Proprietățile magnetice ale materialului

5) diamagnetice și paramagnetice într-un câmp magnetic.

6) Referințe.

Clasificarea substanțelor asupra proprietăților magnetice

După reacție, câmpul magnetic extern și natura ordonării magnetice interne a tuturor substanțelor din natură pot fi împărțite în cinci grupe: diamagnetice, paramagnetice, feromagnetice, antiferomagnetice și ferimagnetice. tipuri enumerate de magneți corespund celor cinci state diferite magnetice ale materiei: diamagnetism, paramagnetism, feromagnetism, ferimagnetism și antiferomagnetismul.

Pentru a transporta substanțe diamagnetice în care susceptibilitatea magnetică este negativă și este independentă de intensitatea câmpului magnetic extern. Prin diamagnetic includ gazele inerte, hidrogen, azot, multe lichide (apă, ulei și derivații săi), un număr de metale (cupru, argint, aur, zinc, mercur, galiu, etc.), Majoritatea semiconductoarelor (siliciu, germaniu, compus AZ B5 . A2 B6) și compuși organici de cristale alcaline în halogenuri, pahare anorganice, etc., sunt toate substanțele diamagnetice cu o legătură chimică covalentă și substanțelor în stare supraconductoare.

Prin paramagnet includ substanțe cu susceptibilitate magnetică pozitivă care nu depinde de intensitatea câmpului magnetic extern. Unele dintre materialele paramagnetice includ oxigen, oxid de azot, metale alcaline și alcalino-pământoase, unele săruri ale metalelor de tranziție de fier, cobalt, nichel și pământuri rare.

Pentru materialele feromagnetice includ substanțe cu o susceptibilitate magnetică pozitivă ridicată (10 6), care este puternic dependentă de intensitatea câmpului magnetic și de temperatură.

Substanțele antiferomagnetice în care o temperatură mai mică de orientare antiparalel apare spontan momentelor magnetice elementare ale atomilor sau ioni ai rețelei cristaline similare. Când antiferomagnet încălzit trece printr-o fază de tranziție la starea paramagnetic. Antiferomagnetismul detectat din crom, mangan și unele elemente de pământuri rare (Ce, Nd, Sm, Tm, etc.). protozoarele antiferomagnetice tipice sunt compuși chimici pe bază de oxizi de metale tranziționale de tip, halogenuri, sulfuri, carbonați, etc.

Prin ferrimagnets includ substanțe ale căror proprietăți magnetice sunt cauzate de antiferomagnetismul necompensate. Asemenea ferromagnets posedă susceptibilitate magnetică ridicată, care este în mod substanțial independentă de intensitatea câmpului magnetic și de temperatură. Odata cu acest ferrimagnets caracterizate și o serie de diferențe semnificative din materiale feromagnetice.

Proprietățile ferimagnetice posedat de unele aliaje metalice comandate, dar, în principal, - compuși diferiți oxizi, printre care interesul cel mai practic sunt feritele.

Clasificarea materialelor magnetice

Folosit în electronică, materiale magnetice sunt împărțite în două grupe principale: tare magnetic și moale magnetice. Într-un grup separat de materiale izolate pentru scopuri speciale.

Prin includ magnetic materiale cu o forță coercitivă Hc ridicată. Ei remagnetized numai în câmpuri magnetice foarte puternice și sunt folosite pentru a face magneți permanenți.

Pentru a include materiale magnetice moi, cu coercivity scăzută și permeabilitate ridicată. Ei au capacitatea de a fi magnetizate la saturație la câmpuri magnetice mici, caracterizate printr-o buclă de histerezis îngust și pierderi reduse de inversare magnetice. Materiale magnetice moi sunt utilizate în principal ca diferite miezuri magnetice: Drosele de bază, transformatoare, electromagneți, sisteme magnetice de aparate electrice, etc ...

Materiale magnetice moi considerate convențional în care hc <800 А/м, а магнитотвердыми - с Нс> 4 kA / m. Trebuie remarcat, totuși, că cel mai bun material coercivity magnetic moale poate fi mai mică de 1 A / m, iar primele materiale magnetice dure depășește 500 kA / m. Scară de aplicare în materiale de electronice, inclusiv materiale cu destinație specială trebuie făcută cu o buclă de histerezis dreptunghiular (BCP) pentru gama de microunde ferita de dispozitive și materiale magnetostrictive.

În cadrul fiecărui grup, împărțirea materialelor magnetice pentru genuri și specii reflectă diferențele în structura lor și compoziția chimică ia în considerare caracteristicile tehnologice și unele proprietăți specifice.

Proprietățile materialului magnetic determinat de forma curbei de magnetizare și bucla histerezis. Materiale magnetice moi sunt utilizate pentru obținerea de valori cu flux mare. Fluxul magnetic este limitat de saturație magnetică a materialului, ci pentru că cerința de bază pentru materiale magnetice de înaltă electrice și electronice este inducerea ridicată de saturație. Proprietățile materialelor magnetice depind de compoziția lor chimică, puritatea materiilor prime prime și tehnologii de producție. În funcție de tehnologia materiei prime și producția de materiale magnetice sunt împărțite în trei grupe: materiale monolitice metalice, materiale metalice pulbere (magneto) și materiale magnetice oxid, numit pe scurt feritele.

Cerințe de bază pentru materiale

În afară de o permeabilitate magnetică ridicată și forța coercitivă scăzută a materialelor magnetice ar trebui să aibă de inducție de mare saturație, adică sări peste fluxul magnetic maxim prin dat aria secțiunii transversale a circuitului magnetic. Această cerință face posibilă pentru a reduce dimensiunea și greutatea sistemului magnetic.

Materialul magnetic utilizat în domenii variabile ar trebui să aibă, eventual, mai mici pierderi de magnetizare ciclice, care constau în principal din cauza pierderilor histerezis și curenți turbionari.

Pentru a reduce pierderile prin curenți turbionari în transformatoare selectate materiale magnetice cu rezistivitate ridicată. De obicei, miezuri magnetice au fost colectate de la individ izolate una de alta prin foi subțiri. Pe scară largă miezuri de bandă folosite înfășurat dintr-o bandă subțire cu izolație interturn, lac izolator. K foaie și bandă de materiale trebuie să aibă o ductilitate ridicată, care este facilitată prin fabricarea acestor procese.

O cerință importantă pentru materialele magnetice moi este menținerea stabilității proprietăților lor, atât în ​​timp cât și în ceea ce privește influențele externe, cum ar fi temperatura și solicitări mecanice. Dintre toate caracteristicile magnetice ale cele mai mari schimbări în funcționarea materialului expus la permeabilitatea magnetică (în special în domeniile slabe) și forța coercitivă.

Ferromagnets.

Separarea substanțelor diamagnetice, paramagnetice și materiale feromagnetice este în mare măsură condiționată, deoarece primele două tipuri de substanțe diferite în proprietăți magnetice de la un vid mai mic de 0,05%. În practică, toate materialele sunt de obicei împărțite într-o feromagnetic (feromagnetic) și non-feromagnetic, pentru care relativa magnetic permeabilitate m pot fi adoptate de 1,0.

Pentru materialele feromagnetice includ fier, cobalt, nichel și aliaje ale acestora. Ei au o permeabilitate magnetică mai mare decât permeabilitatea mai multor mii de ori. De aceea, toate dispozitivele electrice care utilizează câmpuri magnetice pentru conversia puterii este necesară pentru a avea componente realizate din material feromagnetic și care sunt destinate pentru transportul fluxului magnetic. Astfel de elemente sunt numite miezuri magnetice.

În plus față de materialele cu permeabilitate ridicată feromagnetic magnetice au o dependență puternic neliniară B exprimată prin inducție magnetică de H. intensitatea câmpului și în relație de inversare între B și H devine ambiguă. Funcția B (H) sunt de o importanță deosebită, deoarece numai acestea pot fi utilizate pentru a investiga procese în circuitele electromagnetice care conțin elemente în care fluxul magnetic trece în mediul feromagnetic. Aceste funcții sunt de două tipuri: curbele de magnetizare și bucle histerezis.

Luați în considerare procesul de inversare de magnetizare a unui feromagnet. Să presupunem că inițial a fost complet demagnetizat. În primul rând de inducție crește rapid, datorită faptului că dipoli magnetice orientate de-a lungul liniilor de câmp, adăugând un flux spre exterior. Apoi, creșterea este încetinită ca cantitatea de dipoli neorientate scade și în final, când aproape toate dintre ele sunt ghidate de câmpul magnetic extern care induce o creștere se oprește și saturație are loc (Fig. 1).

Dacă în procesul de a aduce puterea câmpului de magnetizare la o anumită valoare și apoi începe să scadă, scăderea de inducție va fi mai lentă decât atunci când curba de noi si de magnetizare va fi diferit de original. Variația inducției prin creșterea intensității câmpului pentru pre substanta complet demagnetized numita curba magnetizare inițială. Fig. 1 este reprezentat prin linia groasă.

După câțiva ani (aproximativ 10) cicluri de tensiuni se modifică de la pozitiv la negativ maximă relație valorile B = f (H) și începe repeta câștig formă caracteristică curbă închisă simetrică numită buclă de histerezis. Numita histerezis modificări de inducție lag ale câmpului magnetic. Caracteristica de histerezis, în general, pentru toate procesele în care o dependență a unei cantități de valoarea celuilalt, nu numai în curent, dar în starea anterioară, și anume, B2 = f (H2, H1) - unde H2 si H1 - respectiv valorile curente și anterioare de tensiune.

Buclele de histereză pot fi obținute la diferite valori ale intensității maxime a câmpului extern Hm (fig. 2). Locul geometric al punctelor de picuri simetrice cicluri de histerezis numite curba de magnetizare de bază. Curba de magnetizare Rezumat practic coincide cu curba inițială.

buclă histerezis Symmetrical obținută atunci când o rezistență maximă a câmpului Hm (Fig. 2), care corespunde saturației feromagnetic. Se numește ciclu limită.

Pentru a limita ciclul este setat ca valorile Br inducție la H = 0, ceea ce se numește inducție reziduală. și valoarea Hc când B = 0, numită forța coercitivă. Coercitivitate (holding) forță arată ce intensitatea câmpului extern trebuie atașat la materialul pentru a reduce inducerea reziduală la zero.

Forma și punctele caracteristice ale ciclului limită se determină proprietățile feromagnetice. Substanțe cu o inducție reziduală ridicată, forța coercitivă și zona buclei histerezis (Curba 1 din Fig. 3) sunt denumite magnitnotverdymi. Acestea sunt utilizate pentru fabricarea de magneți permanenți. Substanțele cu o inducție reziduală scăzută și zona buclei histerezis (curba 2 din fig. 3), numit magnetic moale și sunt utilizate pentru fabricarea miezurilor de dispozitive electrice, în special de lucru cu un flux magnetic alternativ.

Atunci când inversarea feromagnet în aceasta conversia ireversibilă a energiei în căldură.

Lăsați câmpul magnetic produs de o bobină prin care curge i curent. Apoi, activitatea sursei de alimentare de lichidare cheltuite pentru schimbarea elementară în fluxul magnetic este

Grăitor, această lucrare reprezintă suprafața benzilor elementare ale buclei histerezis (Fig. 4 a)).

de lucru complet pe unitatea de volum magnetizare inversare a substanței este determinată ca o parte integrantă peste conturul buclei histerezis

circuit de integrare poate fi împărțit în două porțiuni corespunzătoare unei schimbări în inducerea -Bm la Bm și Bm pentru a schimba de la -Bm. Integralelor în aceste zone corespund zonelor umbrite din Fig. 4 a) și b). Fiecare parcelă corespunde unei părți a zonei de lucru mecanic negativ și după scăderea-l din partea pozitivă obținem pentru ambele secțiuni ale zonei delimitate de curba ciclului de histerezis (fig. 4)).

Notând energia pe unitatea de volum de material depus pe inversare pentru un ciclu complet simetric prin W'h = A „obținem

Există relație empirică de calcul a pierderii specifice de energie la inversarea

unde h - factor în funcție de substanță; Bm - inducție maximă; n - exponent care depinde de obicei primite și Bm

Fenomenul de histerezis și a pierderii de energie poate fi explicat prin ipoteza magneților elementare. magneți elementari în materialul sunt particule care au un moment magnetic. Acest câmp magnetic se pot roti pe orbite ale electronilor și momentele lor de spin magnetice. Acesta din urmă joacă rolul cel mai important în fenomenele magnetice.

La temperatura normală a materialului feromagnetic este format din magnetizate spontan într-o anumită direcție regiuni (domenii) în care magneții elementare sunt aranjate aproape paralele între ele și sunt ținute în această poziție de către forțele magnetice și interacțiunea electrică.

Câmpurile magnetice ale regiunilor individuale nu a fost găsit în spațiul extern, deoarece acestea sunt magnetizate în direcții diferite. Intensitatea domeniilor J magnetizării spontane depinde de temperatură și zero absolut este intensitatea completă saturație. mișcare termică distruge structura ordonată la o anumită temperatură și q. caracteristică a substanței, aranjamentul ordonat este complet distrus. Această temperatură se numește punctul Curie. Deasupra punctului substanța Curie are proprietăți paramagnet.

Sub influența câmpului extern agenților de condiție poate varia în două moduri. Magnetizarea poate fi modificat fie prin domeniu reorientarea sau împingerii granițelor lor spre regiune cu o componentă mai redusă a magnetizării coincide cu direcția câmpului extern. Deplasarea limitelor domeniului este angajat reversibil până la o anumită limită, după care unele sau toate din zona reorientată permanent. In timp ce domeniul hopping rapid Reorientarea creează curenți turbionari, provocând pierderi de energie în timpul inversare.

Studiile arată că a doua metodă de schimbare a caracteristicii orientare a porțiunii abruptă a curbei de magnetizare, iar prima - porțiunea regiunii de saturație.

După reducerea intensității câmpului magnetic extern la zero domenii stochează o parte noua direcție preferențială de magnetizare, care se manifestă ca magnetizare rezidual.

Paramagnetic și diamagnetic într-un câmp magnetic

densități de curent microscopică materialul magnetizat este extrem de complexă și foarte variabilă chiar și în termen de un atom. Dar, în multe probleme practice, astfel încât o descriere detaliată este inutilă, și suntem interesați în domeniul mediu magnetic creat de un număr mare de atomi.

Așa cum am spus, magneți pot fi împărțite în trei grupe principale: diamagnetice, paramagnetice și materiale feromagnetice.

Diamagnetismul (din dia greacă -. Divergența și magnetism) - proprietate substanțe magnetizate spre câmpul magnetic aplicat.

Diamagnetikaminazyvayutsya substanta, momentele magnetice ale atomilor, care, în absența câmpului extern este zero, deoarece toate momentele magnetice ale electronilor reciproc compensate atom (de exemplu, gazele inerte, hidrogen, azot, NaCI, etc.).

Atunci când se face o substanță diamagnetic într-un câmp magnetic al atomilor săi dobândesc induse momentelor magnetice. În volum mic # 916; V diamagnetice izotrop indusă momentelor magnetice

Toți atomii sunt vector identice și oppositely direcționate

vector magnetizarea diamagnetic este: