Чем отличаются магнитомягкие материалы от магнитотвердых.
Магнитомягкие материалы , намагничиваются до насыщения и перемагничиваются в относительно слабых магнитных полях напряженностью ~ 8-800 А/м. Характеризуются высокой магнитной проницаемостью, низкой коэрцитивной силой, малыми потерями на гистерезис и вихревые токи. Подразделяются на материалы для техники слабых токов (напр., пермаллой, пермендюр, смешанные ферриты, феррогранаты) и электротехнические стали. К магнитомягким материалам специального назначения относятся термомагнитные сплавы и магнитострикционные материалы.
Магнитотвердые Материалы, намагничиваются до насыщения и перемагничиваются в сравнительно сильных магнитных полях напряженностью в тысячи и десятки тысяч А/м. Характеризуются высокими значениями коэрцитивной силы, остаточной магнитной индукции, магнитной энергии на участке размагничивания («спинка» петли гистерезиса). В качестве магнитотвердых материалов используются, напр., сплавы типа магнико, ални, викаллой, некоторые ферриты, соединения редкоземельных элементов с кобальтом. Из магнитотвердых материалов изготовляют постоянные магниты.
Почему трансформаторы набирают из тонких пластин электротехнической стали.
Почему сегнетоэлектрические свойства проявляются только в некотором температурном диапазоне.
Чем отличаются ферримагнетики от антиферромагнетиков.
Антиферромагнетики — это материалы, атомы (ионы) которых обладают магнитным моментом, обусловленным, как у пара- и ферромагнетиков, нескомпенсированными спиновыми магнитными моментами электронов. Однако у антиферромагнетиков магнитные моменты атомов под действием обменного взаимодействия (у них обменный интеграл отрицательный; см. гл. 14.2.1) приобретают не параллельную ориентацию, как у ферромагнетиков, а антипараллельную (противоположную) (см. рис. 14.1, в) и полностью компенсируют друг друга. Поэтому антиферромагнетики не обладают магнитным моментом, и их магнитная восприимчивость km близка по величине к km парамагнетиков. Для антиферромагнетиков, как и для ферромагнетиков, существует определенная температура, называемая точкой Нееля Тн, при (и выше) которой антиферромагнитный порядок разрушается и материал переходит в парамагнитное состояние.
К антиферромагнетикам относятся: Mn, Cr, CuO, NiO, FeO, Cr2O3, NiCr, MnO, Mn2O3, MnS, VO2 и довольно большое количество других соединений.
Что такое домен. (для магнитных материалов)
Домены (от франц . domaine — владение; область, сфера), области однородной среды, отличающиеся магнитными, электрическими или упругими свойствами либо упорядоченностью в расположении или ориентации частиц. Соответственно различают ферромагнитные домены, сегнетоэлектрические домены, домены Ганна, упругие домены, домены в жидких кристаллах и др. Ферромагнитные домены — области (размером 10-5 — 10-2 см) спонтанной намагниченности ферромагнетика (магнитные моменты атомов ориентированы параллельно). Сегнетоэлетрические домены — области спонтанной поляризации сегнетоэлектриков.
Что такое скин-эффект в проводниковых материалах.
Высокочастотный ток оказывается распределенным по сечению проводника неравномерно — большая его часть сосредоточивается у поверхности проводника. Это явление называют скин-эффектом. Скин-эффект характеризуется глубиной проникновения электромагнитного поля в металлический проводник: чем выше частота поля, тем на меньшую глубину оно проникает в проводник. глубина проникновения поля ∆= 1/a = √ 2/ωγμoμ = 1/ √ƒπγμoμ сопротивление квадрата его поверхности Rs = 1/γ∆
ПОЧЕМУ ОКСИД АЛЮМИНИЯ В МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОМ СОСТОЯНИИ ПРОЗРАЧЕН В ВИДИМОЙ ОБЛАСТИ СПЕКТРА, А КРЕМНИЙ ПРОЗРАЧЕН ТОЛЬКО В НЕКОТОРОЙ ОБЛАСТИ ИК СПЕКТРА
У кремния больше запрещенная зона, и он может поглошать большие частоты
ЧЕМУ РАВНО ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ МЕДНОГО ПРОВОДНИКА СЕЧЕНИЕМ 1 ММ 2 И ДЛИНОЙ 1 МЕТР.
R=ρ*L/S R-сопр; L длина; S сечение; ρ уд. сопр
ЧЕМ ОБУСЛОВЛЕНА ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ МЕТАЛЛОВ.
Электропроводность (проводимость) , способность веществ проводить электрический ток, обусловленная наличием в них подвижных заряженных частиц (носителей заряда) — электронов, ионов и др., а также физическая величина (v), количественно характеризующая эту способность. Величина 1/v называется удельным электрическим сопротивлением.
ЧТО ДАЕТ ПРИМЕНЕНИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ С БОЛЬШИМ ЗНАЧЕНИЕМ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ В КОНДЕНСАТОРАХ.
Применение диэлектриков в конденсаторах позволяет получать требуемые значения емкости, а в некоторых случаях обеспечивает определенный характер зависимости этой емкости от внешних факторов. Диэлектрик конденсатора может запасать, а потом отдавать в цепь электрическую энергию (емкостный накопитель). Иногда конденсатор используют для разделения цепей постоянного и переменного токов, для изменения угла фазового сдвига и т. д.
КАКИЕ МЕТАЛЛЫ ЯВЛЯЮТСЯ ФЕРРОМАГНЕТИКАМИ.
Ферромагнетизм является частным случаем парамагнетизма. У ферромагнетиков, как и у парамагнетиков, магнитные моменты атомов (ионов) обусловлены нескомпенсированными в них спиновыми магнитными моментами электронов. Однако у ферромагнетиков в отличие от парамагнетиков магнитные моменты атомов расположены не беспорядочно, а в результате обменного взаимодействия ориентированы параллельно друг другу (рис. 14.1, б) с образованием магнитных доменов. Магнитные домены представляют собой элементарные объемы ферромагнетиков, находящиеся в состоянии магнитного насыщения. В домене нескомпенсированные спиновые магнитные моменты электронов всех атомов выстроены параллельно друг другу. Доменная структура образуется в отсутствие внешнего магнитного поля в результате самопроизвольной (спонтанной) намагниченности, которая происходит при температурах ниже некоторой так называемой точкой Кюри Тк. К ферромагнетикам относятся три переходных металла (железо Fe, кобальт Со и никель Ni), имеющих недостроенную 3d-электронную оболочку, и сплавы на их основе;
Магнитомягкие и магнитотвердые магнитные материалы
Различают магнитомягкиеимагнитотвердые магнитные материалы. Магнитомягкие материалы характеризуются значительными магнитной проницаемостью, индукцией насыщения, малой коэрцитивной силой (не более 4 кА/м) и, следовательно, узкой петлей гистерезиса. К магнитомягким материалам относятся технически чистое железо, электротехнические стали сплавы железа с углеродом, кремнистые стали ( содержат 0,55% кремния), пермаллой – сплав железа с никелем с добавками других металлов, магнитомягкие ферриты – системы окислов железа, цинка, никеля, марганца и некоторых других металлов, магнитодиэлектрики – мелкодисперсные порошки высокопроницаемых материалов на основе карбонильного железа (Р10, Р20. Р100 и др.), альсифера (ТЧ-90,ТЧК-55), пермаллоев (П-250, П-160, ..), ферритов (НМ-5) в неферромагнитной связке.
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
Предельная петля гистерезиса 3 – петля, полученная при циклическом изменении напряженности HHm;
Основная кривая намагничивания 1. Представляет собой геометрическое место вершин симметричных петель гистерезиса, получающихся при циклическом перемагничивании или при монотонном увеличении напряженности поля в предварительно размагниченном образце.
Рис. 1. Петля гистерезиса
При достаточно больших значениях Hкривая1асимптотически приближается к прямой, гдеBm– индукция насыщения. Начиная со значенияHm, при дальнейшем увеличении напряженности петля гистерезиса остается неизменной (за исключением продолжающих расти узких «носиков»). Все частные петли, как симметричные, так и несимметричные, лежат внутри предельной петли.
Основные параметры петли гистерезиса:
Остаточная индукция Вr — индукция, которая остается в предварительно намагниченном образце после снятия внешнего магнитного поля;
Коэрцитивная сила Нc— размагничивающее поле, которое должно быть приложено к образцу, чтобы индукция стала равной нулю;
Потери на гистерезис при перемагничивании материала с частотой f:, где- плотность материала (кг/м 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: .
1.4. Магнитомягкие и магнитотвердые магнитные материалы
Различают магнитомягкие и магнитотвердые магнитные материалы. Магнитомягкие материалы характеризуются значительными магнитной проницаемостью, индукцией насыщения, малой коэрцитивной силой (не более 4 кА/м) и, следовательно, узкой петлей гистерезиса. К магнитомягким материалам относятся технически чистое железо, электротехнические стали сплавы железа с углеродом, кремнистые стали ( содержат 0,55% кремния), пермаллой -сплав железа с никелем с добавками других металлов, магнитомягкие ферриты — системы окислов железа, цинка, никеля, марганца и некоторых других металлов, магнитодиэлектрики — мелкодисперсные порошки высокопроницаемых материалов на основе карбонильного железа (Р10, Р20, . Р100 и др.), альсифера (ТЧ-90, ТЧК-55), пермаллоев (П-250, П-160, …), ферритов (НМ-5) в неферромагнитной связке.
Магнитотвердые материалы, напротив, имеют большую коэрцитивную силу, высокие значения объемной плотности энергии, малую магнитную проницаемость. К магнитотвердым материалам относятся стали с высоким содержанием углерода (ЕХЗ, 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.
В качестве исследуемых материалов в данной лабораторной работе представлены пермаллой и феррит.
Пермаллой — это железоникелевый сплав, обладающий значительно большой начальной магнитной проницаемостью в области слабых полей. Различают высоконикелевые (70 — 83% Ni) и низконикелевые (40 — 50% Ni) пермаллои. Основные магнитные свойства и удельное сопротивление сплавов железо — никель зависят от содержания никеля. Наибольшим значением максимальной магнитной проницаемости обладает сплав, содержащий 78,5% Ni.
Магнитные свойства пермаллоев чувствительны к внешним механическим напряжениям, зависят от химического состава и наличия инородных примесей в сплаве и очень резко меняются от режимов термообработки материалов.
Для придания сплавам необходимых свойств в состав пермаллоев вводят добавки. Молибден и хром повышают удельное сопротивление и начальную магнитную проницаемость пермаллоев и уменьшают чувствительность к деформациям. Но одновременно с этим снижается индукция насыщения. Медь увеличивает постоянство магнитной проницаемости в узких интервалах напряженности магнитного поля, повышает удельное сопротивление и температурную стабильность, а также делает сплавы легко поддающимися механической обработке. Кремний и марганец в основном только увеличивают удельное сопротивление пермаллоев.
Пермаллои применяются для изготовления сердечников малогабаритных силовых трансформаторов, дросселей, реле и деталей магнитных цепей, работающих при повышенных индукциях без подмагничивания или с небольшим подмагничиванием. Тонкие ленты из пермаллоев различных марок используют в качестве материала для ячеек памяти в устройствах вычислительной техники.
Ферриты представляют собой магнитную керамику с незначительной электронной электропроводностью. Большое удельное сопротивление, превышающее сопротивление железа в 10 6 – 10 11 раз, а значит, и относительно небольшие потери энергии в области повышенных и высоких частот наряду с достаточно высокими магнитными свойствами обеспечивают ферритам самое широкое применение при повышенных и высоких частотах.
Ферриты имеют относительно большую диэлектрическую проницаемость, зависящую от частоты и состава ферритов. С повышением частоты диэлектрическая проницаемость ферритов падает.
Магнитомягкие и магнитотвердые материалы
Перемагничивание ферромагнитного материала связано с расходом энергии на этот процесс. Как уже указывалось, площадь петли гистерезиса характеризует энергию, выделяемую в единице объема ферромагнетика за один цикл перемагничивания. В зависимости от величины этих потерь и соответственно формы петли гистерезиса ферромагнитные материалы подразделяются на магнитомягкие и магнитотвердые. Первые характеризуются относительно узкой петлей гистерезиса и круто поднимающейся основной кривой намагничивания; вторые обладают большой площадью гистерезисной петли и полого поднимающейся основной кривой намагничивания.
Магнитомягкие материалы (электротехнические стали, железоникелевые сплавы, ферриты) определяют малые потери в сердечнике и применяются в устройствах, предназначенных для работы при переменных магнитных потоках (трансформаторы, электродвигатели и др.). Магнитотвердые материалы (углеродистые стали, вольфрамовые сплавы и др.) используются для изготовления постоянных магнитов.
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями: