Намагничивание ферромагнитных материалов

Ферромагнитные вещества широко применяются в электротехнике благодаря их способности значительно усиливать при намагничивании внешнее магнитное поле. Свойства этих веществ исследуют, измеряя напряженность поля H и магнитную индукцию В катушки со стальным сердечником (рис.6). По результатам измерений вычерчивается график (рис. 7). Этот график, показывающий зависимость магнитной индукции в стали от напряженности намагничивающего поля, называется кривой первоначального на­магничивания. По кривым намагничивания для каждого сорта стали находят значение магнитной индукции для любого значения напря­женности магнитного поля, или наоборот.

Рис.6

Рис.7

Участок оа (см. рис. 7) соответствует ненасыщенному состоянию стали; участок аб — колено кривой намагничивания, на котором замедляется рост маг­нитной индукции при прежнем росте напряженности поля; участок после точки б соответствует насыщенному состоя­нию стали, когда все элементарные магниты уже ориентированы вдоль направления внешнего поля.

Допустим, что по намагничивающей катушке проходит ток, изменяющейся по величине и направлению.

Рис. 8. Петля гистерезиса

Увеличивая ток (кривая 0-1 на рис.8), получим состояние магнитного насыщения (точка 1) и значение магнитной индукции Bs при напряженности Hs. Затем, уменьшая ток, будем уменьшать напряженность поля до нуля (точка 2). Получим значение магнитной индук­ции Br, которое называется остаточной индукцией.

Изменив направление тока, из­меним и направление напряженности поля. Доведя ее до некоторо­го значения Hc, называемого задерживающей (коэрцитивной) си­лой, получим магнитную индукцию, равную нулю (точка 3).

Продолжая изменять величину и направление тока, получим кривые 3-4, 4-5, 5-6 и 6-0. Таким образом, при циклическом перемагничивании ферромаг­нитного тела зависимость B=f(H) графически выражается замкну­той кривой 0-1-2-3-4-5-6-0, называемой петлей гистерезиса (рис.8), в которой участок 0-1: кривая первоначального намагничивания.

Ферромагнитные материалы разделяются на магнитомягкие и магнитотвердые. Магнитомягкие материалы легко намагничиваются и легко размагничиваются, имеют узкую петлю гистерезиса (электротехническое железо, пермаллой. Они применяются в электрических машмнах, электромагнитах и т.д. Маг­нитотвердые материалы трудно намагнитить, но они длительное вре­мя сохраняют остаточный магнетизм, имеют широкую петлю гисте­резиса.

Способность ферромагнитных тел намагничиваться объясняется наличием в них самопроизвольно намагниченных микроскопических областей, которые можно рассматривать как элементарные магниты. Под действием намагничивающего поля эти магниты поворачивают­ся в направлении поля и тем создают собственное поле данного тела. При этом магнитное поле ферромагнитного тела может быть во много раз большое намагничивающего поля.

Перемагничивание связано с затратой энергии, которая превращается в тепло. Количество энергии, затрачиваемой на один цикл перемагничивании, пропорционально площа­ди петли гистерезиса. Потери энергии, связанные с процес­сом перемагничивании, называются потерями на гистере­зис (или потери на перемагничивание).