Свойства ферромагнитных материалов, гистерезис

Широкое применение ферромагнетиков в электротехнике обусловлено их способностью сильно намагничиваться и значительно усиливать внешнее магнитное поле. Практическое значение имеют особые свойства ферромагнитных материалов

1. Ферромагнетики легко и быстро намагничиваются. Относительная магнитная проницаемость μ достигает 10⁵ и более.

2. С ростом напряженности внешнего магнитного поля Н магнитная индукция В и намагниченность J увеличиваются, но не пропорционально напряженности, поскольку магнитная проницаемость μ и магнитная восприимчивость κ зависят от напряженности (рис. 16.4).

3. Начиная с некоторого значения напряженности Н_S, происходит магнитное насыщение, то есть магнитная индукция достигает насыщения В_S и перестает расти с ростом напряженности. Это объясняется тем, что все элементарные магниты ориентировались в направлении поля.

4. Если после достижения насыщения уменьшать напряженность поля, то магнитная индукция будет уменьшаться, но кривая уменьшения будет отличаться от кривой возрастания.

5. При устранении внешнего магнитного поля (Н = 0) материал остается намагниченным, то есть В ≠ 0, то есть размагничивание как бы отстает от намагничивания. Это явление называют гистерезисом, что на греческом языке означает запаздывание. Значение магнитной индукции B_r при Н = 0 называют остаточной намагниченностью.

6. Если изменить направление поля и увеличивать его напряженность, то при некоторой напряженности Н_С материал полностью размагнитится и В= 0. Значение напряженности магнитного поля Н_С, необходимое для полного устранения поля в материале, называют коэрцитивной силой.

7. Если продолжать увеличивать напряженность, происходит намагничивание в обратном направлении.

8. При циклическом перемагничивании с определенной частотой ферромагнитное вещество нагревается, то есть возникают потери энергии на перемагничивание.

Замкнутая кривая В (Н) называется петлей магнитного гистерезиса. Циклическое перемагничивание при значениях Н и В, отличных от насыщения, тоже образует петли гистерезиса, лежащие внутри предельной петли. Вершины внутренних гистерезисных петель лежат на кривой, близкой к начальной кривой намагничивания, но не совпадающей с ней. Кривая, соединяющая вершины всех внутренних петель гистерезиса, называется основной кривой намагничивания.

Различают две основных группы магнитных материалов: магнитотвердые и магнитомягкие.

Магнитотвердые материалы имеют большое значение остаточной намагниченности и коэрцитивной силы. Гистерезисная петля таких материалов – широкая (рис. 16.5, а). Такие материалы, будучи намагниченными, могут размагнититься только в очень сильных полях, поэтому их применяют для изготовления постоянных магнитов.

Магнитомягкие материалы имеют большую магнитную проницаемость и малое значение коэрцитивной силы (узкая петля гистерезиса) (рис. 16.5, б). Благодаря малой коэрцитивной силе такие материалы легко размагничиваются, что очень важно при работе в цепях переменного тока. Из этих материалов изготавливают сердечники катушек, магнитопроводы электрических машин и аппаратов.