Számos kísérlet azt mutatja, hogy minden mágneses térbe helyezett anyag fel van mágnesezve, és létrehozza a saját mágneses terét, amelynek hatása hozzáadódik egy külső mágneses tér hatásához:
$$\boldsymbol(\vec(B)=(\vec(B))_(0)+(\vec(B))_(1))$$
ahol $\boldsymbol(\vec(B))$ a mágneses tér indukciója az anyagban; $\boldsymbol((\vec(B))_(0))$ - mágneses mező indukciója vákuumban, $\boldsymbol((\vec(B))_(1))$ - mágneses tér indukció az anyag felmágnesezése miatt . Ebben az esetben az anyag erősítheti vagy gyengítheti a mágneses teret. Egy anyag külső mágneses térre gyakorolt hatását a mennyiség jellemzi μ , ami az úgynevezett az anyag mágneses permeabilitása
$$ \boldsymbol(\mu =\frac(B)((B)_(0)))$$
Minden anyag molekulákból, a molekulák atomokból épülnek fel. Az atomok elektronhéjait feltételesen úgy tekinthetjük, hogy az elektronok mozgó áramaiból álló körkörös elektromos áramokból állnak. Az atomokban a körkörös elektromos áramoknak saját mágneses mezőt kell létrehozniuk. Az elektromos áramokat külső mágneses térnek kell befolyásolnia, aminek következtében vagy a mágneses tér növekedésére számíthatunk, ha az atomi mágneses mezők egyirányúak a külsővel. mágneses mező, vagy gyengülésük ellentétes irányukkal.
Hipotézis arról mágneses mezők létezése az atomokbanés az anyagban lévő mágneses tér megváltoztatásának lehetősége teljes mértékben összhangban van a valósággal. Összes anyagokat külső mágneses tér hatására három fő csoportra osztható: diamágnesek, paramágnesek és ferromágnesek.
diamágnesek olyan anyagok, amelyekben a külső mágneses tér gyengül. Ez azt jelenti, hogy az ilyen anyagok atomjainak mágneses tere egy külső mágneses térben a külső mágneses térrel ellentétes irányban irányul (µ< 1). Изменение магнитного поля даже в самых сильных диамагнетиках составляет лишь сотые доли процента. Например, висмут обладает mágneses permeabilitás µ = 0,999826.
A diamágnesesség természetének megértése vegyük figyelembe a sebességgel berepülő elektron mozgását v a vektorra merőleges egyenletes mágneses térbe NÁL NÉL mágneses mező.
Befolyása alatt Lorentz erők az elektron körben fog mozogni, forgási irányát a Lorentz-erővektor iránya határozza meg. A keletkező köráram létrehozza a saját mágneses terét NÁL NÉL"
. Ez egy mágneses mező NÁL NÉL"
a mágneses térrel ellentétes irányban NÁL NÉL. Ezért minden szabadon mozgó töltött részecskéket tartalmazó anyagnak diamágneses tulajdonságokkal kell rendelkeznie.
Bár az anyag atomjaiban az elektronok nem szabadok, az atomokon belüli mozgásuk külső mágneses tér hatására a szabad elektronok körkörös mozgásával egyenértékűnek bizonyul. Ezért a mágneses térben lévő bármely anyag szükségszerűen diamágneses tulajdonságokkal rendelkezik.
A diamágneses hatások azonban nagyon gyengék, és csak olyan anyagokban találhatók meg, amelyek atomjai vagy molekulái nem rendelkeznek saját mágneses mezővel. Diamágnesek például az ólom, a cink, a bizmut (μ = 0,9998).
Henri Ampère (1820) volt az első, aki elmagyarázta a testek mágneses tulajdonságainak okait. Hipotézise szerint a molekulák és atomok belsejében elemi elektromos áramok keringenek, amelyek meghatározzák bármely anyag mágneses tulajdonságait.
Fontolja meg részletesebben az atommágnesesség okait:
Vegyünk néhányat szilárd. Mágnesezettsége összefügg a részecskék (molekulák és atomok) mágneses tulajdonságaival, amelyekből áll. Fontolja meg, milyen áramkörök lehetségesek mikroszinten. Az atomok mágnesessége két fő okra vezethető vissza:
1) az elektronok mozgása az atommag körül zárt pályán ( orbitális mágneses momentum) (1. ábra);
Rizs. 2
2) az elektronok saját forgása (spin) spin mágneses momentum) (2. ábra).
A kíváncsiaknak. Az áramkör mágneses momentuma egyenlő az áramkörben lévő áramerősség és az áramkör által lefedett terület szorzatával. Iránya egybeesik az áramhurok közepén lévő mágneses tér indukciós vektor irányával.Mivel az atomsíkban a különböző elektronok pályája nem esik egybe, az általuk létrehozott mágneses tér indukciós vektorok (pálya- és spin mágneses momentumok) eltérő szögben irányulnak egymáshoz. Egy többelektronos atom kapott indukciós vektora megegyezik az egyes elektronok által létrehozott térindukciós vektorok vektorösszegével. A részben töltött elektronhéjjal rendelkező atomok kompenzálatlan mezőkkel rendelkeznek. A töltött elektronhéjjal rendelkező atomokban a kapott indukciós vektor 0.
A mágneses tér változása minden esetben a mágnesezési áramok megjelenésének köszönhető (elektromágneses indukció jelensége figyelhető meg). Más szavakkal, a mágneses tér szuperpozíciós elve érvényben marad: a mágnesen belüli mező a külső mező szuperpozíciója $\boldsymbol((\vec(B))_(0))$ és a mező $\boldsymbol( \vec(B"))$ a mágnesezési áramok én" , amelyek egy külső mező hatására keletkeznek. Ha a mágnesezési áramok mezejét ugyanúgy irányítjuk, mint külső mező, akkor a teljes mező indukciója nagyobb lesz, mint a külső mező (3. ábra, a) - ebben az esetben azt mondjuk, hogy az anyag fokozza a mezőt; ha a mágnesezési áramok tere ellentétes irányban irányul a külső térrel, akkor a teljes mező kisebb lesz, mint a külső mező (3. ábra, b) - ebben az értelemben mondjuk, hogy az anyag gyengíti a mágneses teret.
Rizs. 3
NÁL NÉL diamágnesek A molekuláknak nincs saját mágneses terejük. Az atomokban és molekulákban lévő külső mágneses tér hatására a mágnesezési áramok tere ellentétes irányban irányul a külső térrel, így a kapott mező $ \boldsymbol(\vec(B))$ mágneses indukciós vektorának modulusa kisebb legyen, mint a $ \boldsymbol((\vec(B ))_(0)) $ mágneses indukciós vektor modulusa.
Azokat az anyagokat, amelyekben a külső mágneses tér az anyag atomjai elektronhéjai mágneses mezőinek összeadása következtében fokozódik az atomi mágneses terek külső mágneses tér irányú orientációja miatt, ún. paramágnesek(µ > 1).
Paramágnesek nagyon gyengén erősítik a külső mágneses teret. A paramágnesek mágneses permeabilitása csak a százalék töredékével tér el az egységtől. Például a platina mágneses permeabilitása 1,00036. A paramágneses és diamágneses anyagok mágneses permeabilitásának nagyon kicsi értékei miatt a külső térre gyakorolt hatásuk, vagy a külső térnek a paramágneses vagy diamágneses testekre gyakorolt hatása nagyon nehezen észlelhető. Ezért a hétköznapi gyakorlatban, a technikában a paramágneses és a diamágneses anyagokat nem mágnesesnek tekintik, vagyis olyan anyagoknak, amelyek nem változtatják meg a mágneses teret, és amelyekre a mágneses tér nem hat. A paramágnesek példái a nátrium, oxigén, alumínium (μ = 1,00023).
NÁL NÉL paramágnesek A molekulák saját mágneses mezővel rendelkeznek. Külső mágneses tér hiányában a hőmozgás következtében az atomok és molekulák mágneses terének indukciós vektorai véletlenszerűen orientáltak, így átlagos mágnesezettségük nulla (4. ábra, a). Amikor külső mágneses mezőt alkalmazunk az atomokra és molekulákra, egy pillanatnyi erők hatni kezdenek, és úgy forgatják őket, hogy mezőik párhuzamosak legyenek a külső mezővel. A paramágneses molekulák orientációja azt a tényt eredményezi, hogy az anyag mágnesezett (4b. ábra).
Rizs. négy
A molekulák mágneses térben való teljes orientációját a hőmozgásuk megakadályozza, így a paramágnesek mágneses permeabilitása a hőmérséklettől függ. Nyilvánvaló, hogy a hőmérséklet emelkedésével a paramágnesek mágneses permeabilitása csökken.
A külső mágneses teret jelentősen növelő anyagokat nevezzük ferromágnesek(nikkel, vas, kobalt stb.). A ferromágnesekre példa a kobalt, nikkel, vas (μ eléri a 8 10 3 értéket).
A mágneses anyagok ezen osztályának neve a vas latin nevéből származik - Ferrum. fő jellemzője Ezen anyagok közül a mágnesezettség fenntartásának képessége külső mágneses tér hiányában, minden állandó mágnes a ferromágnesek osztályába tartozik. A vason kívül a periódusos rendszer szerinti „szomszédai”, a kobalt és a nikkel ferromágneses tulajdonságokkal rendelkeznek. A ferromágnesek szélesnek találják gyakorlati használat a tudományban és a technikában ezért jelentős számú különböző ferromágneses tulajdonságú ötvözetet fejlesztettek ki.
A ferromágnesek fenti példái az átmeneti csoport fémeire vonatkoznak, amelyek elektronhéja több párosítatlan elektront tartalmaz, ami ahhoz vezet, hogy ezek az atomok jelentős belső mágneses mezővel rendelkeznek. Kristályos állapotban a kristályok atomjai közötti kölcsönhatás miatt spontán (spontán) mágnesezési régiók keletkeznek - domének. Ezeknek a tartományoknak a mérete tized- és századmilliméter (10 -4 - 10 -5 m), ami jelentősen meghaladja egyetlen atom méretét (10 -9 m). Az egyik tartományon belül az atomok mágneses tere szigorúan párhuzamosan orientált, a többi tartomány mágneses tereinek orientációja külső mágneses tér hiányában tetszőlegesen változik (5. ábra).
Rizs. 5
Így a ferromágnesen belül még nem mágnesezett állapotban is erős mágneses mezők vannak, amelyek orientációja véletlenszerű kaotikus módon változik az egyik tartományból a másikba való átmenet során. Ha egy test méretei jelentősen meghaladják az egyes tartományok méreteit, akkor ennek a testnek a tartományai által létrehozott átlagos mágneses tér gyakorlatilag hiányzik.
Ha egy ferromágnest külső mágneses térbe helyezünk B0 , akkor a tartományok mágneses momentumai elkezdenek átrendeződni. Az anyagszelvényeknek azonban nincs mechanikus térbeli forgása. A mágnesezési megfordítási folyamat az elektronok mozgásának megváltozásával jár, de nem az atomok helyzetének változásával a csomópontokban kristályrács. Azok a tartományok, amelyek a mezőirányhoz képest a legkedvezőbb orientációval rendelkeznek, a szomszédos "helytelenül orientált" tartományok rovására növelik méretüket, elnyelve azokat. Ebben az esetben az anyag mezője nagyon jelentősen megnő.
1) egy anyag ferromágneses tulajdonságai csak akkor jelennek meg, ha a megfelelő anyag ban ben kristályos állapot ;
2) a ferromágnesek mágneses tulajdonságai erősen függnek a hőmérséklettől, mivel a tartományok mágneses mezőinek orientációját a hőmozgás akadályozza. Minden egyes ferromágnesnél van egy bizonyos hőmérséklet, amelyen a tartomány szerkezete teljesen megsemmisül, és a ferromágnes paramágnessé változik. Ezt a hőmérsékleti értéket ún Curie pont . Tehát a tiszta vas esetében a Curie-hőmérséklet körülbelül 900 °C;
3) a ferromágnesek mágnesezettek a telítettségig gyenge mágneses térben. A 6. ábra azt mutatja be, hogyan változik a mágneses tér indukciós modulusa B acélban változó külső térrel B0 :
Rizs. 6
4) a ferromágnes mágneses permeabilitása a külső mágneses tértől függ (7. ábra).
Rizs. 7
Ez annak a ténynek köszönhető, hogy kezdetben a növekvő B0 mágneses indukció B erősödik, és ennek következtében μ növekedni fog. Ezután a mágneses indukció értékén B" 0 telítés következik be (μ ebben a pillanatban a maximumon van), és további növekedéssel B0 mágneses indukció B1 az anyagban megszűnik a változás, és a mágneses permeabilitás csökken (1-re hajlamos):
$$\boldsymbol(\mu = \frac B(B_0) = \frac (B_0 + B_1)(B_0) = 1 + \frac (B_1)(B_0);) $$
5) ferromágneseknél maradványmágnesezés figyelhető meg. Ha például egy ferromágneses rudat helyezünk egy szolenoidba, amelyen az áram áthalad, és telítésig mágnesezzük (pont DE) (8. ábra), majd csökkentse az áramerősséget a mágnesszelepben, és ezzel együtt B0 , látható, hogy a térindukció a rúdban a lemágnesezési folyamatban mindig nagyobb marad, mint a mágnesezési folyamatban. Mikor B0 = 0 (az áram a mágnesszelepben ki van kapcsolva), az indukció egyenlő lesz B r (maradék indukció). A rúd eltávolítható a mágnesszelepről és állandó mágnesként használható. A rúd végleges lemágnesezéséhez ellentétes irányú áramot kell átvezetni a mágnesszelepen, pl. alkalmazzon külső mágneses teret az indukciós vektorral ellentétes irányú. Most növeljük ennek a mezőnek az indukciós modulusát Boc , demagnetizálja a rudat ( B = 0).
Rizs. nyolc
További emeléssel B0 lehetséges a rudat telítésig mágnesezni (pont DE" ).
Most zsugorodik B0 nullára, ismét állandó mágnest kapnak, de indukcióval –B r (ellenkező irányba). A rúd ismételt lemágnesezéséhez az eredeti irányú áramot újra be kell kapcsolni a mágnesszelepben, és a rúd demagnetizálódik az indukció során B0 egyenlővé válik Boc . folyamatosan növelem B0 , ismét mágnesezzük a rudat telítésig (pont DE ).
Így a ferromágnes mágnesezése és lemágnesezése során az indukció B mögött B 0. Ezt a késést ún hiszterézis jelenség . A 8. ábrán látható görbét ún hiszterézis hurok .
Hiszterézis (görögül ὑστέρησις - „lemaradva”) - olyan rendszerek tulajdonsága, amelyek nem követik azonnal az alkalmazott erőket.A mágnesezési görbe (hiszterézis hurok) alakja jelentősen eltér a különböző ferromágneses anyagoknál, amelyeket széles körben használnak tudományos és műszaki alkalmazásokban. Egyes mágneses anyagok széles hurokkal rendelkeznek, nagy remanenciával és koercitivitással, ezeket hívják mágnesesen keményés állandó mágnesek készítésére használják. Más ferromágneses ötvözeteket a kényszerítő erő alacsony értéke jellemzi, ezek az anyagok könnyen mágnesezhetők és újramágnesezhetők még gyenge mezőben is. Az ilyen anyagokat ún mágnesesen puhaés különféle elektromos eszközökben használják - relék, transzformátorok, mágneses áramkörök stb.
Minden anyag mágneses, és külső mágneses térben mágneseződik.
Mágneses tulajdonságaik szerint az anyagokat gyengén mágneses ( diamágnesekés paramágnesek) és erősen mágneses ( ferromágnesekés ferrimágnesek).
Diamágnesekμ r < 1, значение которой не зависит от напряженности внешнего магнитного поля. Диамагнетиками являются вещества, атомы (молекулы) которых в отсутствие намагничивающего поля имеют магнитный момент равный нулю: водород, инертные газы, большинство szerves vegyületekés néhány fém Cu , Zn , Ag , Au , Hg ) és szintén NÁL NÉL én, Ga, Sb.
Paramágnesek- mágneses permeabilitással rendelkező anyagokμ r> 1, ami gyenge mezőkben nem függ a külső mágneses tér erősségétől. A paramágnesek közé tartoznak azok az anyagok, amelyek atomjainak (molekuláinak) mágneses tér hiányában nullától eltérő mágneses momentuma van: oxigén, nitrogén-oxid, vassók, kobalt, nikkel és ritkaföldfémek, alkálifémek, alumínium, platina.
Diamágnesek és paramágnesek esetében a mágneses permeabilitásμ rközel az egységhez. A mérnöki alkalmazások mágneses anyagokként korlátozottak.
Erősen mágneses anyagokban a mágneses permeabilitás sokkal nagyobb, mint az egység (μ r >> 1) és a mágneses tér erősségétől függ. Ezek közé tartozik: vas, nikkel, kobalt és ötvözeteik, valamint króm- és mangánötvözetek, gadolínium, különféle összetételű ferritek.
6.1. Az anyagok mágneses jellemzői
Mágneses tulajdonságok Az anyagokat mágneses jellemzőknek nevezett fizikai mennyiségekkel értékelik.
Mágneses permeabilitás
Megkülönböztetni relatívés abszolút mágneses permeabilitás olyan anyagok (anyag), amelyeket az arány kapcsol össze
μa = μ o μ, H/m
μoa mágneses állandó,μo = 4π 10-7 Gn/m;
μ – relatív mágneses permeabilitás (dimenzió nélküli mennyiség).
A mágneses anyagok tulajdonságainak leírására a relatív mágneses permeabilitást használjukμ (gyakrabban mágneses permeabilitásnak nevezik), gyakorlati számításokhoz pedig az abszolút mágneses permeabilitást használjukμaegyenlettel számolva
μa = NÁL NÉL /H,H/m
H– a mágnesező (külső) mágneses tér erőssége, A/m
NÁL NÉL – mágneses tér indukciója mágnesben.
Nagy értékμ azt mutatja, hogy az anyag könnyen mágnesezhető gyenge és erős mágneses térben. A legtöbb mágnes mágneses permeabilitása a mágnesező mágneses tér erősségétől függ.
A mágneses tulajdonságok jellemzésére széles körben alkalmazzák a dimenzió nélküli mennyiséget, az ún mágneses szuszceptibilitás χ .
μ = 1 + χ
A mágneses permeabilitás hőmérsékleti együtthatója
Az anyag mágneses tulajdonságai a hőmérséklettől függenekμ = μ (T) .
A változás természetének leírásamágneses tulajdonságok a hőmérséklettelhasználja a mágneses permeabilitás hőmérsékleti együtthatóját.
A paramágnesek mágneses szuszceptibilitásának függése a hőmérséklettőlTa Curie-törvény írja le
ahol C - Curie állandó .
A ferromágnesek mágneses jellemzői
A ferromágnesek mágneses tulajdonságainak függése összetettebb jellegű, az ábrán látható, és a maximumát közeli hőmérsékleten éri el.K nak nek.
Azt a hőmérsékletet, amelyen a mágneses szuszceptibilitás élesen, majdnem nullára csökken, Curie-hőmérsékletnek nevezzük.K nak nek. A feletti hőmérsékletenK nak nek a ferromágnes mágnesezési folyamata az atomok és molekulák intenzív hőmozgása miatt megzavarodik, és az anyag megszűnik ferromágneses lenni, és paramágnesessé válik.
A vasért K k = 768 ° C , nikkelre K k = 358 ° C , kobalthoz K k = 1131 ° C.
A Curie-hőmérséklet felett a ferromágnesek mágneses szuszceptibilitásának a hőmérséklettől való függéseTa Curie-Weiss törvény írja le
A nagymágneses anyagok (ferromágnesek) mágnesezési folyamata rendelkezik hiszterézis. Ha egy lemágnesezett ferromágnest egy külső térben mágneseznek, akkor annak mentén mágneseződnek mágnesezési görbe B = B(H) . Ha akkor, valamilyen értékből kiindulvaHkezdje el csökkenteni a térerőt, majd az indukciótBnémi késéssel csökkenni fog ( hiszterézis) a mágnesezési görbéhez képest. Az ellentétes irányú mező növekedésével a ferromágnes lemágneseződik, tehát újramágnesez, és a mágneses tér irányának új változásával visszatérhet a kiindulási ponthoz, ahonnan a lemágnesezési folyamat elkezdődött. Az ábrán látható eredményül kapott hurkot ún hiszterézis hurok.
Valamilyen maximális feszültség mellettH m mágnesező mező, az anyagot telítettségi állapotba mágnesezzük, amelyben az indukció eléri az értéketNÁL NÉL H , amelyet úgy hívnaktelítési indukció.
Maradék mágneses indukció NÁL NÉL O – ferromágneses anyagban figyelhető meg, telítésig mágnesezett, ha lemágnesezett, amikor a mágneses térerősség nulla. Egy anyagminta lemágnesezéséhez szükséges, hogy a mágneses térerősség megfordítsa az irányát (-H). TérerősségH Nak nek , amelynek indukciója nulla, nevezzük kényszerítő erő(tartó erő) .
A ferromágnesek mágnesezettségének megfordítása váltakozó mágneses térben mindig hőenergia veszteséggel jár, ami a hiszterézis elvesztéseés dinamikus veszteségek. A dinamikus veszteségek az anyag térfogatában indukált örvényáramokhoz kapcsolódnak, és az anyag elektromos ellenállásától függenek, és az ellenállás növekedésével csökkennek. A hiszterézis elvesztéseW a mágnesezettség megfordításának egy ciklusában a hiszterézis hurok területe határozza meg
és az empirikus képlettel kiszámítható egy anyag térfogategységére
J/m 3
ahol η - anyagtól függő együttható,B H a ciklus során elért maximális indukció,n- anyagtól függően 1,6 kitevő¸ 2.
Fajlagos energiaveszteség a hiszterézis miatt R G – egységnyi tömeg egységnyi térfogatának másodpercenkénti mágnesezési megfordítására fordított veszteségek.
ahol f - AC frekvencia,Taz oszcilláció periódusa.
Magnetostrikció
Magnetostrikció - az a jelenség, amikor a ferromágnes geometriai méretei és alakja a mágneses tér nagyságának változásával megváltozik, i.e. mágnesezés során. Anyagméretek relatív változásaΔ l/ llehet pozitív és negatív is. A nikkel esetében a magnetostrikció kisebb, mint nulla, és eléri a 0,004%-ot.
Le Chatelier elvével összhangban a rendszer befolyása ellen külső tényezők Ennek az állapotnak a megváltoztatására hajlamos a ferromágnes mechanikai deformációja, amely a méretének megváltozásához vezet, befolyásolja ezen anyagok mágnesezettségét.
Ha a mágnesezés során a test egy adott irányban méretcsökkenést tapasztal, akkor az ilyen irányú mechanikai nyomófeszültség alkalmazása hozzájárul a mágnesezéshez, a feszültség pedig megnehezíti a mágnesezést.
6.2. A ferromágneses anyagok osztályozása
Minden ferromágneses anyag két csoportra osztható a mágneses térben való viselkedésük szerint.
Puha mágneses – nagy mágneses permeabilitássalμ és kis kényszerítő erővelH Nak nek< 10A/m. Könnyen mágnesezhetők és lemágnesezhetők. Alacsony hiszterézisveszteségük van, i.е. szűk hiszterézis hurok.
A mágneses jellemzők a kémiai tisztaságtól és a kristályszerkezet torzulási fokától függenek. Minél kevesebb szennyeződés(TÓL TŐL, R, FIÚ ) , minél magasabb az anyag jellemzőinek szintje, ezért a ferromágnes gyártása során el kell távolítani azokat és az oxidokat, és törekedni kell arra, hogy ne torzítsák el az anyag kristályszerkezetét.
Kemény mágneses anyagok - legyen nagyszerűH K > 0,5 MA/m és maradék indukció (NÁL NÉL O ≥ 0,1T). Ezek egy széles hiszterézis huroknak felelnek meg. Nagy nehézségek árán mágnesezhetők, de több évig is képesek tárolni a mágneses energiát, pl. állandó mágneses tér forrásaként szolgál. Ezért állandó mágneseket készítenek belőlük.
Összetételük szerint az összes mágneses anyagot a következőkre osztják:
· fém;
· nemfémes;
· magnetodielektromos.
Fém mágneses anyagok - ezek tiszta fémek (vas, kobalt, nikkel) és egyes fémek mágneses ötvözetei.
nem fémesre anyagok közé tartozik ferritek, vas-oxidok és más fémek porából nyerik. 1300-1500 °C-on préselik és égetik, és szilárd, monolit mágneses alkatrészekké alakulnak. A ferritek, a fémes mágneses anyagokhoz hasonlóan, lehetnek mágnesesen lágyak és mágnesesen kemények.
Magnetodielektrikumok – ezek kompozit anyagok 60-80% mágneses anyagporból és 40-20% szerves dielektrikumból. Ferritek és magnetodielektromos van nagyon fontos elektromos ellenállás (ρ \u003d 10 ÷ 10 8 Ohm m), Ezeknek az anyagoknak a nagy ellenállása biztosítja az alacsony dinamikus energiaveszteséget a váltakozó elektromágneses mezőkben, és lehetővé teszi széleskörű felhasználásukat a nagyfrekvenciás technológiában.
6.3.1. fém lágy mágneses anyagokat
A fémes lágymágneses anyagok közé tartozik a karbonilvas, a permalloyok, az alsziferek és az alacsony széntartalmú szilíciumacélok.
karbonil vas – folyékony vas-pentakarbonil hőbontásával nyerikF e( CO ) 5 tiszta vaspor részecskék előállításához:
F e( CO ) 5 → Fe+ 5 CO,
200 körüli hőmérsékleten°Cés 15 MPa nyomású. A vasrészecskék gömb alakúak, 1-10 µm méretűek. A szénrészecskék eltávolítása érdekében a vasport hőkezelésnek vetik alá környezetben H 2 .
A karbonilvas mágneses permeabilitása eléri a 20000-et, a kényszerítő erő 4,5¸ 6,2A/m. A vasport nagyfrekvenciás gyártáshoz használják magnetodielektromos magok, mágnesszalagok töltőanyagaként.
Permalloyok -gömbgrafitos vas-nikkel ötvözetek. A tulajdonságok javításához írja be Mo, TÓL TŐL r, Cu, adalékolt permalloyok beszerzése. Nagy plaszticitásúak, könnyen hengerelhetők lapokká és szalagokká 1 mikronig.
Ha a permalloy nikkeltartalma 40-50%, akkor alacsony nikkeltartalmúnak nevezzük, ha 60-80% - magas nikkeltartalmú.
A permalloyoknak van magas szint mágneses jellemzők, amit nemcsak az ötvözet összetétele és nagy kémiai tisztasága, hanem speciális termikus vákuumkezelés is biztosít. A permalloyok kezdeti mágneses permeabilitása nagyon magas 2000 és 30 000 között (összetételtől függően) a gyenge mezők tartományában, ami a magnetostrikció alacsony értékének és a mágneses tulajdonságok izotrópiájának köszönhető. A Supermalloy különösen magas tulajdonságokkal rendelkezik, melynek kezdeti mágneses permeabilitása 100 000, a maximum pedig eléri az 1,5-öt 10 6 órakor B= 0,3 T
A permalloyokat szalagok, lapok és rudak formájában szállítjuk. Az alacsony nikkeltartalmú permalloyokat induktormagok, kis méretű transzformátorok és mágneses erősítők gyártásához használják, magas nikkeltartalmú permalloyok – hang- és szuperszonikus frekvencián működő berendezések részeihez. A permalloyok mágneses jellemzői –60 +60°C-on stabilak.
alsifera – nem képlékeny törékeny Al összetételű ötvözetek – Si– Fe , amely 5,5-13%-ból állAl, 9 – 10 % Si, a többi vas. Az Alsifer tulajdonságaiban közel áll a permalloyhoz, de olcsóbb. Öntött magokat készítenek belőle, mágneses képernyőket és egyéb, legalább 2-3 mm falvastagságú üreges részeket öntenek. Az alsifer törékenysége korlátozza alkalmazási körét. Az alsifer ridegségét felhasználva porrá őrlik, amelyet ferromágneses töltőanyagként használnak nagyfrekvenciás préseléshez. magnetodielektromos(magok, gyűrűk).
Alacsony széntartalmú szilikon acél (elektromos acél) – vas és szilícium ötvözete (0,8-4,8%Si). Alapvető lágy mágneses anyag tömeges alkalmazás. Könnyen tekerhető 0,05-1 mm-es lapokra és szalagokra, és olcsó anyag. Az acélban oldott állapotban lévő szilícium két funkciót lát el.
· Az acél ellenállásának növelésével a szilícium csökkenti az örvényáramokhoz kapcsolódó dinamikus veszteségeket. Az ellenállás növeli szilícium-dioxid képződés SiO 2 a reakció eredményeként
2 Haderő műszaki főtiszt + Si→ 2Fe+ SiO 2 .
· Az acélban oldott szilícium jelenléte hozzájárul a cementit bomlásához Fe 3 C - káros szennyeződés, amely csökkenti a mágneses jellemzőket, és a szén felszabadulását grafit formájában. Ebben az esetben tiszta vas keletkezik, amelynek kristályai növekednek növeli az acél mágneses jellemzőinek szintjét.
A szilícium acélba 4,8%-ot meghaladó mennyiségben történő bevitele nem javasolt, mivel a mágneses jellemzők javításával a szilícium élesen növeli az acél ridegségét és csökkenti mechanikai tulajdonságait.
6.3.2. Fém kemény mágneses anyagok
Kemény mágneses anyagok - ezek a ferromágnesek nagy koercitív erővel (több mint 1 kA / m) és nagy értékű maradék mágneses indukcióvalNÁL NÉL O. Állandó mágnesek készítésére használják.
Az összetételtől, állapottól és a beszerzés módjától függően a következőkre oszthatók:
· ötvözött martenzites acélok;
· öntött kemény mágneses ötvözetek.
Ötvözött martenzites acélok – ez a szénacélokról és ötvözött acélokról szólKr, W, Co, Mo . széntartalmú gyorsan öregszikés megváltoztatják tulajdonságaikat, ezért ritkán használják állandó mágnesek gyártására. Az állandó mágnesek gyártásához ötvözött acélokat használnak - wolfram és króm (HС ≈ 4800 A/m,NÁL NÉL Körülbelül ≈ 1 T), amelyek rúd formájában készülnek változatos formában szakaszok. A kobalt acélnak nagyobb a kényszerítő ereje (HС ≈ 12000 A/m,NÁL NÉL Körülbelül ≈ 1 T) a volfrámhoz és a krómhoz képest. Kényszerítő erő H TÓL TŐL a kobaltacél a tartalom növekedésével növekszik TÓL TŐL ról ről .
Öntött kemény mágneses ötvözetek. Az ötvözetek javított mágneses tulajdonságai a speciálisan megválasztott összetételnek és speciális feldolgozásnak köszönhetők - a mágnesek hűtése az öntés után erős mágneses térben, valamint a speciális többlépcsős hőkezelésnek köszönhetően kioltás és temperálás mágnessel kombinálva. csapadékos keményítésnek nevezett kezelés.
Az állandó mágnesek gyártásához három fő ötvözetcsoportot használnak:
· Vas-kobalt-molibdén ötvözet típus remalloy kényszerítő erővelH K \u003d 12-18 kA / m.
· Ötvözetcsoport:
§ réz - nikkel - vas;
§ réz - nikkel - kobalt;
§ vas - mangán, doppingoltalumínium vagy titán;
§ vas - kobalt - vanádium (F e- Co - V).
A réz-nikkel-vas ötvözetét nevezzük kunife (TÓL TŐL u– Ni - Fe). Ötvözet F e– Társ – V (vas - kobalt - vanádium) ún wicala . Ennek a csoportnak az ötvözetei kényszerítő erővel bírnak H Nak nek = 24 – 40 kA/m. Huzal formájában és lapokban adják ki.
· Rendszerötvözetek vas - nikkel - alumínium(F e – Ni– Al), korábban ötvözetként ismerték alni. Az ötvözet 20-33% Ni + 11-17% Al, a többi vas. Kobalt, réz, titán, szilícium, nióbium ötvözetek hozzáadása javítja azok mágneses tulajdonságait, megkönnyíti a gyártástechnológiát, biztosítja a paraméterek megismételhetőségét, javítja a mechanikai tulajdonságokat. A márka modern jelölése betűket tartalmaz, amelyek a hozzáadott fémeket (Yu - alumínium, N - nikkel, D - réz, K - kobalt, T - titán, B - nióbium, C - szilícium), számokat - az elem tartalmát, amelynek betűje a szám elé kerül, például UNDK15.
Az ötvözetek nagy értékű kényszerítő erővel rendelkeznek H Nak nek = 40 - 140 kA/m és nagy tárolt mágneses energia.
6.4. Nem fémes mágneses anyagok. Ferritek
A ferritek alacsony elektromos vezetőképességű kerámia ferromágneses anyagok. Az alacsony elektromos vezetőképesség és a magas mágneses jellemzők lehetővé teszik a ferritek széles körben történő alkalmazását magas frekvenciákon.
A ferriteket vas-oxidból és más fémek speciálisan kiválasztott oxidjaiból álló porkeverékből állítják elő. Préselik, majd szinterelik magas hőmérsékletek. Tábornok kémiai formulaúgy néz ki, mint a:
Meo Fe 2 O 3 vagy MeFe 2 O 4,
ahol Nekemkétértékű fém szimbólum.
Például,
ZnO Fe 2 O 3 ill
NiO Fe 2 O 3 ill NiFe 2 O 4
A ferriteknek köbös spinell típusú rácsuk vanMgOAl 2O3 - magnézium-aluminát.Nem minden ferrit mágneses. A mágneses tulajdonságok jelenléte a fémionok elrendezésével függ össze a köbös spinellrácsban. Szóval rendszerZnFe 2 O 4 nem rendelkezik ferromágneses tulajdonságokkal.
A ferritek kerámia technológiával készülnek. A kezdeti porított fém-oxidokat golyósmalmokban aprítják, préselik és kemencékben égetik. A szinterezett brikettet finom porrá őröljük, lágyítószert, például polivinil-alkohol oldatot adunk hozzá. A kapott tömegből ferrittermékeket préselnek - magokat, gyűrűket, amelyeket levegőben égetnek 1000-1400 ° C-on. A keletkező kemény, törékeny, többnyire fekete termékek csak csiszolással, polírozással dolgozhatók fel.
Puha mágneses ferritek
Puha mágnesesA ferriteket széles körben használják a nagyfrekvenciás elektronikai tervezés és műszerek területén szűrők, transzformátorok kis- és nagyfrekvenciás erősítőkhöz, antennák rádióadó- és rádióvevő készülékekhez, impulzustranszformátorok és mágneses modulátorok gyártásához. Az ipar a következő típusú lágymágneses ferriteket gyártja, amelyek mágneses és elektromos tulajdonságok széles skálájával rendelkeznek: nikkel-cink, mangán-cink és lítium-cink. A ferrit használatának felső határfrekvenciája összetételüktől függ, és a különböző minőségű ferriteknél 100 kHz és 600 MHz között változik, a kényszerítő erő körülbelül 16 A / m.
A ferritek előnye a mágneses karakterisztika stabilitása, a rádióalkatrészek viszonylagos gyártási egyszerűsége. Mint minden ferromágneses anyag, a ferritek is csak a Curie-hőmérsékletig tartják meg mágneses tulajdonságaikat, ami a ferrit összetételétől függ, és 45°C és 950°C között van.
Kemény mágneses ferritek
Az állandó mágnesek gyártásához kemény mágneses ferriteket használnak; bárium-ferriteket (VAO 6 Fe 2 O 3 ). Hatszögletű kristályszerkezetük van, nagyH Nak nek . A bárium-ferrit polikristályos anyag. Izotrópak lehetnek - a ferrit tulajdonságainak hasonlósága minden irányban annak a ténynek köszönhető, hogy a kristályos részecskék tetszőlegesen orientáltak. Ha a mágnesek préselése során a porszerű masszát nagy intenzitású külső mágneses térnek teszik ki, akkor a kristályos ferrit részecskék egy irányba orientálódnak, a mágnes pedig anizotróp lesz.
A bárium-ferriteket jellemzőik jó stabilitása jellemzi, de érzékenyek a hőmérséklet-változásokra és a mechanikai igénybevételre. A bárium-ferrit mágnesek olcsók.
6.5. Magnetodielektrikumok
Magnetodielektrikumok - ezek olyan kompozit anyagok, amelyek mágnesesen lágy anyag finoman diszpergált részecskéiből állnak, amelyek szerves vagy szervetlen dielektrikummal kapcsolódnak egymáshoz. Lágy mágneses anyagként karbonilvasat, alszifert és néhány permalloy-fajtát használnak por alakúra.
Dielektrikumként polisztirol, bakelit gyanta, folyékony üveg stb.
A dielektrikum célja nemcsak a mágneses anyag részecskéinek összekapcsolása, hanem egymástól való elválasztása is, és ennek következtében az elektromos ellenállás erőteljes növelése. magnetodielektromos. Fajlagos elektromos ellenállásrmagnetodielektromos10 3 – 10 4 ohm× m
Magnetodielektrikumokrádióberendezések nagyfrekvenciás alkatrészeinek magjainak gyártására használják. A termékek előállítási folyamata egyszerűbb, mint a ferritekből, mert. nem igényelnek magas hőmérsékletű hőkezelést. Termékek a magnetodielektromos A mágneses tulajdonságok nagy stabilitása, a kiváló felületi minőség és a méretpontosság jellemzi.
A legmagasabb mágneses jellemzőkkel a molibdén-permalloy-val vagy karbonilvassal töltött magnetoelektrikumok rendelkeznek.
Mágneses permeabilitás- fizikai mennyiség, együttható (a közeg tulajdonságaitól függően), a mágneses indukció kapcsolatát jellemzi texvc nem található; A beállítási segítségért lásd a matematika/README részt.): (B)és a mágneses térerősség Nem sikerült elemezni a kifejezést (futtatható fájl texvc nem található; A beállítási segítségért lásd a matematikát/README-t.): (H) lényegében. Mert különböző környezetekben ez az együttható eltérő, ezért egy adott közeg mágneses permeabilitásáról beszélnek (az összetételére, állapotára, hőmérsékletére stb.).
Először Werner Siemens "Beiträge zur Theorie des Elektromagnetismus" ("Hozzájárulás az elektromágnesesség elméletéhez") című munkájában találták meg 1881-ben.
Általában görög betűvel jelölik Nem sikerült elemezni a kifejezést (futtatható fájl texvc . Ez lehet skalár (izotróp anyagok esetén) vagy tenzor (anizotrop anyagok esetén).
Általában a mágneses indukció és a mágneses térerősség közötti kapcsolatot a mágneses permeabilitáson keresztül a következőképpen mutatjuk be
Nem sikerült elemezni a kifejezést (futtatható fájltexvc nem található; A beállítási segítségért lásd a math/README részt.): \vec(B) = \mu\vec(H),
és Nem sikerült elemezni a kifejezést (futtatható fájl texvc nem található; A beállítási segítségért lásd a math/README részt.): \mu ban ben általános eset itt tenzorként kell érteni, ami a komponens jelölésben a következőnek felel meg:
texvc nem található; A beállítási segítségért lásd a math/README részt.): \ B_i = \mu_(ij)H_j
Izotróp anyagok esetén az arány:
Nem sikerült elemezni a kifejezést (futtatható fájltexvc nem található; A beállítási segítségért lásd a math/README részt.): \vec(B) = \mu\vec(H)
értelmezhető úgy, hogy egy vektort megszorozunk egy skalárral (a mágneses permeabilitás ebben az esetben skalárra csökken).
Gyakran a megnevezés Nem sikerült elemezni a kifejezést (futtatható fájl texvc nem található; A beállítási segítségért lásd a math/README részt.): \mu eltérően használják, mint itt, mégpedig a relatív mágneses permeabilitásra (ebben az esetben Nem sikerült elemezni a kifejezést (futtatható fájl texvc nem található; A beállítási segítségért lásd a math/README részt.): \mu egybeesik a GHS-ben szereplővel).
Az abszolút mágneses permeabilitás dimenziója SI-ben megegyezik a mágneses állandó dimenziójával, azaz H / vagy / 2 .
A relatív mágneses permeabilitás SI-ben a χ mágneses szuszceptibilitással függ össze
Nem sikerült elemezni a kifejezést (futtatható fájltexvc nem található; Lásd a math/README beállítást.): \mu_r = 1 + \chi,
Az anyagok túlnyomó többsége vagy a diamágnesek osztályába tartozik ( Nem sikerült elemezni a kifejezést (futtatható fájl texvc nem található; A beállítási segítségért lásd a math/README oldalt.): \mu \lessapprox 1), vagy a paramágnesek osztályába ( Nem sikerült elemezni a kifejezést (futtatható fájl texvc nem található; A beállításhoz lásd a math/README oldalt.): \mu \gtrapprox 1). De számos anyag - (ferromágnesek), például a vasnak kifejezettebb mágneses tulajdonságai vannak.
A ferromágneseknél a hiszterézis miatt a mágneses permeabilitás fogalma szigorúan véve nem alkalmazható. Azonban a mágnesező tér bizonyos változási tartományában (hogy a maradék mágnesezettség elhanyagolható, de a telítésig) jobb-rosszabb közelítéssel lehet ezt a függést lineárisan ábrázolni (és mágnesesen lágy anyagok, az alulról jövő korlát a gyakorlatban nem biztos, hogy túl jelentős), és ebben az értelemben a mágneses permeabilitás nagysága is mérhető náluk.
| Közepes | Érzékenység χ m (térfogat, SI) |
Permeabilitás μ [H/m] | Relatív permeabilitás μ/μ 0 | Mágneses mező | Maximális frekvencia |
|---|---|---|---|---|---|
| Metglas (angol) Metglas ) | 1,25 | 1 000 000 | 0,5 T-nál | 100 kHz | |
| Nanoperm (angol) Nanoperm ) | 10×10 -2 | 80 000 | 0,5 T-nál | 10 kHz | |
| mu fém | 2,5×10 -2 | 20 000 | 0,002 T-nál | ||
| mu fém | 50 000 | ||||
| Pemalloy | 1,0×10 -2 | 70 000 | 0,002 T-nál | ||
| elektromos acél | 5,0×10 -3 | 4000 | 0,002 T-nál | ||
| Ferrit (nikkel-cink) | 2,0 × 10 -5 - 8,0 × 10 -4 | 16-640 | 100 kHz ~ 1 MHz [[C:Wikipédia:Cikkek forrás nélkül (ország: Lua hiba: callParserFunction: a "#property" függvény nem található. )]][[C:Wikipédia:Cikkek forrás nélkül (ország: Lua hiba: callParserFunction: a "#property" függvény nem található. )]] | ||
| Ferrit (mangán-cink) | >8,0×10 -4 | 640 (és több) | 100 kHz ~ 1 MHz | ||
| Acél | 8,75×10 -4 | 100 | 0,002 T-nál | ||
| Nikkel | 1,25×10 -4 | 100 - 600 | 0,002 T-nál | ||
| Neodímium mágnes | 1.05 | 1,2-1,4 T-ig | |||
| Platina | 1,2569701×10 -6 | 1,000265 | |||
| Alumínium | 2,22×10 -5 | 1,2566650 × 10 -6 | 1,000022 | ||
| Faipari | 1,00000043 | ||||
| Levegő | 1,00000037 | ||||
| Konkrét | 1 | ||||
| Vákuum | 0 | 1,2566371 × 10 -6 (μ 0) | 1 | ||
| Hidrogén | -2,2×10 -9 | 1,2566371×10 -6 | 1,0000000 | ||
| teflon | 1,2567 × 10 -6 | 1,0000 | |||
| Zafír | -2,1×10 -7 | 1,2566368×10 -6 | 0,99999976 | ||
| Réz | -6,4×10 -6 vagy -9,2×10 -6 |
1,2566290×10 -6 | 0,999994 | ||
| Víz | -8,0×10 -6 | 1,2566270×10 -6 | 0,999992 | ||
| Bizmut | -1,66×10 -4 | 0,999834 | |||
| szupravezetők | −1 | 0 | 0 |
Nagy meglepetésemre a korábban látottakkal ellentétben teljesen más időben és helyen kötöttünk ki, ami Franciaországhoz hasonlított, ruhákban pedig a XVIII. Egy széles, macskaköves utcán haladt el egy fedett gyönyörű hintó, amiben egy fiatal férfi és egy nő ült nagyon drága öltönyben, és láthatóan nagyon rossz hangulatban voltak... A fiatalember makacsul bizonyított valamit a lánynak, ő pedig teljesen nem hallgatva rá, nyugodtan lebegett valahol álmaidban, mint fiatal férfi nagyon bosszantó...
– Nézd, ő az! Ez ugyanaz a „kisfiú”... csak sok-sok év után – suttogta halkan Stella.
– Honnan tudod, hogy tényleg ő az? – Még mindig nem egészen értem, kérdeztem.
- Hát ez nagyon egyszerű! A kislány meglepetten nézett rám. - Mindannyiunknak van esszenciája, és az esszenciának megvan a maga „kulcsa”, amivel mindannyiunkat megtalálhatunk, csak tudni kell, hogyan kell keresni. Ide nézd...
Megint megmutatta nekem a babát, Harold fiát.
„Gondolj a lényegére, és meglátod…
És azonnal megláttam egy átlátszó, fényesen izzó, meglepően erős entitást, melynek mellkasán egy szokatlan „gyémánt” energiacsillag égett. Ez a "csillag" a szivárvány minden színében ragyogott és csillogott, most csökken, majd növekedett, mintha lassan pulzálna, és olyan fényesen szikrázott, mintha valóban a legcsodálatosabb gyémántokból hozták volna létre.
– Látod azt a furcsa, fejjel lefelé fordított csillagot a mellkasán? Ez az ő kulcsa. És ha megpróbálod követni őt, mint egy fonalat, akkor az egyenesen Axelhez vezet, akinek ugyanaz a csillaga - ez ugyanaz a lényeg, csak a következő inkarnációjában.
Teljes szememmel ránéztem, és Stella ezt észrevetve felnevetett, és vidáman bevallotta:
- Ne gondold, hogy én vagyok az - a nagymamám tanított meg!
Nagyon szégyelltem magam, hogy teljesen trógernek érzem magam, de a vágy, hogy többet tudjak meg, százszor erősebb volt minden szégyennél, ezért büszkeségemet a lehető legmélyebbre rejtettem, és óvatosan megkérdeztem:
– És mi van ezekkel a csodálatos „valóságokkal”, amelyeket most itt látunk? Hiszen ez valaki másnak, sajátos élete, és nem te teremted őket ugyanúgy, mint az összes világodat?
- Óh ne! - ismét a baba örült a lehetőségnek, hogy elmagyarázzon nekem valamit. - Természetesen nem! Ez csak a múlt, amelyben ezek az emberek valaha éltek, és én csak elviszlek oda téged és engem.
- És Harold? Hogyan látja mindezt?
Ó, könnyű neki! Ő is olyan, mint én, halott, így költözhet, ahova akar. Hiszen neki már nincs fizikai teste, így az esszenciája itt nem ismer akadályokat, és ott jár, ahol csak akar... akárcsak nekem... - fejezte be szomorúan a kislány.
Szomorúan arra gondoltam, hogy ami számára csak „egyszerű áthelyezés a múltba”, az számomra, úgy tűnik, sokáig „rejtély hét zár mögött” lesz... De Stella, mintha meghallotta volna a gondolataimat, azonnal sietett megnyugtatni:
- Meglátod, ez nagyon egyszerű! Csak meg kell próbálni.
- És ezek a "kulcsok" nem ismétlődnek másokkal? Úgy döntöttem, hogy folytatom a kérdéseimet.
- Nem, de néha más is történik... - valamiért viccesen mosolyogva válaszolta a baba. - Az elején pontosan így kaptam el, amiért nagyon „megvertek”... Ó, ez milyen hülyeség volt! ..
- De mint? – kérdeztem nagyon érdeklődve.
Stella vidáman válaszolt:
- Ó, ez nagyon vicces volt! - és kis gondolkodás után hozzátette, - de veszélyes is... Minden „emeleten” átkutattam a nagymamám múltkori megtestesülését, és helyette egy egészen más entitás jött a „szálán”, ami valahogy sikerült „lemásolni” nagymamám „virágát” (nyilván egy „kulcsot” is!), és amint sikerült örülni, hogy végre megtaláltam, ez az ismeretlen entitás kíméletlenül mellkason ütött. Igen, annyira, hogy a lelkem majdnem elrepült! ..
– De hogyan szabadult meg tőle? Meglepődtem.
- Nos, hogy őszinte legyek, nem szabadultam meg tőle ... - a lány zavarba jött. - Most hívtam a nagymamámat...
Mit nevezel "padlónak"? Még mindig nem tudtam megnyugodni.
– Nos, ezek különböző „világok”, ahol a halottak szelleme él... A legszebbben és a legmagasabbban azok élnek, akik jók voltak... és valószínűleg a legerősebbek is.
- Olyanok, mint te? – kérdeztem mosolyogva.
- Ó, nem, persze! Biztos tévedésből kerültem ide. - mondta őszintén a lány. – Tudod, mi a legérdekesebb? Erről az "padlóról" mindenhova el tudunk sétálni, de a többiről senki nem jut el ide... Tényleg érdekes? ..
Igen, ez nagyon furcsa és nagyon izgalmas volt az „éhes” agyamnak, és annyira szerettem volna többet tudni! adott valamit (például az én " sztárbarátok”), és ezért már egy ilyen egyszerű gyerekes magyarázat is szokatlanul boldoggá tett, és még dühösebben elmélyedtem kísérleteimben, következtetéseimben és tévedéseimben... szokás szerint még érthetetlenebb dolgokat is találva mindenben, ami történik. Az volt a bajom, hogy nagyon könnyen tudtam „szokatlant” csinálni vagy alkotni, de az egész baj az volt, hogy azt is meg akartam érteni, hogyan is teremtem mindezt... Ugyanis ez az, amivel még nem jártam túl...
Ha a fent leírt kísérletekben a vasmag helyett más anyagú magokat veszünk, akkor a mágneses fluxus változása is kimutatható. A legtermészetesebb elvárás, hogy a legszembetűnőbb hatást a vashoz mágneses tulajdonságaikban hasonló anyagok, azaz a nikkel, a kobalt és egyes mágneses ötvözetek okozzák. Valójában, amikor ezeknek az anyagoknak a magját behelyezik a tekercsbe, a mágneses fluxus növekedése meglehetősen jelentősnek bizonyul. Más szóval azt mondhatjuk, hogy a mágneses áteresztőképességük nagy; a nikkelnél például elérheti az 50-et, a kobaltnál a 100-at. Mindezek az anyagok nagy értékek ferromágneses anyagok egy csoportjába egyesülve.
Azonban minden más "nem mágneses" anyagnak is van némi hatása a mágneses fluxusra, bár ez a hatás sokkal kisebb, mint a ferromágneses anyagoké. Nagyon gondos mérésekkel ez a változás kimutatható, és a mágneses permeabilitás meghatározható. különféle anyagok. Figyelembe kell azonban venni, hogy a fent leírt kísérletben a tekercsben lévő mágneses fluxust, amelynek az ürege vassal van kitöltve, összehasonlítottuk a tekercsben lévő fluxussal, amelyben levegő van. Amíg olyan erősen mágneses anyagokról beszéltünk, mint a vas, nikkel, kobalt, ez nem számított, mivel a levegő jelenléte nagyon csekély hatással van a mágneses fluxusra. De amikor más anyagok mágneses tulajdonságait vizsgáljuk, különösen magának a levegőnek, akkor természetesen összehasonlítást kell végeznünk egy tekercssel, amelynek belsejében nincs levegő (vákuum). Így a mágneses permeabilitáshoz a vizsgált anyagban és a vákuumban lévő mágneses fluxusok arányát vesszük. Más szóval, a vákuum mágneses permeabilitását egységnek vesszük (ha , akkor ).
A mérések azt mutatják, hogy minden anyag mágneses permeabilitása különbözik az egységtől, bár a legtöbb esetben ez a különbség nagyon kicsi. De különösen figyelemreméltó az a tény, hogy egyes anyagok mágneses permeabilitása egynél nagyobb, míg másoknak egynél kisebb, vagyis a tekercs feltöltése bizonyos anyagokkal növeli a mágneses fluxust, és a tekercs más anyagokkal való feltöltése csökkenti ezt a fluxust. . Ezen anyagok közül az elsőt paramágnesesnek (), a másodikat diamágnesesnek () nevezik. Táblázatként. A 7. ábra szerint a permeabilitás és az egység közötti különbség kicsi mind a paramágneses, mind a diamágneses anyagok esetében.
Külön hangsúlyozni kell, hogy paramágneses és diamágneses testeknél a mágneses permeabilitás nem függ a külső, mágnesező tér mágneses indukciójától, azaz egy adott anyagot jellemző állandó érték. Amint látni fogjuk a 149. §-t, ez nem vonatkozik a vasra és más hasonló (ferromágneses) testekre.
7. táblázat: Egyes paramágneses és diamágneses anyagok permeabilitása
|
Paramágneses anyagok |
Diamágneses anyagok |
||
|
Nitrogén (gáz halmazállapotú) |
Hidrogén (gáz halmazállapotú) |
||
|
Levegő (gáznemű) |
|||
|
Oxigén (gáz halmazállapotú) |
|||
|
Oxigén (folyékony) |
|||
|
Alumínium |
|||
|
Volfrám |
|||
A paramágneses és diamágneses anyagok mágneses fluxusra gyakorolt hatását, valamint a ferromágneses anyagok hatását az magyarázza, hogy a tekercs tekercsében az áram által létrehozott mágneses fluxushoz az elemi amperáramokból származó fluxus is hozzáadódik. A paramágneses anyagok növelik a tekercs mágneses fluxusát. Ez a fluxusnövekedés, amikor a tekercs meg van töltve paramágneses anyaggal, azt jelzi, hogy paramágneses anyagokban külső mágneses tér hatására az elemi áramok úgy vannak orientálva, hogy irányuk egybeessen a tekercsáram irányával (276. ábra). Az egységtől való csekély eltérés csak azt jelzi, hogy paramágneses anyagoknál ez a járulékos mágneses fluxus nagyon kicsi, vagyis a paramágneses anyagok nagyon gyengén mágneseződnek.
A mágneses fluxus csökkenése a tekercs diamágneses anyaggal való feltöltésekor azt jelenti, hogy ebben az esetben az elemi amperáramokból származó mágneses fluxus a tekercs mágneses fluxusával ellentétes irányban irányul, azaz elemi áramok keletkeznek a diamágneses anyagokban a tekercs alatt. külső mágneses tér hatása a tekercsáramokkal ellentétes irányban (277. ábra). Az egységtől való eltérések kicsinysége ebben az esetben is azt jelzi, hogy ezen elemi áramok járulékos áramlása kicsi.
Rizs. 277. A tekercs belsejében lévő diamágneses anyagok gyengítik a szolenoid mágneses terét. A bennük lévő elemi áramok a mágnesszelepben lévő árammal ellentétes irányban irányulnak
mágneses permeabilitásnak nevezzük . Abszolút mágnesesáteresztőképesség A környezet a B és a H aránya. A Nemzetközi Mértékegységrendszer szerint mértékegységben 1 henry per méter.
Ennek számértékét az értékének a vákuum mágneses permeabilitásának értékéhez viszonyított arányával fejezzük ki, és µ-val jelöljük. Ezt az értéket hívják relatív mágnesesáteresztőképesség(vagy egyszerűen mágneses permeabilitását) a közeg. Relatív mennyiségként nincs mértékegysége.
Ezért a relatív mágneses permeabilitás µ egy olyan érték, amely megmutatja, hogy egy adott közeg mezőindukciója hányszor kisebb (vagy több), mint a vákuummágneses tér indukciója.
Ha egy anyagot külső mágneses térnek tesznek ki, akkor mágnesessé válik. Hogyan történik ez? Ampere hipotézise szerint mikroszkopikus elektromos áramok folyamatosan keringenek minden anyagban, amelyet az elektronok mozgása a pályájukon és a saját V jelenléte okoz. normál körülmények között ez a mozgás rendezetlen, és a mezők "kioltják" (kompenzálják) egymást. Amikor egy testet külső térbe helyezünk, az áramok rendeződnek, és a test mágnesezetté válik (azaz saját tere van).
Minden anyag mágneses permeabilitása eltérő. Mérete alapján az anyagokat három részre kell osztani nagy csoportok.
Nál nél diamágnesek a µ mágneses permeabilitás értéke valamivel kisebb egységnél. Például a bizmut µ = 0,9998. A diamágnesek közé tartozik a cink, ólom, kvarc, réz, üveg, hidrogén, benzol és víz.
Mágneses permeabilitás paramágnesek valamivel több, mint egység (alumínium esetén µ = 1,000023). A paramágnesek példái a nikkel, oxigén, volfrám, ebonit, platina, nitrogén, levegő.
Végül a harmadik csoportba számos olyan anyag tartozik (főleg fémek és ötvözetek), amelyek mágneses permeabilitása jelentősen (több nagyságrenddel) meghaladja az egységet. Ezek az anyagok ferromágnesek. Ezek főleg a nikkelt, vasat, kobaltot és ezek ötvözeteit foglalják magukban. Acélnál µ = 8∙10^3, nikkel-vas ötvözetnél µ=2,5∙10^5. A ferromágnesek olyan tulajdonságokkal rendelkeznek, amelyek megkülönböztetik őket más anyagoktól. Először is maradék mágnesességük van. Másodszor, mágneses permeabilitásuk a külső tér indukciójának nagyságától függ. Harmadszor, mindegyikhez van egy bizonyos hőmérsékleti küszöb, az ún Curie pont, amelynél elveszti ferromágneses tulajdonságait és paramágnesessé válik. A nikkelnél a Curie-pont 360°C, a vasnál 770°C.
A ferromágnesek tulajdonságait nemcsak a mágneses permeabilitás határozza meg, hanem az I értéke is, ún. mágnesezés ennek az anyagnak. Ez a mágneses indukció összetett nemlineáris függvénye, a mágnesezettség növekedését egy ún mágnesezési görbe. Ebben az esetben egy bizonyos pont elérése után a mágnesezettség gyakorlatilag leáll (jön mágneses telítettség). A ferromágnes mágnesezettsége értékének elmaradását a külső tér indukciójának növekvő értékétől ún. mágneses hiszterézis. Ebben az esetben a ferromágnes mágneses jellemzői nemcsak az aktuális állapotától, hanem a korábbi mágnesezettségétől is függenek. Ennek a függőségnek a görbéjének grafikus ábrázolását ún hiszterézis hurok.
Tulajdonságaik miatt a ferromágneseket széles körben használják a mérnöki iparban. Generátorok és villanymotorok rotorjaiban, transzformátormagok gyártásában és elektronikus számítógépek alkatrészeinek gyártásában használják. A ferromágneseket magnókban, telefonokban, mágnesszalagokban és más adathordozókban használják.
