4.2.1. Абсолютная магнитная проницаемость
4.2.2. Температурный коэффициент магнитной проницаемости
4.2.4. Остаточная магнитная индукция
4.2.5. Удельные потери на гистерезис
4.2.6. Динамическая петля гистерезиса
4.2.7. Потери энергии на вихревые токи
Поведение ферромагнитного материала в магнитном поле характеризуется начальной кривой намагничивания:
Рис. 4.1. Начальная кривая намагничивания.
Показывающей зависимость магнитной индукции В в материале от напряженности магнитного поля Н.
Свойства магнитных материалов оценивают магнитными характеристиками. Рассмотрим основные из них.
4.2.1. Абсолютная магнитная проницаемость
Абсолютная магнитная проницаемость m а материала представляет собой отношение магнитной индукции В к напряженности магнитного поля Н в заданной точке кривой намагничивания для данного материала и выражается в Гн/м:
m а=В/Н (4.3)
Относительная магнитная проницаемость материала m есть отношение абсолютной магнитной проницаемости к магнитной постоянной:
m =m а/m о (4.4)
μ0 – характеризует магнитное поле в вакууме (m0=1.256637·10-6 Гн/м).
Абсолютная магнитная проницаемость применяется только для расчетов. Для оценки же свойств магнитных материалов используют m, не зависящую от выбранной системы единиц. Ее называют магнитной проницаемостью. Магнитная проницаемость зависит от напряженности магнитного поля:
Рис. 4.2. Зависимость магнитной проницаемости от напряженности магнитного поля.
Различают начальную m н и максимальную магнитную проницаемость m м. Начальную измеряют при напряженностях магнитного поля, близких к нулю.
Большие значения m н и m м показывают, что данный материал легко намагничивается в слабых и сильных магнитных полях.
4.2.2. Температурный коэффициент магнитной проницаемости
Температурный коэффициент магнитной проницаемости ТКm позволяет оценить характер изменения m в зависимости
ТКμ= ( μ2 - μ1)/ μ1(Т2 – Т1) [1/°]
Типичная зависимость μ от Т° приведена на рис.4.3.
Рис.4.3. Типичная зависимость магнитной проницаемости ферромагнитных материалов от температуры
Т°, при которой μ падает почти до нуля называется температурой Кюри Тк. При Т > Тк процесс намагничивания расстраивается из-за интенсивного теплового движения атомов и молекул материала, следовательно, материал перестает быть ферромагнитным.
Так, для чистого железа Тк = 768°C для никеля Тк = 358°C для кобальта Тк = 1131°C
4.2.3. Индукция насыщения
Индукция Вs, характерная для всех магнитных материалов, называется индукцией насыщения (см.рис.4.4). Чем больше Вs при заданной Н, тем лучше магнитный материал.
Если образец магнитного материала намагничивать, непрерывно повышая напряженность магнитного поля Н, магнитная индукция В тоже будет непрерывно возрастать по кривой начального намагничивания 1:
Рис.4.4. Петля гистерезиса магнитного материала
Эта кривая заканчивается в точке, соответствующей индукции насыщения Вs. При уменьшении Н индукция тоже будет уменьшаться, но начиная с величины Вm значения В не будут совпадать с начальной кривой намагничивания.
4.2.4. Остаточная магнитная индукция
Остаточная магнитная индукция Вr наблюдается в ферромагнитном материале, когда Н=0. Для размагничивания образца надо, чтобы напряженность магнитного поля изменила свое направление на противоположное – Н. Напряженность поля, при которой индукция становится равной нулю, называется коэрцитивной силой Нс. Чем больше Нс, тем в меньшей степени материал способен размагничиваться.
Если после размагничивания материала намагничивать его в противоположном направлении, образуется замкнутая петля, которую называют предельной петлей гистерезиса – петля, снятая при плавном изменении напряженности магнитного поля от +Н до –Н, когда магнитная индукция становится равной индукции насыщения Вs.
4.2.5. Удельные потери на гистерезис
Это потери Pг, затрачиваемые на перемагничивание единицы массы материала за один цикл [Вт/кг]. Их величина зависит от частоты перемагничивания и значения максимальной индукции. Они определяются (за один цикл) площадью петли гистерезиса.
4.2.6. Динамическая петля гистерезиса
Она образуется при перемагничивании материала переменным магнитным полем и имеет большую площадь, чем статическая, т.к. при действии переменного магнитного поля кроме потерь на гистерезис возникают потери на вихревые токи и магнитное последействие (отставание по времени параметров от Н), которое определяется магнитной вязкостью материала.
4.2.7. Потери энергии на вихревые токи
Потери энергии на вихревые токи Рв зависят от удельного электрического сопротивления материала ρ. Чем больше ρ, тем меньше потери. Рв также зависят от плотности материала и его толщины. Они пропорциональны квадрату амплитуды магнитной индукции Вm и частоты f переменного поля.
4.2.8. Коэффициент прямоугольности петли гистерезиса
Для оценки формы гистерезисной петли пользуются коэффициентом прямоугольности петли гистерезиса:
Кп = Вr /Вm (4.6)
Чем больше Кп, тем прямоугольнее петля. Для магнитных материалов, применяемых в автоматике и ЗУ ЭВМ, Кп = 0.7-0.9.
4.2.9. Удельная объемная энергия
Это характеристика, применяемая доля оценки свойств магнитно-твердых материалов, выражается формулой:
Wм = 1/2(Bd·Hd), (4.7)
где Bd и Hd соответственно индукция и напряженность магнитного поля, соответствующие максимальному значению удельной объемной энергии (рис.4.5).
Рис.4.5. Кривые размагничивания и магнитной энергии
Чем больше объемная энергия, тем лучше магнитный материал и постоянный магнит, из него изготовленный.