какая величина гораздо меньше у магнитомягких материалов чем у магнитотвердых
Какая величина гораздо меньше у магнитомягких материалов чем у магнитотвердых
Ферромагнитные материалы подразделяют на магнитомягкие и магнитотвердые.
Магнитомягкие материалы обладают круто поднимающейся основной кривой намагничивания и относительно малыми площадями гистерезисных петель. Их применяют во всех устройствах, которые работают или могут работать при периодически изменяющемся магнитном потоке (трансформаторах, электрических двигателях и генераторах, индуктивных катушках и т. п.).
Некоторые магнитомягкие материалы, например перминвар, сплавы 
и др., обладают петлей гистерезиса по форме, близкой к прямоугольной (рис. 14.4,а). Такие материалы получили распространение в вычислительных устройствах и устройствах автоматики.
В группу магнитомягких материалов входят электротехнические стали, железоникелевые сплавы типа пермаллоя и др.
Магнитотвердые материалы обладают полого поднимающейся основной кривой намагничивания и большой площадью гистерезисной петли. В группу магнитотвердых материалов входят углеродистые стали, сплавы магнико, вольфрамовые, платинокобальтовые сплавы и сплавы на основе редкоземельных элементов, например самарийкобальтовые. У последних ВГ 
.
На рис. 14.4, б качественно сопоставлены гистерезисные петли для магнитомягкого материала типа пермаллоя (кривая 
) и для магнитотвердого материала (кривая 2).
В чем отличие магнитомягких от магнитотвердых материалов.
Их различают по ширине петли гистерезиса.
У магнитомягких материалов узкая петля гистерезиса. У магнитожестких материалов широкая петля гистерезиса с формой близкой к прямоугольной.
По форме петли гистерезиса хорошо видно, что для перемагничивания магнитожестких материалов требуются большие магнитные поля. При достижении таких полей магнитожесткий материал быстро перемагничивается почти до насыщения.
По форме петли гистерезиса хорошо видно, что для перемагничивания магнитомягких материалов требуются небольшие магнитные поля. При достижении таких полей магнитомягкий материал слегка перемагничивается. Чтобы перемагнитить его до насыщения нужно дальше продолжать увеличивать магнитное поле.
На более глубоком уровне разница в том, что у кристаллов магнитомягких материалов очень слабые легкие оси намагничивания. Порой вместо легких осей намагничивания имеются плоскости легкого намагничивания. Поэтому во внешнем магнитном поле у магнитомягких материалов не только сдвигаются границы магнитных доменов, но и поворачиваются намагниченности самих доменов.
В то время, как в кристаллах магнитожестких материалов есть сильные оси легкого намагничивания и дефекты, за которые цепляются доменные границы. Поэтому при намагничивании у магнитожестких материалов направление намагниченности доменов не меняется, а для смещения доменных границ требуются некоторые пороговые значения внешних магнитных полей.
В чем отличие магнитотвердых и магнитомягких материалов
Ферромагнитные материалы подразделяют на магнитомягкие и магнитотвердые.
Магнитомягкие материалы обладают круто поднимающейся основной кривой намагничивания и относительно малыми площадями гистерезисных петель. Их применяют во всех устройствах, которые работают или могут работать при периодически изменяющемся магнитном потоке (трансформаторах, электрических двигателях и генераторах, индуктивных катушках и т. п.).
Некоторые магнитомягкие материалы, например перминвар, сплавы 
и др., обладают петлей гистерезиса по форме, близкой к прямоугольной (рис. 14.4,а). Такие материалы получили распространение в вычислительных устройствах и устройствах автоматики.
В группу магнитомягких материалов входят электротехнические стали, железоникелевые сплавы типа пермаллоя и др.
Магнитотвердые материалы обладают полого поднимающейся основной кривой намагничивания и большой площадью гистерезисной петли. В группу магнитотвердых материалов входят углеродистые стали, сплавы магнико, вольфрамовые, платинокобальтовые сплавы и сплавы на основе редкоземельных элементов, например самарийкобальтовые. У последних ВГ 
.
На рис. 14.4, б качественно сопоставлены гистерезисные петли для магнитомягкого материала типа пермаллоя (кривая 
) и для магнитотвердого материала (кривая 2).
Магнитотвердые материалы, напротив, имеют большую коэрцитивную силу, высокие значения объемной плотности энергии, малую магнитную проницаемость. К магнитотвердым материалам относятся стали с высоким содержанием углерода (ЕХ3, ЕВ6, ЕХ5К5), алнико – сплавы железа с алюминием, никелем, кобальтом, магнитотвердые ферриты, викаллой – сплав железа с ванадием, соединения на основе редкоземельных элементов — самария, празеодима и др.
Кроме указанных групп магнитных материалов, все большее распространение в технике находят магнитные материалы с цилиндрическими магнитными доменами, магнитострикционные, тонкопленочные, аморфные магнитные материалы, магнитные жидкости.
Петля гистерезиса
Магнитные свойства материалов описываются зависимостями индукции Вот напряженностиНи потерь на перемагничиваниеРот индукции и частоты. Зависимость видаВ(Н)называют кривой намагничивания. При циклическом перемагничивании кривая намагничивания образуетпетлю гистерезиса.
Различают следующие типы зависимостей:
Частная петля гистерезиса 2 – петля, полученная при циклическом изменении напряженности, если H 3 ).
По основной кривой намагничивания могут быть определены также: начальная магнитная проницаемость
и дифференциальная магнитная проницаемость
.
Магнитные свойства материалов характеризуются также реверсивной (обратимой) магнитной проницаемостью р, которая измеряется на переменном сигнале малой амплитуды на фоне большого смещающего поля. Реверсивная проницаемость обусловлена явлением гистерезиса в магнитных материалах.
Перемагничивание магнитных материалов в переменных полях возбуждает вихревые токи, магнитное поле которых направлено встречно внешнему полю. В результате напряженность магнитного поля в материале падает с удалением в глубь от поверхности. Вихревые токи вносят вклад в потери на перемагничивание. Для уменьшения потерь на вихревые токи на высоких частотах следует применять магнитомягкие высокочастотные материалы (магнитодиэлектрики, ферриты), у которых значение удельного сопротивления значительно больше, чем у низкочастотных материалов — электротехнических сталей, пермаллоев.
Таким образом, потери на перемагничивание состоят в основном из потерь на гистерезис и потерь на вихревые токи: 
.
Их различают по ширине петли гистерезиса.
У магнитомягких материалов узкая петля гистерезиса. У магнитожестких материалов широкая петля гистерезиса с формой близкой к прямоугольной.
По форме петли гистерезиса хорошо видно, что для перемагничивания магнитожестких материалов требуются большие магнитные поля. При достижении таких полей магнитожесткий материал быстро перемагничивается почти до насыщения.
По форме петли гистерезиса хорошо видно, что для перемагничивания магнитомягких материалов требуются небольшие магнитные поля. При достижении таких полей магнитомягкий материал слегка перемагничивается. Чтобы перемагнитить его до насыщения нужно дальше продолжать увеличивать магнитное поле.
На более глубоком уровне разница в том, что у кристаллов магнитомягких материалов очень слабые легкие оси намагничивания. Порой вместо легких осей намагничивания имеются плоскости легкого намагничивания. Поэтому во внешнем магнитном поле у магнитомягких материалов не только сдвигаются границы магнитных доменов, но и поворачиваются намагниченности самих доменов.
В то время, как в кристаллах магнитожестких материалов есть сильные оси легкого намагничивания и дефекты, за которые цепляются доменные границы. Поэтому при намагничивании у магнитожестких материалов направление намагниченности доменов не меняется, а для смещения доменных границ требуются некоторые пороговые значения внешних магнитных полей.
Классификация и основные характеристики магнитных материалов
Все вещества в природе являются магнетиками в том понимании, что они обладают определенными магнитными свойствами и определенным образом взаимодействуют с внешним магнитным полем.
Магнитными называют материалы, применяемые в технике с учетом их магнитных свойств. Магнитные свойства вещества зависят от магнитных свойств микрочастиц, структуры атомов и молекул.
Классификация магнитных материалов
Магнитные материалы делят на слабомагнитные и сильномагнитные.
К слабомагнитным относят диамагнетики и парамагнетики.
К сильномагнитным – ферромагнетики, которые, в свою очередь, могут быть магнитомягкими и магнитотвердыми. Формально отличие магнитных свойств материалов можно охарактеризовать относительной магнитной проницаемостью.
Диамагнетиками называют материалы, атомы (ионы) которых не обладают результирующим магнитным моментом. Внешне диамагнетики проявляют себя тем, что выталкиваются из магнитного поля. К ним относят цинк, медь, золото, ртуть и другие материалы.
Парамагнетиками называют материалы, атомы (ионы) которых обладают результирующим магнитным моментом, не зависящим от внешнего магнитного поля. Внешне парамагнетики проявляют себя тем, что втягиваются в неоднородное магнитное поле. К ним относят алюминий, платину, никель и другие материалы.
Ферромагнетиками называют материалы, в которых собственное (внутреннее) магнитное поле может в сотни и тысячи раз превышать вызвавшее его внешнее магнитное поле.
Любое ферромагнитное тело разбито на домены – малые области самопроизвольной (спонтанной) намагниченности. В отсутствие внешнего магнитного поля, направления векторов намагниченности различных доменов не совпадают, и результирующая намагниченность всего тела может быть равна нулю.
Существует три типа процессов намагничивания ферромагнетиков:
1. Процесс обратимого смещения магнитных доменов. В данном случае происходит смещение границ доменов, ориентированных наиболее близко к направлению внешнего поля. При снятии поля домены смещаются в обратном направлении. Область обратимого смещения доменов расположена начальном участке кривой намагничивания.
2. Процесс необратимого смещения магнитных доменов. В данном случае смещение границ между магнитными доменами не снимается при снижении магнитного поля. Исходные положения доменов могут быть достигнуты в процессе перемагничивания.
Необратимое смещение границ доменов приводит к появлению магнитного гистерезиса – отставанию магнитной индукции от напряженности поля.
3. Процессы вращения доменов. В данном случае завершение процессов смещения границ доменов приводит к техническому насыщению материала. В области насыщения все домены поворачиваются по направлению поля. Петля гистерезиса, достигающая области насыщения называется предельной.
Материалы с малыми значениями Hc (узкой петлей гистерезиса) и большой магнитной проницаемостью называются магнитомягкими.
Материалы с большими значениями Hc (широкой петлей гистерезиса) и низкой магнитной проницаемостью называются магнитотвердыми.
При перемагничивании ферромагнетика в переменных магнитных полях всегда наблюдаются тепловые потери энергии, то есть материал нагревается. Эти потери обусловлены потерями на гистерезис и потерями на вихревые токи. Потери на гистерезис пропорциональны площади петли гистерезиса. Потери на вихревые токи зависят от электрического сопротивления ферромагнетика. Чем выше сопротивление – тем меньше потери на вихревые токи.
Магнитомягкие и магнитотвердые материалы
К магнитомягким материалам относят:
1. Технически чистое железо (электротехническая низкоуглеродистая сталь).
3. Железоникелевые и железокобальтовые сплавы.
4. Магнитомягкие ферриты.
Магнитные свойства низкоуглеродистой стали (технически чистого железа) зависят от содержания примесей, искажения кристаллической решетки из-за деформации, величины зерна и термической обработки. По причине низкого удельного сопротивления технически чистое железо в электротехнике используется довольно редко, в основном для магнитопроводов постоянного магнитного потока.
Электротехническая кремнистая сталь является основным магнитным материалом массового потребления. Это сплав железа с кремнием. Легирование кремнием позволяет уменьшить коэрцитивную силу и увеличить удельное сопротивление, то есть снизить потери на вихревые токи.
Магнитопроводы формируют либо из отдельных пластин, получаемых штамповкой или резкой, либо навивкой из лент.
Ферриты представляют собой магнитную керамику с большим удельным сопротивлением, в 1010 раз превышающим сопротивление железа. Ферриты применяют в высокочастотных цепях, так как их магнитная проницаемость практически не снижается с увеличением частоты.
Недостатком ферритов является их низкая индукция насыщения и низкая механическая прочность. Поэтому ферриты применяют, как правило, в низковольтной электронике.
К магнитотвердым материалам относят:
1. Литые магнитотвердые материалы на основе сплавов Fe-Ni-Al.
2. Порошковые магнитотвердые материалы, получаемые путем прессования порошков с последующей термообработкой.
3. Магнитотвердые ферриты. Магнитотвердые материалы – это материалы для постоянных магнитов, использующихся в электродвигателях и других электротехнических устройствах, в которых требуется постоянное магнитное поле.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Магнитомягкие и магнитотвердые материалы
Классификация и основные характеристики магнитных материалов
Все вещества в природе являются магнетиками в том понимании, что они обладают определенными магнитными свойствами и определенным образом взаимодействуют с внешним магнитным полем.
Магнитными называют материалы, применяемые в технике с учетом их магнитных свойств. Магнитные свойства вещества зависят от магнитных свойств микрочастиц, структуры атомов и молекул.
Классификация магнитных материалов
Магнитные материалы делят на слабомагнитные и сильномагнитные.
К слабомагнитнымотносят диамагнетики и парамагнетики.
К сильномагнитным – ферромагнетики, которые, в свою очередь, могут быть магнитомягкими и магнитотвердыми. Формально отличие магнитных свойств материалов можно охарактеризовать относительной магнитной проницаемостью.
Диамагнетиками называют материалы, атомы (ионы) которых не обладают результирующим магнитным моментом. Внешне диамагнетики проявляют себя тем, что выталкиваются из магнитного поля. К ним относят цинк, медь, золото, ртуть и другие материалы.
Парамагнетиками называют материалы, атомы (ионы) которых обладают результирующим магнитным моментом, не зависящим от внешнего магнитного поля. Внешне парамагнетики проявляют себя тем, что втягиваются в неоднородное магнитное поле. К ним относят алюминий, платину, никель и другие материалы.
Ферромагнетиками называют материалы, в которых собственное (внутреннее) магнитное поле может в сотни и тысячи раз превышать вызвавшее его внешнее магнитное поле.
Любое ферромагнитное тело разбито на домены – малые области самопроизвольной (спонтанной) намагниченности. В отсутствие внешнего магнитного поля, направления векторов намагниченности различных доменов не совпадают, и результирующая намагниченность всего тела может быть равна нулю.
Магнитомягкие и магнитотвердые материалы
К магнитомягким материалам относят:
1. Технически чистое железо (электротехническая низкоуглеродистая сталь).
2. Электротехнические кремнистые стали.
3. Железоникелевые и железокобальтовые сплавы.
4. Магнитомягкие ферриты.
Магнитные свойства низкоуглеродистой стали (технически чистого железа) зависят от содержания примесей, искажения кристаллической решетки из-за деформации, величины зерна и термической обработки. По причине низкого удельного сопротивления технически чистое железо в электротехнике используется довольно редко, в основном для магнитопроводов постоянного магнитного потока.
Электротехническая кремнистая сталь является основным магнитным материалом массового потребления. Это сплав железа с кремнием. Легирование кремнием позволяет уменьшить коэрцитивную силу и увеличить удельное сопротивление, то есть снизить потери на вихревые токи.
Магнитопроводы формируют либо из отдельных пластин, получаемых штамповкой или резкой, либо навивкой из лент.
Железоникелевые сплавы называют пермаллоями. Они обладают большой начальной магнитной проницаемостью в области слабых магнитных полей. Пермаллои применяют для сердечников малогабаритных силовых трансформаторов, дросселей и реле.
Ферриты представляют собой магнитную керамику с большим удельным сопротивлением, в 1010 раз превышающим сопротивление железа. Ферриты применяют в высокочастотных цепях, так как их магнитная проницаемость практически не снижается с увеличением частоты.
Недостатком ферритов является их низкая индукция насыщения и низкая механическая прочность. Поэтому ферриты применяют, как правило, в низковольтной электронике.
К магнитотвердым материалам относят:
1. Литые магнитотвердые материалы на основе сплавов Fe-Ni-Al.
2. Порошковые магнитотвердые материалы, получаемые путем прессования порошков с последующей термообработкой.
3. Магнитотвердые ферриты. Магнитотвердые материалы – это материалы для постоянных магнитов, использующихся в электродвигателях и других электротехнических устройствах, в которых требуется постоянное магнитное поле.
Вопросы для контроля:
-отличия парамагнетиков от ферромагнетиков
-применение электротехнической стали
-особенности магнитотвердых материалов