk valami szilárd anyagot. Mágnesezettsége összefügg a részecskék (molekulák és atomok) mágneses tulajdonságaival, amelyekből áll. Nézzük meg, milyen áramkörök lehetségesek mikroszinten. Az atomok mágnesessége két fő okra vezethető vissza:

1) az elektronok mozgása az atommag körül zárt pályán ( orbitális mágneses momentum) (1. ábra);

Rizs. 2

2) az elektronok belső forgása (spin) spin mágneses momentum) (2. ábra).

A kíváncsiaknak. Az áramkör mágneses momentuma egyenlő az áramkörben lévő áram és az áramkör által lefedett terület szorzatával. Iránya egybeesik az áramvezető áramkör közepén lévő mágneses tér indukciós vektorának irányával.

Mivel egy atomban a különböző elektronok pályasíkjai nem esnek egybe, az általuk létrehozott mágneses tér indukciós vektorok (pálya- és spin mágneses momentumok) alá irányulnak. különböző szögekből egymásnak. Egy többelektronos atom kapott indukciós vektora megegyezik az egyes elektronok által létrehozott térindukciós vektorok vektorösszegével. A részben töltött elektronhéjjal rendelkező atomok kompenzálatlan mezőkkel rendelkeznek. A töltött elektronhéjjal rendelkező atomokban a kapott indukciós vektor 0.

A mágneses tér változását minden esetben mágnesezési áramok megjelenése okozza (a jelenség megfigyelhető elektromágneses indukció). Más szavakkal, a mágneses tér szuperpozíciójának elve továbbra is érvényes: a mágnesen belüli mező a $\boldsymbol((\vec(B))_(0))$ külső mező és a $\boldsymbol mező szuperpozíciója. (\vec(B"))$ mágnesező áramok én" , amelyek külső mező hatására keletkeznek. Ha a mágnesezési áramok mezeje ugyanúgy van irányítva, mint a külső tér, akkor a teljes mező indukciója nagyobb lesz, mint a külső tér (3. ábra, a) - ebben az esetben azt mondjuk, hogy az anyag felerősíti a mezőt ; ha a mágnesezési áramok tere ellentétes irányban irányul a külső térrel, akkor a teljes mező kisebb lesz, mint a külső mező (3. ábra, b) - ebben az értelemben mondjuk, hogy az anyag gyengíti a mágneses teret.

Rizs. 3

IN diamágneses anyagok a molekuláknak nincs saját mágneses tere. Az atomokban és molekulákban külső mágneses tér hatására a mágnesezési áramok tere ellentétes irányban irányul a külső térrel, ezért a kapott mező $ \boldsymbol(\vec(B))$ mágneses indukciós vektorának modulusa kisebb legyen, mint a $ \boldsymbol((\vec(B ))_(0)) $ mágneses indukciós vektor modulusa.

Azokat az anyagokat, amelyekben a külső mágneses tér erősödik az anyag atomjainak elektronikus héjának a mágneses mezőkhöz való hozzáadásával az atomi mágneses mezők külső mágneses tér irányába történő orientációja miatt, ún. paramágneses(µ > 1).

Paramágnesek nagyon gyengén fokozza a külső mágneses teret. A paramágneses anyagok mágneses permeabilitása csak a százalék töredékével tér el az egységtől. Például a platina mágneses permeabilitása 1,00036. A paramágneses és diamágneses anyagok mágneses permeabilitásának nagyon kicsi értékei miatt a külső térre gyakorolt ​​hatásuk, illetve a külső térnek a paramágneses vagy diamágneses testekre gyakorolt ​​hatása nagyon nehezen észlelhető. Ezért a hétköznapi gyakorlatban, a technikában a paramágneses és a diamágneses anyagokat nem mágnesesnek tekintik, vagyis olyan anyagoknak, amelyek nem változtatják meg a mágneses teret, és amelyekre a mágneses tér nem hat. Paramágneses anyagok például a nátrium, oxigén, alumínium (μ = 1,00023).

IN paramágnesek A molekulák saját mágneses mezővel rendelkeznek. Külső mágneses tér hiányában a hőmozgás következtében az atomok és molekulák mágneses terének indukciós vektorai véletlenszerűen orientáltak, így átlagos mágnesezettségük nulla (4. ábra, a). Amikor külső mágneses teret alkalmazunk az atomokra és molekulákra, egy pillanatnyi erő hatni kezd, és hajlamos elforgatni őket úgy, hogy mezőik párhuzamosak legyenek a külső mezővel. A paramágneses molekulák orientációja ahhoz vezet, hogy az anyag mágnesezett (4. ábra, b).

Rizs. 4

A molekulák mágneses térben való teljes orientációját a hőmozgásuk megakadályozza, ezért a paramágneses anyagok mágneses permeabilitása a hőmérséklettől függ. Nyilvánvaló, hogy a hőmérséklet emelkedésével a paramágneses anyagok mágneses permeabilitása csökken.

Ferromágnesek

A külső mágneses teret jelentősen fokozó anyagokat nevezzük ferromágnesek(nikkel, vas, kobalt stb.). A ferromágnesekre példa a kobalt, nikkel, vas (μ eléri a 8·10 3 értéket).

A mágneses anyagok ezen osztályának neve a vas latin nevéből származik - Ferrum. Fő jellemzője Ezek az anyagok képesek fenntartani a mágnesezettséget külső mágneses tér hiányában is, minden állandó mágnes a ferromágnesek osztályába tartozik. A vason kívül a periódusos rendszer „szomszédai” - a kobalt és a nikkel - ferromágneses tulajdonságokkal rendelkeznek. A ferromágnesek szélesnek találják gyakorlati alkalmazása a tudományban és a technikában, ezért jelentős számú különböző ferromágneses tulajdonságú ötvözetet fejlesztettek ki.

A ferromágneses példák mindegyike átmeneti csoportos fémekre vonatkozik, amelyek elektronhéja több párosítatlan elektront tartalmaz, ami ahhoz vezet, hogy ezek az atomok jelentős saját mágneses mezővel rendelkeznek. Kristályos állapotban a kristályokban lévő atomok közötti kölcsönhatás következtében spontán mágnesezettségi területek - domének - keletkeznek. Ezeknek a tartományoknak a mérete tized- és századmilliméter (10 -4 - 10 -5 m), ami jelentősen meghaladja az egyes atomok méretét (10 -9 m). Az egyik tartományon belül az atomok mágneses tere szigorúan párhuzamosan orientálódik a többi tartomány mágneses mezőinek orientációja külső mágneses tér hiányában (5. ábra).

Rizs. 5

Így a ferromágnesen belül még nem mágnesezett állapotban is erős mágneses terek léteznek, amelyek orientációja véletlenszerűen, kaotikusan változik az egyik tartományból a másikba való átmenet során. Ha egy test méretei jelentősen meghaladják az egyes tartományok méreteit, akkor ennek a testnek a tartományai által létrehozott átlagos mágneses tér gyakorlatilag hiányzik.

Ha egy ferromágnest külső mágneses térbe helyez B 0 , akkor a tartományok mágneses momentumai elkezdenek átrendeződni. Az anyag metszeteinek mechanikus térbeli elforgatása azonban nem következik be. A mágnesezettség megfordításának folyamata az elektronok mozgásának megváltozásához kapcsolódik, de nem az atomok helyzetének változásához a csomópontokban kristályrács. A mező irányához képest legkedvezőbb orientációjú tartományok méretüket a szomszédos „rossz orientációjú” domének rovására növelik, elnyelve azokat. Ebben az esetben az anyag mezője meglehetősen jelentősen megnő.

A ferromágnesek tulajdonságai

1) egy anyag ferromágneses tulajdonságai csak akkor jelennek meg, ha a megfelelő anyag megtalálható V kristályos állapot ;

2) a ferromágnesek mágneses tulajdonságai erősen függnek a hőmérséklettől, mivel a tartományok mágneses mezőinek orientációját a hőmozgás akadályozza. Minden egyes ferromágneshez van egy bizonyos hőmérséklet, amelyen a tartomány szerkezete teljesen tönkremegy, és a ferromágnes paramágnessé változik. Ezt a hőmérsékleti értéket ún Curie pont . Tehát a tiszta vas esetében a Curie-hőmérséklet körülbelül 900 °C;

3) a ferromágnesek mágnesezettek telítésig gyenge mágneses térben. A 6. ábra azt mutatja be, hogyan változik a mágneses tér indukciós modulusa B acélban a külső tér megváltozásával B 0 :

Rizs. 6

4) a ferromágnes mágneses permeabilitása a külső mágneses tértől függ (7. ábra).

Rizs. 7

Ez azzal magyarázható, hogy kezdetben, növekedéssel B 0 mágneses indukció B erősödik, és ezért μ növekedni fog. Ezután a mágneses indukció értékén B" 0 telítés következik be (μ ebben a pillanatban a maximum), és további növekedéssel B 0 mágneses indukció B 1 az anyagban megszűnik a változás, és a mágneses permeabilitás csökken (1-re hajlamos):

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

5) a ferromágnesek maradék mágnesezettséget mutatnak. Ha például egy ferromágneses rudat helyezünk egy mágnesszelepbe, amelyen az áram áthalad, és telítésig mágnesezzük (pont A) (8. ábra), majd csökkentse az áramerősséget a mágnesszelepben, és ezzel együtt B 0 , akkor észrevehető, hogy a rúdban a térindukció a lemágnesezési folyamata során mindig nagyobb marad, mint a mágnesezési folyamat során. Amikor B 0 = 0 (az áram a mágnesszelepben ki van kapcsolva), az indukció egyenlő lesz B r (maradék indukció). A rúd eltávolítható a mágnesszelepről és állandó mágnesként használható. A rúd végleges lemágnesezéséhez ellentétes irányú áramot kell átvezetni a mágnesszelepen, pl. alkalmazzon külső mágneses teret az indukciós vektorral ellentétes irányú. Most növeljük ennek a mezőnek az indukciós modulusát B oc , demagnetizálja a rudat ( B = 0).

• Modul B oc a mágnesezett ferromágnest demagnetizáló mágneses tér indukcióját ún kényszerítő erő .

Rizs. 8

További emeléssel B 0 telítésig mágnesezheti a rudat (pont A" ).

Most csökkentve B 0 nullára ismét állandó mágnest kapunk, de indukcióval –B r (ellentétes irányba). A rúd ismételt lemágnesezéséhez az eredeti irányú áramot újra be kell kapcsolni a mágnesszelepben, és a rúd demagnetizálódik, amikor az indukció B 0 egyenlővé válik B oc . Folytatva a növekedést I B 0 , mágnesezzük újra a rudat telítésig (pont A ).

Így a ferromágnes mágnesezésekor és lemágnesezésekor az indukció B lemarad B 0. Ezt a késést ún hiszterézis jelenség . A 8. ábrán látható görbét ún hiszterézis hurok .

Hiszterézis (görögül ὑστέρησις - „lemaradva”) - olyan rendszerek tulajdonsága, amelyek nem követik azonnal az alkalmazott erőket.

A mágnesezési görbe (hiszterézis hurok) alakja jelentősen eltér a különböző ferromágneses anyagoknál, amelyekről megállapították, hogy nagyon széles körű alkalmazás tudományos és műszaki alkalmazások. Egyes mágneses anyagok széles hurokkal rendelkeznek, magas remanencia és koercitív értékkel, ezeket nevezik mágnesesen keményés készíteni szoktak állandó mágnesek. Más ferromágneses ötvözeteket alacsony kényszerítő erők jellemzik, ezek az anyagok könnyen mágnesezhetők és újramágnesezhetők még gyenge mezőben is. Az ilyen anyagokat ún mágnesesen puhaés különféle elektromos eszközökben használják - relék, transzformátorok, mágneses áramkörök stb.

Irodalom

1. Aksenovich L. A. Fizika in középiskola: Elmélet. Feladatok. Tesztek: Tankönyv. kedvezmények az általános műveltséget nyújtó intézmények számára. környezet, oktatás / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Szerk. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsiya i vyakhavanne, 2004. - P.330-335.
2. Zhilko, V.V. Fizika: tankönyv. pótlék a 11. évfolyamra. általános műveltség iskola oroszból nyelv képzés / V.V. Zhilko, A.V. Lavrinenko, L. G. Markovics. - Mn.: Nar. Asveta, 2002. - 291-297.
3. Slobodyanyuk A.I. Fizika 10. §13 Mágneses tér kölcsönhatása anyaggal

Megjegyzések

1. A mágneses tér indukciós vektorának irányát csak az áramkör közepén vesszük figyelembe.

A mágneses momentum az anyag mágneses tulajdonságait jellemző fő vektormennyiség. Mivel a mágnesesség forrása egy zárt áram, a mágneses momentum értéke M az áram szorzataként van meghatározva én az áramkör által lefedett területre S:

M = I×S A×m 2 .

Mágneses momentumaik vannak elektronikus héjak atomok és molekulák. Az elektronok és más elemi részecskék spin mágneses momentummal rendelkeznek, amelyet saját mechanikai nyomatékuk - a spin - megléte határoz meg. Az elektron spin mágneses momentuma külső mágneses térben úgy orientálható, hogy a pillanatnak csak két egyenlő és egymással ellentétes irányú vetülete lehetséges a mágneses térerősség vektor irányára, egyenlő Bohr magneton– 9,274×10 –24 A×m 2 .

1. Határozza meg az anyag „mágnesezésének” fogalmát!

Mágnesezés – J- az anyag térfogategységére eső teljes mágneses momentum:

1. Határozza meg a „mágneses szuszceptibilitás” fogalmát.

Egy anyag mágneses érzékenysége, א v – az anyag mágnesezettségének és térfogategységenkénti mágneses térerősségének aránya:

אv = , dimenzió nélküli mennyiség.

Fajlagos mágneses szuszceptibilitás, א – a mágneses szuszceptibilitás és az anyag sűrűségének aránya, azaz. tömegegység mágneses szuszceptibilitása, m 3 /kg-ban mérve.

1. Határozza meg a „mágneses permeabilitás” fogalmát.

Mágneses permeabilitás, μ – ez egy fizikai mennyiség, amely a mágneses indukció változását jellemzi mágneses tér hatására . Izotróp közegeknél a mágneses permeabilitás megegyezik a közegben lévő indukció arányával IN a külső mágneses térerősségre Nés a mágneses állandóhoz μ 0 :

A mágneses permeabilitás dimenzió nélküli mennyiség. Egy adott közegre vonatkozó értéke 1-gyel nagyobb, mint ugyanazon közeg mágneses szuszceptibilitása:

μ = אv+1, mivel B = μ 0 (H + J).

1. Adja meg az anyagok osztályozását a mágneses tulajdonságok alapján!

Mágneses szerkezetük és mágneses permeabilitási (szuszceptibilitási) értékeik alapján az anyagokat a következőkre osztják:

Diamágnesek μ< 1 (az anyag „ellenáll” a mágneses térnek);

Paramágnesek μ > 1(az anyag gyengén érzékeli a mágneses teret);

Ferromágnesek μ >> 1(növekszik az anyagban lévő mágneses tér);

Ferri mágnesek μ >> 1(az anyagban megnő a mágneses tér, de az anyag mágneses szerkezete eltér a ferromágnesek szerkezetétől);

Antiferromágnesek μ ≈ 1(az anyag gyengén reagál a mágneses térre, bár mágneses szerkezete hasonló a ferrimágnesekhez).

1. Ismertesse a diamágnesesség természetét!

A diamágnesesség az anyag azon tulajdonsága, hogy a rá ható külső mágneses tér irányába mágnesezhető (az elektromágneses indukció törvényének és Lenz-szabályának megfelelően). A diamágnesesség minden anyagra jellemző, de „tiszta formájában” diamágneses anyagokban nyilvánul meg. A diamágnesek olyan anyagok, amelyek molekuláinak nincs saját mágneses momentuma (összes mágneses momentumuk nulla), ezért a diamágnesességen kívül más tulajdonságuk nincs is. Példák diamágneses anyagokra:

Hidrogén, א = - 2×10 -9 m 3 /kg.

Víz, א = - 0,7×10 -9 m 3 /kg.

Gyémánt, א = - 0,5×10 -9 m 3 /kg.

Grafit, א = - 3×10 -9 m 3 /kg.

Réz, א = - 0,09×10 -9 m 3 /kg.

Cink, א = - 0,17×10 -9 m 3 /kg.

Ezüst, א = - 0,18×10 -9 m 3 /kg.

Arany, א = - 0,14×10 -9 m 3 /kg.

43. Ismertesse a paramágnesesség természetét!

A paramágnesesség a paramágneseknek nevezett anyagok tulajdonsága, amelyek külső mágneses térbe helyezve olyan mágneses momentumot kapnak, amely egybeesik ennek a mezőnek az irányával. A paramágneses anyagok atomjainak és molekuláinak a diamágneses anyagokkal ellentétben saját mágneses momentumaik vannak. Mező hiányában ezeknek a momentumoknak az orientációja kaotikus (a hőmozgás miatt), és az anyag teljes mágneses momentuma nulla. Külső tér alkalmazásakor a részecskék mágneses momentumai részben a tér irányába orientálódnak, és a H külső térerősséghez hozzáadódik a J mágnesezettség: B = μ 0 (H + J). Az anyagban az indukció fokozódik. Példák paramágneses anyagokra:

Oxigén, א = 108×10 -9 m 3 /kg.

Titán, א = 3×10 -9 m 3 /kg.

Alumínium, א = 0,6×10 -9 m 3 /kg.

Platina, א = 0,97×10 -9 m 3 /kg.

44. Ismertesse a ferromágnesesség természetét!

A ferromágnesesség az anyag olyan mágnesesen rendezett állapota, amelyben az anyag egy bizonyos térfogatában (doménjében) az atomok összes mágneses momentuma párhuzamos, ami a tartomány spontán mágnesezését okozza. A mágneses rend megjelenése az elektronok cserekölcsönhatásával jár, ami elektrosztatikus jellegű (Coulomb-törvény). Külső mágneses tér hiányában a különböző tartományok mágneses momentumainak orientációja tetszőleges lehet, és a vizsgált anyagtérfogat összességében gyenge vagy nulla mágnesezettségű lehet. Mágneses mező alkalmazásakor a tartományok mágneses momentumai a mező mentén orientálódnak, minél nagyobb a térerősség. Ebben az esetben a ferromágnes mágneses permeabilitásának értéke megváltozik és az anyagban az indukció nő. Példák ferromágnesekre:

Vas, nikkel, kobalt, gadolínium

és ezen fémek ötvözetei egymással és más fémekkel (Al, Au, Cr, Si stb.). μ ≈ 100…100000.

45. Ismertesse a ferrimágnesesség természetét!

A ferrimágnesesség az anyag olyan mágnesesen rendezett állapota, amelyben az atomok vagy ionok mágneses momentumai egy bizonyos térfogatú anyagban (tartományban) atomok vagy ionok mágneses részrácsait alkotják, amelyek összmágneses momentumai nem egyenlők egymással és ellentétes irányban irányulnak. A ferromágnesességet a mágnesesen rendezett állapot legáltalánosabb esetének, a ferromágnesességet pedig az egyetlen részrács esetének tekinthetjük. A ferrimágnesek összetétele szükségszerűen ferromágneses atomokat tartalmaz. Példák ferrimágnesekre:

Fe304; MgFe 2O 4; CuFe 2O 4; MnFe204; NiFe 2O 4; CoFe2O4...

A ferrimágnesek mágneses permeabilitása ugyanolyan nagyságú, mint a ferromágneseké: μ ≈ 100…100000.

46. ​​Ismertesse az antiferromágnesesség természetét!

Az antiferromágnesesség az anyag mágnesesen rendezett állapota, amelyre az jellemző, hogy az anyag szomszédos részecskéinek mágneses momentumai ellentétes irányba orientáltak, és külső mágneses tér hiányában az anyag teljes mágnesezettsége nulla. Mágneses szerkezetét tekintve az antiferromágnes a ferrimágnesek speciális esetének tekinthető, amelyben az alrácsok mágneses momentumai egyenlő nagyságúak és ellentétesek. Az antiferromágnesek mágneses permeabilitása közel 1. Példák antiferromágnesekre:

Cr 2O 3; mangán; FeSi; Fe203; NiO……… μ ≈ 1.

47. Mennyi a mágneses permeabilitás értéke szupravezető állapotban lévő anyagok esetén?

A szuprajunkciós hőmérséklet alatti szupravezetők ideális diamágnesek:

א= - 1; μ = 0.

A tekercs mágneses terét az áramerősség és a mező erőssége, valamint a térindukció határozza meg. Azok. A térindukció vákuumban arányos az áram nagyságával. Ha egy bizonyos környezetben vagy anyagban mágneses mező jön létre, akkor a mező hatással van az anyagra, és az viszont bizonyos módon megváltoztatja a mágneses teret.

Egy külső mágneses térben elhelyezkedő anyagot mágneseznek, és egy további belső mágneses tér jelenik meg benne. Összefügg az elektronok mozgásával az atomon belüli pályákon, valamint a saját tengelyük körül. Az elektronok és az atommagok mozgása elemi köráramnak tekinthető.

Mágneses tulajdonságok az elemi köráramot mágneses momentum jellemzi.

Külső mágneses tér hiányában az anyagon belüli elemi áramok véletlenszerűen (kaotikusan) orientálódnak, ezért a teljes vagy a teljes mágneses momentum nulla, és az elemi belső áramok mágneses tere nem érzékelhető a környező térben.

A külső mágneses tér hatása az anyag elemi áramaira az, hogy a töltött részecskék forgástengelyeinek iránya megváltozik, így mágneses momentumaik egy irányba irányulnak. (a külső mágneses tér felé). A különböző anyagok mágnesezettségének intenzitása és jellege ugyanabban a külső mágneses térben jelentősen eltér egymástól. Abszolútnak nevezzük azt a mennyiséget, amely a közeg tulajdonságait és a közeg mágneses térsűrűségre gyakorolt ​​hatását jellemzi mágneses permeabilitás vagy a közeg mágneses permeabilitása (μ Vel ) . Ez az = reláció. Mért [ μ Vel ]=Gn/m.

A vákuum abszolút mágneses permeabilitását mágneses állandónak nevezzük μ O =4π 10 -7 H/m.

Az abszolút mágneses permeabilitás és a mágneses állandó arányát ún relatív mágneses permeabilitásμ c /μ 0 =μ. Azok. A relatív mágneses permeabilitás egy olyan érték, amely megmutatja, hogy a közeg abszolút mágneses permeabilitása hányszorosa nagyobb vagy kisebb, mint a vákuum abszolút permeabilitása. μ egy dimenzió nélküli mennyiség, amely széles tartományban változik. Ez az érték képezi az alapja annak, hogy minden anyagot és médiát három csoportra osztunk.

Diamágnesek . Ezek az anyagok 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.

Paramágnesek . Ezek az anyagok μ > 1. Ide tartozik az alumínium, magnézium, ón, platina, mangán, oxigén, levegő stb. Levegő = 1,0000031. . Ezek az anyagok a diamágneses anyagokhoz hasonlóan gyengén kölcsönhatásba lépnek a mágnessel.

A műszaki számításokhoz a diamágneses és paramágneses testek μ-ét egységnyinek tekintjük.

Ferromágnesek . Ez az anyagok egy speciális csoportja, amely óriási szerepet játszik az elektrotechnikában. Ezek az anyagok μ >> 1. Ide tartozik a vas, acél, öntöttvas, nikkel, kobalt, gadolínium és fémötvözetek. Ezeket az anyagokat erősen vonzza a mágnes. Ezeknél az anyagoknál μ = 600-10 000 Egyes ötvözetek esetében a μ eléri a 100 000-es rekordértéket. .

A ferromágnesekben a µ nagy értékét az magyarázza, hogy spontán mágnesezettségű régiókat (tartományokat) tartalmaznak, amelyeken belül az elemi mágneses momentumok ugyanúgy irányulnak. Összecsukva a tartományok közös mágneses momentumait alkotják.

Mágneses tér hiányában a tartományok mágneses momentumai véletlenszerűen orientáltak, és a test vagy anyag teljes mágneses momentuma nulla. Külső tér hatására a tartományok mágneses momentumai egy irányba orientálódnak, és a test közös mágneses momentumát alkotják, amely a külső mágneses térrel azonos irányba irányul.

Ez fontos jellemzője A gyakorlatban ferromágneses magok tekercsekben történő felhasználásával használják, ami lehetővé teszi a mágneses indukció és a mágneses fluxus élesen növelését azonos áramértékek és fordulatszám mellett, vagy más szóval a mágneses mező koncentrálását egy viszonylag kicsire. kötet.

Mágneses permeabilitás- a mágneses indukció kapcsolatát jellemző fizikai mennyiség, együttható (a közeg tulajdonságaitól függően). texvc nem található; A beállítási segítségért lásd a matematika/README részt.): (B)és a mágneses térerősség Nem sikerült elemezni a kifejezést (végrehajtható fájl texvc nem található; A beállítási segítségért lásd a matematikát/README-t.): (H) az anyagban. Ez az együttható a különböző közegeknél eltérő, így egy adott közeg mágneses permeabilitásáról beszélnek (értsd: összetétele, állapota, hőmérséklete stb.).

Először Werner Siemens "Beiträge zur Theorie des Elektromagnetismus" ("Hozzájárulás az elektromágnesesség elméletéhez") 1881-es munkájában találták meg.

Általában jelölve görög levél Nem sikerült elemezni a kifejezést (végrehajtható fájl texvc . Ez lehet skalár (izotróp anyagok esetén) vagy tenzor (anizotrop anyagok esetén).

Általában a mágneses indukció és a mágneses térerősség közötti kapcsolatot a mágneses permeabilitáson keresztül a következőképpen mutatjuk be

Nem sikerült elemezni a kifejezést (végrehajtható fájl texvc nem található; A beállítási segítségért lásd a math/README részt.): \vec(B) = \mu\vec(H),

És Nem sikerült elemezni a kifejezést (végrehajtható fájl texvc nem található; A beállítási segítségért lásd a math/README részt.): \muáltalános esetben ezt tenzorként kell érteni, amely a komponens jelölésében a következőnek felel meg:

Nem sikerült elemezni a kifejezést (végrehajtható fájl texvc nem található; Lásd math/README – segítség a beállításhoz.): \ B_i = \mu_(ij)H_j

Izotróp anyagok esetén az arány:

Nem sikerült elemezni a kifejezést (végrehajtható fájl texvc nem található; A beállítási segítségért lásd a math/README részt.): \vec(B) = \mu\vec(H)

értelmezhető úgy, hogy egy vektort megszorozunk egy skalárral (a mágneses permeabilitás ebben az esetben skalárra csökken).

Gyakran a megnevezés Nem sikerült elemezni a kifejezést (végrehajtható fájl texvc nem található; A beállítási segítségért lásd a math/README részt.): \mu eltérően használják, mint itt, nevezetesen a relatív mágneses permeabilitásra (ebben az esetben Nem sikerült elemezni a kifejezést (végrehajtható fájl texvc nem található; A beállítási segítségért lásd a math/README részt.): \mu egybeesik a GHS-ben szereplővel).

Az abszolút mágneses permeabilitás dimenziója SI-ben megegyezik a mágneses állandó dimenziójával, azaz Gn / vagy / 2.

A relatív mágneses permeabilitás SI-ben a χ mágneses szuszceptibilitáshoz kapcsolódik az összefüggés alapján

Nem sikerült elemezni a kifejezést (végrehajtható fájl texvc nem található; Lásd math/README – segítség a beállításhoz.): \mu_r = 1 + \chi,

Az anyagok osztályozása mágneses permeabilitási érték alapján

Az anyagok túlnyomó többsége vagy a diamágnesek osztályába tartozik ( Nem sikerült elemezni a kifejezést (végrehajtható fájl texvc nem található; A beállítási segítségért lásd a math/README oldalt.): \mu \lessapprox 1), vagy a paramágnesek osztályába ( Nem sikerült elemezni a kifejezést (végrehajtható fájl texvc nem található; A beállításhoz lásd a math/README oldalt.): \mu \gtrapprox 1). De számos anyag (ferromágnesek), például a vas, kifejezettebb mágneses tulajdonságokkal rendelkezik.

A ferromágneseknél a hiszterézis miatt a mágneses permeabilitás fogalma szigorúan véve nem alkalmazható. Azonban a mágnesező tér változásának bizonyos tartományában (hogy a maradék mágnesezettség elhanyagolható, de a telítés előtt) jobb-rosszabb közelítéssel még mindig lehetséges ezt a függést lineárisként (és lágymágneses esetén) bemutatni. anyagok, az alsó határ a gyakorlatban nem biztos, hogy túl jelentős), és ebben az értelemben a mágneses permeabilitás értéke is mérhető náluk.

Egyes anyagok és anyagok mágneses permeabilitása

Egyes anyagok mágneses érzékenysége

Egyes anyagok mágneses szuszceptibilitása és mágneses permeabilitása

Közepes	Érzékenység χ m (hangerő, SI)	Permeabilitás μ [H/m]	Relatív permeabilitás μ/μ 0	Mágneses mező	Maximális frekvencia
Metglas (angol) Metglas )		1,25	1 000 000	0,5 T-nál	100 kHz
Nanoperm Nanoperm )		10×10 -2	80 000	0,5 T-nál	10 kHz
Mu fém		2,5×10 -2	20 000	0,002 T-nál
Mu fém			50 000
Pemalloy		1,0×10 -2	70 000	0,002 T-nál
Elektromos acél		5,0×10 -3	4000	0,002 T-nál
Ferrit (nikkel-cink)		2,0 × 10 -5 - 8,0 × 10 -4	16-640		100 kHz ~ 1 MHz [[K:Wikipédia:Forrás nélküli cikkek (ország: Lua hiba: callParserFunction: a "#property" függvény nem található. )]][[K:Wikipédia:Cikkek forrás nélkül (ország: Lua hiba: callParserFunction: a "#property" függvény nem található. )]]
Ferrit (mangán-cink)		>8,0×10 -4	640 (vagy több)		100 kHz ~ 1 MHz
Acél		8,75×10 -4	100	0,002 T-nál
Nikkel		1,25×10 -4	100 - 600	0,002 T-nál
Neodímium mágnes			1.05	1,2-1,4 T-ig
Platina		1,2569701×10 -6	1,000265
Alumínium	2,22×10 -5	1,2566650 × 10 -6	1,000022
Fa			1,00000043
Levegő			1,00000037
Konkrét			1
Vákuum	0	1,2566371 × 10 -6 (μ 0)	1
Hidrogén	-2,2×10 -9	1,2566371×10 -6	1,0000000
teflon		1,2567 × 10 -6	1,0000
Zafír	-2,1×10 -7	1,2566368×10 -6	0,99999976
Réz	-6,4×10 -6 vagy -9,2×10 -6	1,2566290×10 -6	0,999994
Víz	-8,0×10 -6	1,2566270×10 -6	0,999992
Bizmut	-1,66×10 -4		0,999834
Szupravezetők	−1	0	0

Lásd még

Írjon véleményt a "Mágneses permeabilitás" cikkről

Megjegyzések

Mágneses áteresztőképességet jellemző részlet

Annyira sajnáltam őt!... De sajnos nem voltam hatalmamban segíteni neki. És őszintén szólva nagyon szerettem volna tudni, hogyan segített neki ez a rendkívüli kislány...
- Megtaláltuk őket! – ismételte meg ismét Stella. – Nem tudtam, hogyan kell csinálni, de a nagymamám segített!
Kiderült, hogy Haroldnak élete során arra sem volt ideje, hogy kiderítse, milyen szörnyen szenvedett a családja, miközben meghalt. Harcos lovag volt, és meghalt, mielőtt városa a „hóhérok” kezébe került volna, ahogy felesége megjósolta.
De amint az „elment” emberek eme ismeretlen, csodálatos világában találta magát, azonnal láthatta, milyen kíméletlenül és kegyetlenül bánik a sors „egyetlen és szeretteivel”. Utána, mint egy megszállott, egy örökkévalóságig próbált valahogy, valahol megtalálni ezeket az embereket, a legkedvesebbeket a számára az egész világon... És nagyon sokáig, több mint ezer évig kereste őket, mígnem egy napon egy teljesen ismeretlen személy, édes lány Stella nem ajánlotta fel neki, hogy „boldogítsa”, és nem nyitotta ki azt a „másik”-t. a jobb oldali ajtót hogy végre megtalálja őket neki...
- Akarod, hogy megmutassam? - javasolta újra a kislány,
De már nem voltam olyan biztos benne, hogy akarok-e mást látni... Mert a látomások, amiket az imént mutatott, bántották a lelkemet, és lehetetlen volt olyan gyorsan megszabadulni tőlük, hogy valamiféle folytatást akarjak látni...
– De látni akarod, mi történt velük! – állapította meg magabiztosan a „tényt” a kis Stella.
Haroldra néztem, és láttam a szemében, hogy teljesen megértette, amit váratlanul átéltem.
– Tudom, mit láttál... Sokszor megnéztem. De most örülnek, nagyon gyakran megyünk megnézni őket... És a „volt”-jukat is... – mondta halkan a „szomorú lovag”.
És csak akkor jöttem rá, hogy Stella egyszerűen, amikor akarta, áthelyezte őt a saját múltjába, ahogy az imént tette!!! És szinte játékosan csinálta!... Észre sem vettem, hogy ez a csodálatos, derűs lány egyre jobban „belekötni” kezdett, szinte igazi csodává válva számomra, amit végtelenül meg akartam nézni... És akit egyáltalán nem akartam elhagyni... Akkor szinte semmit nem tudtam és nem tudtam mást csinálni, csak azt, amit magam is megértek és megtanultam, és nagyon szerettem volna legalább valamit tanulni tőle, amíg még van ilyen. egy lehetőség.
- Kérlek gyere el hozzám! – Stella hirtelen elszomorodott, halkan suttogta: „Tudod, hogy még nem maradhatsz itt... Nagymama azt mondta, hogy nem maradsz nagyon-nagyon sokáig... Hogy még nem halhatsz meg.” De te gyere...
Hirtelen minden sötét és hideg lett körülötte, mintha fekete felhők borították volna be egy ilyen színes és fényes Stella világot...
- Ó, ne gondolj ilyen szörnyű dolgokra! – háborodott fel a lány, és mint egy festőművész ecsettel a vászonra, gyorsan újra „átfestett” mindent világos és örömteli színre.
- Nos, ez tényleg jobb? – kérdezte elégedetten.
„Tényleg csak az én gondolataim voltak?...” Nem hittem el megint.
- Hát persze! – nevetett Stella. "Erős vagy, ezért mindent a magad módján teremtesz magad körül."
– Akkor hogyan gondolkodjak?.. – Még mindig nem tudtam „belépni” az érthetetlenbe.
„Csak fogd be, és csak azt mutasd, amit meg akarsz mutatni” – mondta magától értetődően csodálatos barátom. – A nagymamám tanított erre.
Arra gondoltam, hogy láthatóan itt az ideje, hogy egy kicsit „sokkoljam” a „titkos” nagymamámat, aki (ebben majdnem biztos voltam!) valószínűleg tudott valamit, de valamiért még nem akart megtanítani semmire. ...
– Szóval látni akarod, mi történt Harold szeretteivel? – kérdezte türelmetlenül a kislány.
Hogy őszinte legyek, nem volt túl sok vágyam, hiszen nem voltam benne biztos, hogy mit várhatok ettől a „műsortól”. De hogy ne sértse meg a nagylelkű Stellát, beleegyezett.
- Sokáig nem mutatom meg. ígérem! De tudnod kell róluk, ugye?.. – mondta boldog hangon a lány. - Nézd, a fia lesz az első...

Nagy meglepetésemre a korábban látottakkal ellentétben teljesen más időben és helyen találtuk magunkat, ami Franciaországhoz hasonlított, és a XVIII. századot idéző ​​öltözékben. Egy gyönyörű fedett hintó haladt végig egy széles, aszfaltozott utcán, amiben egy fiatal férfi és egy nő ült nagyon drága öltönyben, és láthatóan nagyon rossz hangulatban... A fiatalember makacsul bizonygatta valamit a lánynak, és ő , egyáltalán nem hallgatva rá, nyugodtan lebegett valahol álmaiban, mint fiatalember nagyon idegesítő...
- Látod, ő az! Ez ugyanaz" kisfiú–... csak sok-sok év után – suttogta Stella csendesen.
- Honnan tudod, hogy tényleg ő az? – még mindig nem egészen értve kérdeztem.
- Hát persze, ez nagyon egyszerű! – meredt rám meglepetten a kislány. – Mindannyiunknak van esszenciája, és az esszenciának megvan a maga „kulcsa”, amivel mindannyiunkat megtalálhatunk, csak tudni kell, hogyan kell keresni. Nézze...
Megint megmutatta nekem a babát, Harold fiát.
– Gondolj a lényegére, és meglátod…
És azonnal megláttam egy átlátszó, fényesen izzó, meglepően erős entitást, akinek a mellkasán egy szokatlan „gyémánt” energiacsillag égett. Ez a „csillag” a szivárvány minden színében ragyogott és csillogott, most csökken, most nő, mintha lassan pulzálna, és olyan fényesen szikrázott, mintha valóban a leglenyűgözőbb gyémántokból hozták volna létre.
– Látod ezt a furcsa, fordított csillagot a mellkasán? - Ez az ő „kulcsa”. És ha megpróbálod követni őt, mint egy szál, akkor egyenesen Axelhez vezet, akinek ugyanaz a csillaga - ez ugyanaz a lényeg, csak a következő inkarnációjában.
Teljes szememmel ránéztem, és Stella ezt észrevetve felnevetett, és vidáman bevallotta:
– Ne gondold, hogy én magam voltam – a nagymamám tanított!
Nagyon szégyelltem magam, hogy teljesen alkalmatlannak érzem magam, de a vágy, hogy többet megtudjak, százszor erősebb volt minden szégyennél, ezért a lehető legmélyebbre rejtettem büszkeségemet, és óvatosan megkérdeztem:
– De mi van ezekkel a csodálatos „valóságokkal”, amelyeket most itt látunk? Hiszen ez valaki másnak, sajátos élete, és nem te teremted őket ugyanúgy, mint az összes világodat?
- Jaj ne! – örült ismét a kislány, hogy elmagyarázhat nekem valamit. - Dehogynem! Ez csak a múlt, amelyben ezek az emberek valaha éltek, és én csak elviszlek téged és engem oda.
- És Harold? Hogyan látja mindezt?
- Ó, könnyű neki! Ő is olyan, mint én, halott, így költözhet, ahová akar. Hiszen neki már nincs fizikai teste, így a lényege itt nem ismer akadályokat, és ott tud sétálni, ahol csak akar... akárcsak nekem... - fejezte be szomorúbban a kislány.
Szomorúan arra gondoltam, hogy ami csak " egyszerű átvitel a múltba”, számomra a jelek szerint még sokáig „rejtély hét zár mögött” lesz... De Stella, mintha meghallotta volna a gondolataimat, azonnal sietett megnyugtatni:
- Meglátod, ez nagyon egyszerű! Csak meg kell próbálni.
– És ezeket a „kulcsokat” soha nem ismétlik mások? – Úgy döntöttem, hogy folytatom a kérdéseimet.
„Nem, de néha más is történik...” valamiért – válaszolta viccesen mosolyogva a kicsi. "Pontosan így kaptam el az elején, amiért még nagyon meg is vertek... Ó, ez milyen hülyeség volt!..."
- Hogyan? – kérdeztem nagyon érdeklődve.
Stella azonnal vidáman válaszolt:
- Ó, ez nagyon vicces volt! - és egy kis gondolkodás után hozzátette: „de veszélyes is... Minden „padlón” a nagymamám múltkori inkarnációját kerestem, és helyette egy egészen más entitás jött a „szálán” , aminek valahogy sikerült „lemásolnia” nagymamám „virágát” (nyilván egy „kulcsot” is!), és ahogy volt időm örülni, hogy végre megtaláltam, ez az ismeretlen entitás kíméletlenül mellbe ütött. Igen, annyira, hogy szinte elszállt a lelkem!..
- Hogyan szabadult meg tőle? – lepődtem meg.
„Hát, hogy őszinte legyek, nem szabadultam meg tőle...” a lány zavarba jött. - Most hívtam a nagymamámat...
– Mit nevezel „padlónak”? - Még mindig nem tudtam megnyugodni.
– Nos, ezek különböző „világok”, ahol a halottak esszenciái élnek... A legszebbben és legmagasabbban azok élnek, akik jók voltak... és valószínűleg a legerősebbek is.
- Olyanok, mint te? – kérdeztem mosolyogva.
- Ó, nem, persze! Valószínűleg tévedésből kerültem ide. – mondta a lány teljesen őszintén. - Tudod, mi a legérdekesebb? Erről az „padlóról” mindenhova el tudunk sétálni, de a többiről senki nem jut el ide... Hát nem érdekes?..
Igen, ez nagyon furcsa volt és nagyon izgalmasan érdekes volt az én „kiéhezett” agyamnak, és nagyon szerettem volna többet tudni!... Talán azért, mert addig a napig senki nem magyarázott el nekem igazán semmit, de csak néha valaki - adott (pl. , például a „sztárbarátaim”), és ezért már egy ilyen egyszerű gyerekes magyarázat is szokatlanul boldoggá tett, és még dühösebben elmélyedtem kísérleteimben, következtetéseimben és hibáimban... szokás szerint mindenben megtaláltam, ami volt. ami még tisztázatlanabb. Az volt a bajom, hogy nagyon könnyen tudtam „szokatlant” csinálni vagy alkotni, de az egész probléma az volt, hogy meg akartam érteni, hogyan is teremtem mindezt... És pontosan ez az, amiben még nem voltam túl sikeres...

6. MÁGNESES ANYAGOK

Minden anyag mágneses, és külső mágneses térben mágneseződik.

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

Diamágnesekμ r < 1, значение которой не зависит от напряженности внешнего магнитного поля. Диамагнетиками являются вещества, атомы (молекулы) которых в отсутствие намагничивающего поля имеют магнитный момент равный нулю: водород, инертные газы, большинство szerves vegyületekés néhány fém ( Cu, Zn, Ag, Au, Hg), valamint IN én, Ga, Sb.

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

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

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

6.1. Az anyagok mágneses jellemzői

Felmérik az anyagok mágneses tulajdonságait fizikai mennyiségek mágneses karakterisztikának nevezzük.

Mágneses permeabilitás

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

μa = μ o ·μ, Gn/m

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

μ – relatív mágneses permeabilitás (dimenzió nélküli mennyiség).

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

μa = IN /N,Gn/m

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

IN – mágneses tér indukciója mágnesben.

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

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

μ = 1 + χ

A mágneses permeabilitás hőmérsékleti együtthatója

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

A változás természetének leírásamágneses tulajdonságok a hőmérséklet függvényébenhasználat hőmérsékleti együttható mágneses permeabilitás.

Paramágneses anyagok mágneses szuszceptibilitásának függése a hőmérséklettőlTCurie törvénye írja le

Ahol C - Curie állandó .

A ferromágnesek mágneses jellemzői

A ferromágnesek mágneses tulajdonságainak függése több összetett karakterábrán látható, és közeli hőmérsékleten éri el a maximumotK To.

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

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

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

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

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

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

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

és az empirikus képlet segítségével egy anyag térfogategységére számítható

J/m 3

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

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

Ahol f - AC frekvencia,T– rezgési periódus.

Magnetostrikció

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

Le Chatelier elvének megfelelően, hogy ellensúlyozza a rendszer befolyását külső tényezők Ezen állapot megváltoztatására törekszik, a ferromágnes mechanikai deformációja, ami a méretének megváltozásához vezet, hatással lehet ezen anyagok mágnesezésére.

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

6.2. A ferromágneses anyagok osztályozása

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

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

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

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

Összetételük alapján az összes mágneses anyagot a következőkre osztják:

· fém;

· nem fém;

· magnetodielektromos.

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

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

Magnetodielektrikumok – ezek 60-80%-ban porított mágneses anyagból és 40-20%-ban szerves dielektrikumból álló kompozit anyagok. Ferritek és magnetodielektromos van nagy érték elektromos ellenállás (ρ = 10 ÷ 10 8 Ohm m), ezen anyagok nagy ellenállása alacsony dinamikus energiaveszteséget biztosít a változókban elektromágneses mezőkés lehetővé teszi széleskörű alkalmazásukat a nagyfrekvenciás technológiában.

6.3. Fém mágneses anyagok

6.3.1. Fém lágy mágneses anyagokat

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

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

F e( CO ) 5 → Fe+ 5 СО,

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

A szilícium acélba 4,8%-ot meghaladó mennyiségben történő bevitele nem javasolt, mivel a szilícium, miközben javítja a mágneses jellemzőket, jelentősen növeli és csökkenti az acél ridegségét mechanikai tulajdonságai.

6.3.2. Fém kemény mágneses anyagok

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

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

· ötvözött martenzites acélok;

· öntött kemény mágneses ötvözetek.

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

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

Az állandó mágnesek gyártásához három fő ötvözetcsoportot használnak:

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

· Ötvözetcsoport:

§ réz – nikkel – vas;

§ réz – nikkel – kobalt;

§ vas - mangán, ötvözöttalumínium vagy titán;

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

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

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

Az ötvözetek rendelkeznek magas értékű kényszerítő erő N TO = 40 – 140 kA/m és nagy tárolt mágneses energia.

6.4. Nem fémes mágneses anyagok. Ferritek

A ferritek alacsony elektromos vezetőképességű kerámia ferromágneses anyagok. Alacsony elektromos vezetőképesség kombinálva magas mágneses jellemzők lehetővé teszi a ferritek széles körű használatát magas frekvenciákÓ.

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

MeO Fe 2 O 3 vagy MeFe 2 O 4,

Ahol Mehkétértékű fém szimbólum.

Például,

ZnO Fe 2 O 3 ill

NiO Fe 2 O 3 ill NiFe 2 O 4

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

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

Puha mágneses ferritek

Puha mágnesesA ferriteket széles körben használják a nagyfrekvenciás elektronika és műszergyártás területén szűrők, kis- és nagyfrekvenciás erősítők transzformátorai, rádióadó- és vevőkészülékek antennái, impulzustranszformátorok és mágneses modulátorok gyártásához. Az ipar a következő típusú lágymágneses ferriteket gyártja széles körű mágneses és elektromos tulajdonságok: nikkel - cink, mangán - cink és lítium - cink. A ferrithasználat felső határfrekvenciája összetételüktől függ, és attól függően változik különböző márkák ferritek 100 kHz-től 600 MHz-ig, a koercitivitás körülbelül 16 A/m.

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

Kemény mágneses ferritek

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

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

6.5. Magnetodielektrikumok

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

Dielektrikumként polisztirol, bakelit gyanta, folyékony üveg stb.

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

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

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