что означает насыщение ферромагнетика

7.5. Ферромагнетизм

У ферромагнетиков, так же как и у парамагнитных материалов, собственное поле при намагничивании усиливает внешнее поле, то есть c_m > 0 и достигает очень больших значений (для железа, например, c_m = 5 000, но есть сплавы с еще большими значениями c_m = 50 000).

Ферромагнитные вещества обладают рядом отличительных свойств:

Рис. 7.10. Зависимость магнитной индукции В от напряженности магнитного поля Н
(основная кривая намагничивания 01, а также частная 1’2’3’4’5’6′ и предельная 123456 петли гистерезиса)

Изучение строения ферромагнетиков показало, что ферромагнетик состоит из множества самопроизвольно (спонтанно) намагниченных областей, с линейными размерами порядка 10 –3 –10 –4 см, которые называются доменами. Причиной их образования является сильное взаимодействие спиновых магнитных моментов, которые, стремясь стать параллельными, ориентируются одинаково в пределах достаточно большой области, которая и становится доменом. Раз в каждом из доменов магнитные моменты всех его молекул или атомов направлены в одну сторону, то их векторная сумма дает отличный от нуля магнитный момент всего домена.

Если ферромагнетик не намагничен (J = 0), то магнитные моменты отдельных доменов распределены по направлениям изотропно, и суммарный момент ферромагнетика равен нулю. При включении внешнего магнитного поля происходит рост доменов, ориентированных вдоль внешнего поля, за счет доменов, магнитные поля которых имеют иное направление. С увеличением внешнего поля происходит рост собственного магнитного поля ферромагнетика. В слабых полях такой рост носит обратимый характер. В более сильных полях одновременно происходит переориентация магнитных моментов в пределах всего домена. Этот процесс является необратимым, чем объясняется гистерезис и остаточная намагниченность. В очень сильном внешнем поле все домены имеют одинаковую ориентацию вдоль внешнего поля. Наступает состояние магнитного насыщения ферромагнетика.

Качественная картина роста доменов, ориентированных параллельно внешнему полю, при увеличении внешнего поля в процессе намагничивания ферромагнетика показана на рис. 7.11.

Рис. 7.11. Намагничивание ферромагнетика во внешнем поле:
1 — Н = 0; 2 — Н = Н₁; 3 — Н = Н₂, Н₂ > Н₁

Видео 7.3. Эффект Бракгаузена: хруст «костей» ферромагнетика при его перемагничивании.

В сильных полях с (напряженность H порядка 200 А/м и более) намагничивание достигает насыщения (рис. 7.12).

Рис. 7.12. Насыщение намагничивания в сильных внешних полях

При достижении насыщения магнитная индукция поля В продолжает расти вместе с внешним полем по линейному закону

В состоянии насыщения практически все домены выстроены вдоль внешнего поля Н. Поэтому индукция В‘ перестает расти и на увеличение B не влияет, но B₀ с ростом H продолжает увеличиваться. Поэтому в состоянии насыщения магнитная индукция внутри ферромагнетика продолжает медленно линейно возрастать.

При изменении напряженности H внешнего поля зависимость В = В(H) имеет вид, изображенный на рисунке 7.10. В начальный момент времени, если ферромагнетик не был намагничен, то H = 0 и В = 0, затем при увеличении H до значения H₁ индукция возрастает по кривой 01 до значения В₁. При плавном уменьшении напряженности внешнего магнитного поля индукция В будет изменяться по кривой 12, а не по первоначальной кривой 01. В результате, когда напряженность внешнего поля станет равной нулю, намагничивание образца не исчезает и характеризуется величиной B_r, которая называется остаточной индукцией. Намагниченность имеет при этом значение J_r, называемое остаточной намагниченностью. В этом проявляется необратимость процесса намагничивания ферромагнетика.

Как уже говорилось, домены — достаточно крупные образования, и тепловое движение не в состоянии разрушить остаточную индукцию. Для этого надо приложить обратное внешнее поле. Магнитная индукция становится равной нулю (точка 3 на рис. 7.10) под действием противоположного по направлению поля величиной H_с. Напряженность размагничивающего поля H_с называется коэрцитивной силой.

При действии на ферромагнетик переменного магнитного поля с напряженностью Н H₁, то получаем предельную петлю гистерезиса 1234561, соответствующую насыщению намагниченности.

На рис. 7.13 показан опыт, в котором наблюдается петля гистерезиса. Демонстрируется электронно-лучевая трубка с катушками вертикального и горизонтального отклонения луча. При подаче одинакового переменного напряжения на обе пары катушек на экране видна наклонная прямая линия. Затем в горизонтальные катушки, отклоняющие луч по вертикали, вставляются ферромагнитные стержни, и вертикальное отклонение луча становится пропорциональным индукции магнитного поля в ферромагнетике. При этом на экране осциллографа наблюдается петля гистерезиса для данного ферромагнетика.

Рис. 7.13. Петля гистерезиса

Поскольку магнитная индукция В в ферромагнетике неоднозначно зависит от напряженности поля Н, то указываемая в справочниках магнитная проницаемость ферромагнетиков

,

общепринято определять только для основной кривой намагничивания.

При высоких температурах вещество ферромагнетика превращается в парамагнетик, поскольку доменная структура вещества разрушается под действием теплового движения. Превращение происходит при вполне определенной для каждого ферромагнетика температуре Т_С, называемой точкой Кюри; для железа Т_С = 1 043 К, для кобальта Т_С = 1 393 К и для никеля Т_С = 631 К.

На рис. 7.14 демонстрируется исчезновение притяжения ферромагнитной пластинки к постоянному магниту при нагревании ее выше точки Кюри. Пластинка подвешена на тонкой проволоке в стороне от магнита так, что натянутая за счет притяжения к магниту проволока наклонена относительно вертикали. Под пластинку помещают газовую горелку, и после нагрева выше температуры Кюри пластинка перестает натягивать проволоку к магниту, отходит от него, и подвес принимает вертикальное положение.

Рис. 7.14. Разрушение ферромагнитных свойств ферромагнетика при нагревании выше точки Кюри

Источник

Что означает насыщение ферромагнетика

Магнитная проницаемость и насыщение

Для лучшего понимания нелинейности магнитной проницаемости материала, ее можно отобразить в виде графика. Давайте поместим величину напряженности магнитного поля (Н), равную отношению магнитодвижущей силы (F) к длине материала, на горизонтальной оси графика. Не его вертикальной оси мы поместим величину магнитной индукции (В), равную отношению полного магнитного потока (Ф) к площади поперечного сечения материала. Таким образом, мы будем использовать напряженность магнитного поля (Н) и магнитную индукцию (В) вместо магнитодвижущей силы (F) и магнитного потока (Ф), в результате чего наш график будет независим от физических размеров тестируемого материала. Зачем мы это делаем? А затем, чтобы показать математическую зависимость между магнитодвижущей силой и магнитным потоком для любого фрагмента конкретного материала.

Для начала мы с вами будем увеличивать напряженность магнитного поля (увеличивать ток через катушку электромагнита ). В этом случае можно наблюдать увеличение намагниченности ( вверх и вправо) в соответствии с обычной кривой намагничивания :

Затем, мы прекратим подачу тока на катушку электромагнита и посмотрим, что происходит с намагниченностью (первую кривую при этом оставим на графике):

Когда напряженность магнитного поля достигнет нуля, величина магнитной индукции еще не будет нулем. Это говорит о том, что даже после выключения намагничивающего тока магнитное поле в железе остается. В данной точке сердечник нашего электромагнита действует как постоянный магнит. Теперь давайте подключим к катушке ток обратного направления:

Кривая намагничивания в этом случае будет идти вниз и влево до тех пор, пока железо не намагнитится до насыщения в противоположном направлении. Далее, мы снова прекратим подачу тока на катушку электромагнита, и посмотрим, что произойдет с намагниченностью:

И снова, когда напряженность магнитного поля достигнет нуля, величина магнитной индукции еще не будет нулем. В железном сердечнике останется магнитное поле, но его направление будет противоположно предыдущему аналогичному действию (обесточиванию катушки). Если мы вновь подадим ток положительного направления на катушку, то намагниченность достигнет своего пика в правом верхнем углу графика:

Для магнитных систем, как и для систем рулевого управления, гистерезис может быть проблемой. Если вы проектируете систему, нуждающуюся в точной величине магнитного потока при заданной величине тока, то гистерезис вполне может нарушить ваши планы. Аналогичным образом, система рулевого управления с люфтом неприемлема для гоночного автомобиля, нуждающегося в «точном» руле. Кроме того, попытки преодолеть остаточную намагниченность электромагнита обречены на неудачу, если для его питания используется переменный ток.

Источник

Магнитное насыщение

Смотреть что такое «Магнитное насыщение» в других словарях:

МАГНИТНОЕ НАСЫЩЕНИЕ — достижение максимально возможного для данного вещества значения намагниченности М?. В ферромагнетиках магнитное насыщение считается достигнутым, если магнитный момент достигает значения, равного спонтанной намагниченности Мs ферромагнитных… … Большой Энциклопедический словарь

МАГНИТНОЕ НАСЫЩЕНИЕ — состояние парамагнетика или ферромагнетика, при к ром его намагниченность J достигает предельного значения J? намагниченности насыщения, не меняющейся при дальнейшем увеличении напряжённости намагничивающего поля. В случае ферромагнетиков J?… … Физическая энциклопедия

магнитное насыщение — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN saturationinduction saturationmagnetic saturation … Справочник технического переводчика

МАГНИТНОЕ НАСЫЩЕНИЕ — состояние вещества, при котором его (см.) достигает предельного значения, не меняющегося при дальнейшем увеличении напряжённости внешнего (намагничивающего) магнитного поля … Большая политехническая энциклопедия

магнитное насыщение — достижение максимально возможного для данного вещества значения намагниченности М∞. В ферромагнетиках магнитное насыщение считается достигнутым, если магнитный момент достигает значения, равного спонтанной намагниченности Ms ферромагнитных… … Энциклопедический словарь

магнитное насыщение — magnetinė sotis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. magnetic saturation vok. magnetische Sättigung, f rus. магнитное насыщение, n pranc. saturation magnétique, f … Fizikos terminų žodynas

магнитное насыщение — [magnetic saturation] состоянее вещества, при котором его намагниченность достигает максимального значения и не изменяется с дальнейшим увеличением магнитного поля. Смотри также: Насыщение диффузионное насыщение … Энциклопедический словарь по металлургии

МАГНИТНОЕ НАСЫЩЕНИЕ — достижение максимально возможного для данного в ва значения намагниченности М. В ферромагнетиках М.н. считается достигнутым, если магн. момент достигает значения, равного спонтанной намагниченности MS ферромагн. доменов при данной темп ре … Естествознание. Энциклопедический словарь

техническое магнитное насыщение материала объекта контроля — магнитное насыщение Состояние материала объекта контроля, при котором его намагниченность достигает предельного максимального значения, существенно не меняющегося при дальнейшем увеличении напряженности внешнего магнитного поля. [Система… … Справочник технического переводчика

НАСЫЩЕНИЕ МАГНИТНОЕ — см. Магнитное насыщение. Физическая энциклопедия. В 5 ти томах. М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988 … Физическая энциклопедия

Источник