Numerosi esperimenti indicano che tutte le sostanze poste in un campo magnetico sono magnetizzate e creano un proprio campo magnetico, la cui azione si aggiunge all'azione di un campo magnetico esterno:
$$\boldsymbol(\vec(B)=(\vec(B))_(0)+(\vec(B))_(1))$$
dove $\boldsymbol(\vec(B))$ è l'induzione del campo magnetico nella sostanza; $\boldsymbol((\vec(B))_(0))$ - induzione del campo magnetico nel vuoto, $\boldsymbol((\vec(B))_(1))$ - induzione del campo magnetico dovuta alla magnetizzazione della materia . In questo caso, la sostanza può rafforzare o indebolire il campo magnetico. L'effetto di una sostanza su un campo magnetico esterno è caratterizzato dalla quantità μ , che è chiamato la permeabilità magnetica di una sostanza
$$ \boldsymbol(\mu =\frac(B)((B)_(0)))$$
Tutte le sostanze sono costituite da molecole, le molecole sono costituite da atomi. I gusci elettronici degli atomi possono essere considerati condizionatamente come costituiti da correnti elettriche circolari formate da elettroni in movimento. Le correnti elettriche circolari negli atomi devono creare i propri campi magnetici. Le correnti elettriche dovrebbero essere influenzate da un campo magnetico esterno, per cui ci si può aspettare un aumento del campo magnetico quando i campi magnetici atomici sono codirezionali con l'esterno campo magnetico, o il loro indebolimento con la loro direzione opposta.
Ipotesi circa l'esistenza di campi magnetici negli atomi e la possibilità di modificare il campo magnetico nella sostanza è pienamente coerente con la realtà. Tutto sostanze dall'azione di un campo magnetico esterno su di esse possono essere suddivisi in tre gruppi principali: diamagneti, paramagneti e ferromagneti.
diamagneti sono sostanze in cui il campo magnetico esterno è indebolito. Ciò significa che i campi magnetici degli atomi di tali sostanze in un campo magnetico esterno sono diretti opposti al campo magnetico esterno (µ< 1). Изменение магнитного поля даже в самых сильных диамагнетиках составляет лишь сотые доли процента. Например, висмут обладает permeabilità magnetica µ = 0,999826.
Per capire la natura del diamagnetismo consideriamo il moto di un elettrone che vola a una certa velocità v in un campo magnetico uniforme perpendicolare al vettore A campo magnetico.
Sotto l'influenza Forze di Lorentz l'elettrone si muoverà in un cerchio, la direzione della sua rotazione è determinata dalla direzione del vettore forza di Lorentz. La corrente circolare risultante crea il proprio campo magnetico A"
. Questo è un campo magnetico A"
diretto opposto al campo magnetico A. Pertanto, qualsiasi sostanza contenente particelle cariche che si muovono liberamente deve avere proprietà diamagnetiche.
Sebbene gli elettroni negli atomi della materia non siano liberi, la variazione del loro moto all'interno degli atomi sotto l'azione di un campo magnetico esterno risulta essere equivalente al moto circolare degli elettroni liberi. Pertanto, qualsiasi sostanza in un campo magnetico ha necessariamente proprietà diamagnetiche.
Tuttavia, gli effetti diamagnetici sono molto deboli e si trovano solo in sostanze i cui atomi o molecole non hanno un proprio campo magnetico. Esempi di diamagneti sono piombo, zinco, bismuto (μ = 0,9998).
Henri Ampère (1820) fu il primo a spiegare le ragioni per cui i corpi hanno proprietà magnetiche. Secondo la sua ipotesi, all'interno di molecole e atomi circolano correnti elettriche elementari, che determinano le proprietà magnetiche di qualsiasi sostanza.
Considera le cause del magnetismo atomico in modo più dettagliato:
Prendiamone un po' solido. La sua magnetizzazione è legata alle proprietà magnetiche delle particelle (molecole e atomi) di cui è composta. Considera quali circuiti con corrente sono possibili a livello micro. Il magnetismo degli atomi è dovuto a due ragioni principali:
1) il movimento degli elettroni attorno al nucleo in orbite chiuse ( momento magnetico orbitale) (Fig. 1);
Riso. 2
2) propria rotazione (spin) degli elettroni ( momento magnetico di rotazione) (Fig. 2).
Per i curiosi. Il momento magnetico del circuito è uguale al prodotto della forza della corrente nel circuito e dell'area coperta dal circuito. La sua direzione coincide con la direzione del vettore di induzione del campo magnetico nel mezzo del circuito di corrente.Poiché le orbite di diversi elettroni nel piano dell'atomo non coincidono, i vettori di induzione del campo magnetico da essi creati (momenti magnetici orbitali e di spin) sono diretti ad angoli diversi l'uno rispetto all'altro. Il vettore di induzione risultante di un atomo multielettronico è uguale alla somma vettoriale dei vettori di induzione di campo creati dai singoli elettroni. Gli atomi con gusci di elettroni parzialmente riempiti hanno campi non compensati. Negli atomi con gusci di elettroni pieni, il vettore di induzione risultante è 0.
In tutti i casi, la variazione del campo magnetico è dovuta alla comparsa di correnti di magnetizzazione (si osserva il fenomeno dell'induzione elettromagnetica). In altre parole, resta valido il principio di sovrapposizione del campo magnetico: il campo all'interno del magnete è la sovrapposizione del campo esterno $\boldsymbol((\vec(B))_(0))$ e del campo $\boldsymbol( \vec(B"))$ delle correnti di magnetizzazione io" , che sorgono sotto l'azione di un campo esterno. Se il campo delle correnti di magnetizzazione è diretto allo stesso modo di campo esterno, allora l'induzione del campo totale sarà maggiore del campo esterno (Fig. 3, a) - in questo caso, diciamo che la sostanza esalta il campo; se il campo delle correnti di magnetizzazione è diretto opposto al campo esterno, il campo totale sarà inferiore al campo esterno (Fig. 3, b) - è in questo senso che diciamo che la sostanza indebolisce il campo magnetico.
Riso. 3
A diamagneti Le molecole non hanno un proprio campo magnetico. Sotto l'azione di un campo magnetico esterno in atomi e molecole, il campo delle correnti di magnetizzazione è diretto opposto al campo esterno, quindi il modulo del vettore di induzione magnetica $ \boldsymbol(\vec(B))$ del campo risultante sarà essere minore del modulo del vettore di induzione magnetica $ \boldsymbol((\vec(B ))_(0)) $ campo esterno.
Sono chiamate sostanze in cui il campo magnetico esterno è potenziato a seguito dell'aggiunta dei campi magnetici dei gusci di elettroni degli atomi della sostanza a causa dell'orientamento dei campi magnetici atomici nella direzione del campo magnetico esterno paramagneti(µ > 1).
Paramagneti amplificano molto debolmente il campo magnetico esterno. La permeabilità magnetica dei paramagneti differisce dall'unità solo di una frazione di punto percentuale. Ad esempio, la permeabilità magnetica del platino è 1.00036. A causa dei valori molto piccoli della permeabilità magnetica dei materiali paramagnetici e diamagnetici, è molto difficile rilevare la loro influenza su un campo esterno o l'influenza di un campo esterno su corpi paramagnetici o diamagnetici. Pertanto, nella normale pratica quotidiana, nella tecnologia, le sostanze paramagnetiche e diamagnetiche sono considerate non magnetiche, cioè sostanze che non modificano il campo magnetico e non sono influenzate dal campo magnetico. Esempi di paramagneti sono sodio, ossigeno, alluminio (μ = 1,00023).
A paramagneti le molecole hanno un proprio campo magnetico. In assenza di un campo magnetico esterno, a causa del movimento termico, i vettori di induzione dei campi magnetici di atomi e molecole sono orientati in modo casuale, quindi la loro magnetizzazione media è zero (Fig. 4, a). Quando un campo magnetico esterno viene applicato ad atomi e molecole, un momento di forze inizia ad agire, tendendo a ruotarli in modo che i loro campi siano orientati parallelamente al campo esterno. L'orientamento delle molecole paramagnetiche porta al fatto che la sostanza è magnetizzata (Fig. 4b).
Riso. quattro
Il completo orientamento delle molecole in un campo magnetico è impedito dal loro movimento termico, quindi la permeabilità magnetica dei paramagneti dipende dalla temperatura. Ovviamente, con l'aumentare della temperatura, la permeabilità magnetica dei paramagneti diminuisce.
Vengono chiamate sostanze che aumentano significativamente il campo magnetico esterno ferromagneti(nichel, ferro, cobalto, ecc.). Esempi di ferromagneti sono cobalto, nichel, ferro (μ raggiunge un valore di 8 10 3).
Il nome stesso di questa classe di materiali magnetici deriva dal nome latino del ferro - Ferrum. caratteristica principale di queste sostanze risiede nella capacità di mantenere la magnetizzazione in assenza di un campo magnetico esterno, tutti i magneti permanenti appartengono alla classe dei ferromagneti. Oltre al ferro, i suoi "vicini" secondo la tavola periodica, cobalto e nichel, hanno proprietà ferromagnetiche. I ferromagneti trovano ampio uso pratico nella scienza e nella tecnologia, quindi, è stato sviluppato un numero significativo di leghe con diverse proprietà ferromagnetiche.
Tutti gli esempi precedenti di ferromagneti si riferiscono a metalli del gruppo di transizione, il cui guscio di elettroni contiene diversi elettroni spaiati, il che porta al fatto che questi atomi hanno un campo magnetico intrinseco significativo. Nello stato cristallino, a causa dell'interazione tra gli atomi nei cristalli, sorgono regioni di magnetizzazione spontanea (spontanea) - domini. Le dimensioni di questi domini sono decimi e centesimi di millimetro (10 -4 − 10 -5 m), che superano significativamente le dimensioni di un singolo atomo (10 -9 m). All'interno di un dominio, i campi magnetici degli atomi sono orientati in modo rigorosamente parallelo, l'orientamento dei campi magnetici di altri domini in assenza di un campo magnetico esterno cambia arbitrariamente (Fig. 5).
Riso. 5
Pertanto, anche nello stato non magnetizzato, ci sono forti campi magnetici all'interno del ferromagnete, il cui orientamento cambia in modo caotico casuale durante il passaggio da un dominio all'altro. Se le dimensioni di un corpo superano significativamente le dimensioni dei singoli domini, il campo magnetico medio creato dai domini di questo corpo è praticamente assente.
Se posizioniamo un ferromagnete in un campo magnetico esterno B0 , quindi i momenti magnetici dei domini iniziano a riorganizzarsi. Tuttavia, non vi è alcuna rotazione spaziale meccanica di sezioni di materia. Il processo di inversione della magnetizzazione è associato a un cambiamento nel movimento degli elettroni, ma non a un cambiamento nella posizione degli atomi nei nodi reticolo cristallino. I domini che hanno l'orientamento più favorevole rispetto alla direzione del campo aumentano le loro dimensioni a scapito dei domini vicini "orientati in modo errato", assorbendoli. In questo caso, il campo nella sostanza aumenta in modo molto significativo.
1) le proprietà ferromagnetiche di una sostanza compaiono solo quando lo è la sostanza corrispondente in stato cristallino ;
2) le proprietà magnetiche dei ferromagneti dipendono fortemente dalla temperatura, poiché l'orientamento dei campi magnetici dei domini è ostacolato dal moto termico. Per ogni ferromagnete esiste una certa temperatura alla quale la struttura del dominio viene completamente distrutta e il ferromagnete si trasforma in un paramagnete. Questo valore di temperatura viene chiamato Punto Curie . Quindi per il ferro puro la temperatura di Curie è di circa 900°C;
3) i ferromagneti sono magnetizzati alla saturazione in deboli campi magnetici. La Figura 6 mostra come cambia il modulo di induzione del campo magnetico B in acciaio con campo esterno variabile B0 :
Riso. 6
4) la permeabilità magnetica di un ferromagnete dipende dal campo magnetico esterno (Fig. 7).
Riso. 7
Ciò è dovuto al fatto che inizialmente con l'aumento B0 induzione magnetica B si rafforza e, di conseguenza, μ crescerà. Quindi, al valore dell'induzione magnetica B" 0 si verifica la saturazione (μ è al suo massimo in questo momento) e con un ulteriore aumento B0 induzione magnetica B1 nella sostanza cessa di cambiare e la permeabilità magnetica diminuisce (tende a 1):
$$\boldsymbol(\mu = \frac B(B_0) = \frac (B_0 + B_1)(B_0) = 1 + \frac (B_1)(B_0);) $$
5) nei ferromagneti si osserva magnetizzazione residua. Se, ad esempio, un'asta ferromagnetica viene inserita in un solenoide attraverso il quale passa la corrente, e magnetizzata a saturazione (punto MA) (Fig. 8), quindi ridurre la corrente nel solenoide e con essa B0 , si può notare che l'induzione di campo nell'asta nel processo di smagnetizzazione rimane sempre maggiore che nel processo di magnetizzazione. quando B0 = 0 (la corrente nel solenoide è spenta), l'induzione sarà uguale a Br (induzione residua). L'asta può essere rimossa dal solenoide e utilizzata come magnete permanente. Per smagnetizzare finalmente l'asta, è necessario far passare una corrente in direzione opposta attraverso il solenoide, cioè applicare un campo magnetico esterno con direzione opposta al vettore di induzione. Ora aumentando il modulo dell'induzione di questo campo a Boc , smagnetizzare l'asta ( B = 0).
Riso. otto
Con ulteriore aumento B0 è possibile magnetizzare l'asta a saturazione (punto MA" ).
Adesso si sta restringendo B0 a zero, ottengono di nuovo un magnete permanente, ma con induzione –Br (direzione opposta). Per smagnetizzare nuovamente l'asta, la corrente della direzione originale deve essere ripristinata nel solenoide e l'asta si smagnetizza quando l'induzione B0 diventa uguale Boc . Continuo ad aumentare B0 , magnetizzare nuovamente l'asta fino a saturazione (punto MA ).
Pertanto, durante la magnetizzazione e la smagnetizzazione di un ferromagnete, l'induzione B dietro B 0. Questo ritardo viene chiamato fenomeno di isteresi . Viene chiamata la curva mostrata in Figura 8 ciclo di isteresi .
Isteresi (greco ὑστέρησις - "in ritardo") - una proprietà dei sistemi che non seguono immediatamente le forze applicate.La forma della curva di magnetizzazione (anello di isteresi) differisce in modo significativo per i vari materiali ferromagnetici, che sono ampiamente utilizzati nelle applicazioni scientifiche e tecniche. Alcuni materiali magnetici hanno un anello ampio con elevata rimanenza e coercitività, sono chiamati magneticamente duro e sono usati per fare magneti permanenti. Altre leghe ferromagnetiche sono caratterizzate da bassi valori della forza coercitiva; tali materiali sono facilmente magnetizzabili e rimagnetizzati anche in campi deboli. Tali materiali sono chiamati magneticamente morbido e sono utilizzati in vari dispositivi elettrici: relè, trasformatori, circuiti magnetici, ecc.
Tutte le sostanze sono magnetiche e sono magnetizzate in un campo magnetico esterno.
In base alle loro proprietà magnetiche, i materiali sono suddivisi in debolmente magnetici ( diamagneti e paramagneti) e fortemente magnetico ( ferromagneti e ferrimagneti).
Diamagnetiμr < 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 composti organici e alcuni metalli Cu , Zn , Ag , Au , Hg ) e anche A io, Ga, Sb.
Paramagneti- sostanze con permeabilità magneticaμr> 1, che nei campi deboli non dipende dall'intensità del campo magnetico esterno. I paramagneti comprendono sostanze i cui atomi (molecole) in assenza di campo magnetizzante hanno un momento magnetico diverso da zero: ossigeno, ossido nitrico, sali di ferro, cobalto, nichel e terre rare, metalli alcalini, alluminio, platino.
Per diamagneti e paramagneti, la permeabilità magneticaμrvicino all'unità. L'applicazione in ingegneria come materiali magnetici è limitata.
Nei materiali altamente magnetici, la permeabilità magnetica è molto maggiore dell'unità (μr >> 1) e dipende dall'intensità del campo magnetico. Questi includono: ferro, nichel, cobalto e loro leghe, nonché leghe di cromo e manganese, gadolinio, ferriti di varia composizione.
6.1. Caratteristiche magnetiche dei materiali
Proprietà magnetiche i materiali sono valutati da quantità fisiche chiamate caratteristiche magnetiche.
Permeabilità magnetica
Distinguere parente e assoluto permeabilità magnetica sostanze (materiali) che sono interconnesse dal rapporto
μa = μ o μ, H/m
umè la costante magnetica,um = 4π 10 -7 Gn/mq;
μ – permeabilità magnetica relativa (quantità adimensionale).
Per descrivere le proprietà dei materiali magnetici, viene utilizzata la permeabilità magnetica relativaμ (più comunemente indicato come permeabilità magnetica), e per i calcoli pratici usa la permeabilità magnetica assolutaμa, calcolato dall'equazione
μa = A /H,H/m
H– intensità del campo magnetico magnetizzante (esterno), A/m
A – induzione del campo magnetico in un magnete.
Grande valoreμ mostra che il materiale è facilmente magnetizzabile in campi magnetici deboli e forti. La permeabilità magnetica della maggior parte dei magneti dipende dalla forza del campo magnetico magnetizzante.
Per caratterizzare le proprietà magnetiche è ampiamente utilizzata una grandezza adimensionale, chiamata suscettibilità magnetica χ .
μ = 1 + χ
Coefficiente di temperatura della permeabilità magnetica
Le proprietà magnetiche della materia dipendono dalla temperaturaμ = μ (T) .
Per descrivere la natura del cambiamentoproprietà magnetiche con la temperaturautilizzare il coefficiente di temperatura della permeabilità magnetica.
Dipendenza della suscettibilità magnetica dei paramagneti dalla temperaturaTdescritto dalla legge di Curie
dove C - Curie costante .
Caratteristiche magnetiche dei ferromagneti
La dipendenza delle proprietà magnetiche dei ferromagneti ha un carattere più complesso, mostrato in figura, e raggiunge un massimo ad una temperatura prossima aQ a.
La temperatura alla quale la suscettibilità magnetica diminuisce bruscamente, quasi a zero, è chiamata temperatura di Curie -Q a. A temperature superioriQ a il processo di magnetizzazione di un ferromagnete è disturbato dall'intenso movimento termico di atomi e molecole e il materiale cessa di essere ferromagnetico e diventa un paramagnete.
Per ferro Q k = 768 ° C , per nichel Q k = 358 ° C , per cobalto Q k = 1131 ° C.
Al di sopra della temperatura di Curie, la dipendenza della suscettibilità magnetica di un ferromagnete dalla temperaturaTdescritto dalla legge Curie-Weiss
Il processo di magnetizzazione di materiali altamente magnetici (ferromagneti) ha isteresi. Se un ferromagnete smagnetizzato viene magnetizzato in un campo esterno, viene magnetizzato lungo curva di magnetizzazione B = B(H) . Se poi, a partire da qualche valoreHiniziare a ridurre l'intensità del campo, quindi l'induzioneBdiminuirà con un certo ritardo ( isteresi) rispetto alla curva di magnetizzazione. Con un aumento del campo di direzione opposta, il ferromagnete si smagnetizza, quindi rimagnetizza, e con un nuovo cambiamento nella direzione del campo magnetico, può tornare al punto di partenza, da dove è iniziato il processo di smagnetizzazione. Viene chiamato il ciclo risultante mostrato in figura ciclo di isteresi.
Ad una certa tensione massimaH m campo magnetizzante, la sostanza viene magnetizzata in uno stato di saturazione, in cui l'induzione raggiunge il valoreA H , che è chiamatoinduzione di saturazione.
Induzione magnetica residua A o – osservato in un materiale ferromagnetico, magnetizzato a saturazione, quando è smagnetizzato, quando l'intensità del campo magnetico è zero. Per smagnetizzare un campione di materiale, è necessario che l'intensità del campo magnetico inverta la sua direzione (-H). Forza del campoH Per , per cui l'induzione è zero, viene chiamata forza coercitiva(forza di tenuta) .
L'inversione della magnetizzazione di un ferromagnete in campi magnetici alternati è sempre accompagnata da perdite di energia termica, che sono dovute a perdita di isteresi e perdite dinamiche. Le perdite dinamiche sono legate alle correnti parassite indotte nel volume del materiale e dipendono dalla resistenza elettrica del materiale, decrescente all'aumentare della resistenza. Perdita di isteresiw in un ciclo di inversione della magnetizzazione determinato dall'area del ciclo di isteresi
e può essere calcolato per un volume unitario di una sostanza mediante la formula empirica
J/m3
dove η - coefficiente a seconda del materiale,B H è l'induzione massima raggiunta durante il ciclo,n- esponente pari a 1,6 a seconda del materiale¸ 2.
Perdite di energia specifiche per isteresi R G – perdite spese per l'inversione della magnetizzazione di un'unità di massa in un volume unitario di materiale al secondo.
dove f – Frequenza AC,Tè il periodo di oscillazione.
Magnetostrizione
Magnetostrizione - il fenomeno della modifica delle dimensioni geometriche e della forma di un ferromagnete con una variazione dell'ampiezza del campo magnetico, ad es. durante la magnetizzazione. Modifica relativa delle dimensioni del materialeΔ l/ lpuò essere positivo e negativo. Per il nichel la magnetostrizione è inferiore a zero e raggiunge un valore dello 0,004%.
Secondo il principio di Le Chatelier di contrastare l'influenza del sistema fattori esterni tendendo a modificare questo stato, la deformazione meccanica di un ferromagnete, portando ad un cambiamento delle sue dimensioni, dovrebbe influenzare la magnetizzazione di questi materiali.
Se, durante la magnetizzazione, il corpo subisce una riduzione delle sue dimensioni in una determinata direzione, l'applicazione di sollecitazioni meccaniche di compressione in questa direzione contribuisce alla magnetizzazione e la tensione rende difficile la magnetizzazione.
6.2. Classificazione dei materiali ferromagnetici
Tutti i materiali ferromagnetici possono essere divisi in due gruppi in base al loro comportamento in un campo magnetico.
Morbido magnetico – ad alta permeabilità magneticaμ e piccola forza coercitivaH Per< 10Sono. Sono facilmente magnetizzati e smagnetizzati. Hanno basse perdite di isteresi, cioè ciclo di isteresi stretto.
Le caratteristiche magnetiche dipendono dalla purezza chimica e dal grado di distorsione della struttura cristallina. Le meno impurità(DA, R, FIGLIO ) , maggiore è il livello delle caratteristiche del materiale, pertanto, è necessario rimuoverli e ossidi nella produzione di un ferromagnete, e cercare di non distorcere la struttura cristallina del materiale.
Materiali magnetici duri - avere grandeH K > 0,5 MA/m e induzione residua (A o ≥ 0,1 T). Corrispondono a un ampio ciclo di isteresi. Sono magnetizzati con grande difficoltà, ma possono immagazzinare energia magnetica per diversi anni, ad es. fungere da sorgente di un campo magnetico costante. Pertanto, i magneti permanenti sono realizzati da loro.
Per composizione, tutti i materiali magnetici sono divisi in:
· metallo;
· non metallico;
· magnetodielettrici.
Materiali magnetici metallici - si tratta di metalli puri (ferro, cobalto, nichel) e leghe magnetiche di alcuni metalli.
a non metallico i materiali includono ferriti, ottenuto da polveri di ossidi di ferro e altri metalli. Vengono pressati e cotti a 1300 - 1500°C e si trasformano in solide parti magnetiche monolitiche. I ferriti, come i materiali magnetici metallici, possono essere magneticamente morbidi e magneticamente duri.
Magnetodielettrico – questi sono materiali compositi dal 60 - 80% di polvere di materiale magnetico e dal 40 - 20% di dielettrico organico. Ferriti e magnetodielettrici avere Grande importanza resistività elettrica (ρ \u003d 10 ÷ 10 8 Ohm m), L'elevata resistenza di questi materiali garantisce basse perdite di energia dinamica in campi elettromagnetici alternati e consente loro di essere ampiamente utilizzati nella tecnologia ad alta frequenza.
6.3. Materiali magnetici metallici
6.3.1. metallo morbido magnetico materiali
I materiali magnetici morbidi metallici includono ferro carbonilico, permalloy, alsifer e acciai al silicio a basso tenore di carbonio.
ferro carbonilico – ottenuto per decomposizione termica del pentacarbonile di ferro liquidoF e( CO) 5 per ottenere particelle di puro ferro in polvere:
F e( CO ) 5 → Fe+ 5 CO,
ad una temperatura di circa 200°Сe una pressione di 15 MPa. Le particelle di ferro sono sferiche, di dimensioni comprese tra 1 e 10 µm. Per eliminare le particelle di carbonio, la polvere di ferro viene sottoposta a un trattamento termico in un ambiente H 2 .
La permeabilità magnetica del ferro carbonilico raggiunge 20000, la forza coercitiva è 4,5¸ 6,2Sono. La polvere di ferro viene utilizzata per produrre l'alta frequenza magnetodielettrico nuclei, come riempitivo nei nastri magnetici.
Permalloys -leghe duttili ferro-nichel. Per migliorare le proprietà, inserisci Mo, DA r, Cu, ottenere permalloy drogati. Hanno un'elevata plasticità, si arrotolano facilmente in fogli e strisce fino a 1 micron.
Se il contenuto di nichel in permalloy è 40 - 50%, allora è chiamato a basso nichel, se 60 - 80% - ad alto nichel.
I permalloy ce l'hanno alto livello caratteristiche magnetiche, che è assicurata non solo dalla composizione e dall'elevata purezza chimica della lega, ma anche da uno speciale trattamento termico sottovuoto. Le permalloy hanno un livello molto elevato di permeabilità magnetica iniziale da 2000 a 30000 (a seconda della composizione) nella regione dei campi deboli, dovuto al basso valore di magnetostrizione e all'isotropia delle proprietà magnetiche. Supermalloy ha caratteristiche particolarmente elevate, la cui permeabilità magnetica iniziale è 100.000 e il massimo raggiunge 1,5 10 6 a B= 0,3 T
I permalloy sono forniti sotto forma di strisce, fogli e bacchette. Le permalloy a basso contenuto di nichel sono utilizzate per la produzione di nuclei di induttori, trasformatori di piccole dimensioni e amplificatori magnetici, ad alto nichel permalloy – per parti di apparecchiature operanti a frequenze sonore e supersoniche. Le caratteristiche magnetiche delle permalloy sono stabili a –60 +60°C.
alsifera – fragile non malleabile leghe di composizione Al – si– Fe , composto dal 5,5 - 13%Al, 9 – 10 % si, il resto è ferro. Alsifer è vicino nelle proprietà a permalloy, ma più economico. Ne vengono ricavati nuclei fusi, schermi magnetici e altre parti cave con uno spessore della parete di almeno 2-3 mm. La fragilità di alsifer limita l'ambito della sua applicazione. Usando la fragilità dell'alsifer, viene macinato in polvere, che viene utilizzato come riempitivo ferromagnetico nelle presse ad alta frequenza magnetodielettrici(nuclei, anelli).
Acciaio al silicio a basso tenore di carbonio (acciaio elettrico) – lega di ferro e silicio (0,8 - 4,8%si). Materiale magnetico morbido di base applicazione di massa. Si arrotola facilmente in fogli e strisce di 0,05 - 1 mm ed è un materiale economico. Il silicio, che si trova nell'acciaio allo stato disciolto, svolge due funzioni.
· Aumentando la resistività dell'acciaio, il silicio provoca una diminuzione delle perdite dinamiche associate alle correnti parassite. La resistenza è aumentata di formazione di silice SiO 2 come risultato della reazione
2 FeO + si→ 2Fe+ SiO 2 .
· La presenza del silicio disciolto nell'acciaio contribuisce alla decomposizione della cementite Fe 3 C - un'impurità nociva che riduce le caratteristiche magnetiche, e il rilascio di carbonio sotto forma di grafite. In questo caso si forma ferro puro, la cui crescita di cristalli aumenta il livello delle caratteristiche magnetiche dell'acciaio.
L'introduzione di silicio nell'acciaio in quantità superiore al 4,8% è sconsigliata, poiché, migliorando le caratteristiche magnetiche, il silicio aumenta notevolmente la fragilità dell'acciaio e ne riduce le proprietà meccaniche.
6.3.2. Materiali magnetici duri metallici
Materiali magnetici duri - si tratta di ferromagneti con un'elevata forza coercitiva (oltre 1 kA/m) e un grande valore di induzione magnetica residuaA o. Sono usati per creare magneti permanenti.
Sono divisi in base alla composizione, alle condizioni e al metodo per ottenerli in:
· acciai martensitici legati;
· fondere leghe magnetiche dure.
Acciai martensitici legati – si tratta di acciai al carbonio e acciai legatiCr, W, Co, Mo . carbonioso invecchiano velocemente e cambiano le loro proprietà, quindi sono usati raramente per la produzione di magneti permanenti. Per la produzione di magneti permanenti vengono utilizzati acciai legati: tungsteno e cromo (HС ≈ 4800 Sono,A Circa ≈ 1 T), che sono realizzati sotto forma di barre con forma varia sezioni. L'acciaio al cobalto ha una forza coercitiva maggiore (HС ≈ 12000 Sono,A Circa ≈ 1 T) rispetto al tungsteno e al cromo. Forza coercitiva H DA l'acciaio al cobalto aumenta con l'aumentare del contenuto DA di .
Leghe magnetiche dure fuse. Le proprietà magnetiche migliorate delle leghe sono dovute a una composizione appositamente selezionata e a una lavorazione speciale: il raffreddamento dei magneti dopo la fusione in un forte campo magnetico, nonché uno speciale trattamento termico multistadio sotto forma di tempra e rinvenimento in combinazione con magneti trattamento, chiamato indurimento per precipitazione.
Per la produzione di magneti permanenti vengono utilizzati tre gruppi principali di leghe:
· Lega ferro - cobalto - molibdeno genere remalloy con forza coercitivaH K \u003d 12 - 18 kA / m.
· Gruppo di leghe:
§ rame - nichel - ferro;
§ rame - nichel - cobalto;
§ ferro - manganese, drogatoalluminio o titanio;
§ ferro - cobalto - vanadio (F e- Co - V).
Si chiama una lega di rame-nichel-ferro kunife (DA tu– Ni - Fe). Lega F e– Co – V (ferro - cobalto - vanadio) è chiamato wicala . Le leghe di questo gruppo hanno una forza coercitiva H Per = 24 – 40 kA/mq. Sono emessi sotto forma di filo e in fogli.
· Leghe di sistema ferro - nichel - alluminio(F e – Ni– Al), precedentemente noto come lega alni. La lega contiene il 20 - 33% Ni + 11 - 17% Al, il resto è ferro. L'aggiunta di cobalto, rame, titanio, silicio, niobio alle leghe ne migliora le proprietà magnetiche, facilita la tecnologia di produzione, garantisce la ripetibilità dei parametri e migliora le proprietà meccaniche. La moderna marcatura del marchio contiene lettere che indicano i metalli aggiunti (Yu - alluminio, N - nichel, D - rame, K - cobalto, T - titanio, B - niobio, C - silicio), numeri - il contenuto dell'elemento, la cui lettera precede il numero, ad esempio UNDK15.
Le leghe hanno un alto valore di forza coercitiva H Per = 40 - 140 kA/m e una grande energia magnetica immagazzinata.
6.4. Materiali magnetici non metallici. Ferriti
Le ferriti sono materiali ferromagnetici ceramici con bassa conducibilità elettrica elettronica. La bassa conduttività elettrica combinata con elevate caratteristiche magnetiche consente alle ferriti di essere ampiamente utilizzate alle alte frequenze.
I ferriti sono costituiti da una miscela di polvere costituita da ossido di ferro e ossidi appositamente selezionati di altri metalli. Vengono pressati e poi sinterizzati alte temperature. Generale formula chimica sembra:
Meo Fe 2 O 3 o MeFe 2 O 4,
dove Mesimbolo di metallo bivalente.
Per esempio,
ZnO Fe 2 O 3 o
NiO Fe 2 O 3 o NiFe 2 O 4
I ferriti hanno un reticolo cubico di tipo spinelloMgOAl 2O3 - alluminato di magnesio.Non tutte le ferriti sono magnetiche. La presenza di proprietà magnetiche è associata alla disposizione degli ioni metallici nel reticolo dello spinello cubico. Quindi sistemaZnFe 2 O 4 non ha proprietà ferromagnetiche.
I ferriti sono realizzati con tecnologia ceramica. Gli ossidi metallici in polvere iniziali vengono frantumati in mulini a sfere, pressati e cotti in forni. I bricchetti sinterizzati vengono macinati in una polvere fine, viene aggiunto un plastificante, ad esempio una soluzione di alcol polivinilico. Dalla massa risultante vengono pressati i prodotti di ferrite: anime, anelli, che vengono cotti in aria a 1000 - 1400 ° C. I prodotti duri e fragili risultanti, per lo più neri, possono essere lavorati solo mediante molatura e lucidatura.
Morbido magnetico ferriti
Morbido magneticole ferriti sono ampiamente utilizzate nel campo delle alte frequenze dell'ingegneria elettronica e della strumentazione per la fabbricazione di filtri, trasformatori per amplificatori di bassa e alta frequenza, antenne per dispositivi di trasmissione e ricezione radio, trasformatori di impulsi e modulatori magnetici. L'industria produce i seguenti tipi di ferriti magnetiche morbide con un'ampia gamma di proprietà magnetiche ed elettriche: nichel - zinco, manganese - zinco e litio - zinco. La frequenza limite superiore dell'uso della ferrite dipende dalla loro composizione e varia per i diversi gradi di ferriti da 100 kHz a 600 MHz, la forza coercitiva è di circa 16 A/m.
Il vantaggio delle ferriti è la stabilità delle caratteristiche magnetiche, la relativa facilità di fabbricazione dei componenti radio. Come tutti i materiali ferromagnetici, le ferriti mantengono le loro proprietà magnetiche solo fino alla temperatura di Curie, che dipende dalla composizione delle ferriti e varia da 45° a 950°C.
Ferriti magnetiche dure
Per la produzione di magneti permanenti vengono utilizzate ferriti magnetiche dure; ferriti di bario (VAO 6 Fe 2 O 3 ). Hanno una struttura cristallina esagonale con un grandeH Per . Le ferriti di bario sono un materiale policristallino. Possono essere isotropi: la somiglianza delle proprietà della ferrite in tutte le direzioni è dovuta al fatto che le particelle cristalline sono orientate arbitrariamente. Se, durante la pressatura dei magneti, la massa polverulenta viene esposta a un campo magnetico esterno di elevata intensità, le particelle di ferrite cristallina saranno orientate in una direzione e il magnete sarà anisotropo.
Le ferriti di bario si distinguono per una buona stabilità delle loro caratteristiche, ma sono sensibili agli sbalzi di temperatura e alle sollecitazioni meccaniche. I magneti in ferrite di bario sono economici.
6.5. Magnetodielettrico
Magnetodielettrico - si tratta di materiali compositi costituiti da particelle finemente disperse di un materiale magneticamente morbido collegate tra loro da un dielettrico organico o inorganico. Il ferro carbonilico, l'alsifer e alcuni tipi di permalloy, frantumati allo stato di polvere, sono usati come materiali magnetici morbidi.
Come dielettrici vengono utilizzati polistirene, resine di bachelite, vetro liquido, ecc.
Lo scopo del dielettrico non è solo quello di collegare le particelle del materiale magnetico, ma anche di isolarle l'una dall'altra e, di conseguenza, di aumentare notevolmente la resistività elettrica magnetodielettrico. Resistenza elettrica specificarmagnetodielettriciè 10 3 – 10 4 ohm× m
Magnetodielettricoutilizzato per la fabbricazione di nuclei di componenti ad alta frequenza di apparecchiature radio. Il processo di produzione dei prodotti è più semplice rispetto alle ferriti, perché. non richiedono trattamenti termici ad alta temperatura. Prodotti da magnetodielettrici sono caratterizzati da elevata stabilità delle proprietà magnetiche, alta classe di finitura superficiale e precisione dimensionale.
Le caratteristiche magnetiche più elevate sono possedute da magnetodielettrici riempiti con permalloy di molibdeno o ferro carbonile.
Permeabilità magnetica- quantità fisica, coefficiente (dipendente dalle proprietà del mezzo), che caratterizza il rapporto tra induzione magnetica texvc non trovato; Vedere matematica/README per la guida alla configurazione.): (B) e intensità del campo magnetico Impossibile analizzare l'espressione (file eseguibile texvc non trovato; Vedere matematica/README per la guida alla configurazione.): (H) in sostanza. Per ambienti diversi questo coefficiente è diverso, quindi parlano della permeabilità magnetica di un particolare mezzo (implicando la sua composizione, stato, temperatura, ecc.).
Ritrovato per la prima volta nel lavoro di Werner Siemens "Beiträge zur Theorie des Elektromagnetismus" ("Contributo alla teoria dell'elettromagnetismo") nel 1881.
Solitamente indicato da una lettera greca Impossibile analizzare l'espressione (file eseguibile texvc . Può essere uno scalare (per sostanze isotrope) o un tensore (per sostanze anisotrope).
In generale, viene introdotta la relazione tra induzione magnetica e intensità del campo magnetico attraverso la permeabilità magnetica
Impossibile analizzare l'espressione (file eseguibiletexvc non trovato; Vedi math/README per la guida alla configurazione.): \vec(B) = \mu\vec(H),
e Impossibile analizzare l'espressione (file eseguibile texvc non trovato; Vedi math/README per la guida alla configurazione.): \mu in caso generale qui va inteso come tensore, che in notazione componente corrisponde a:
texvc non trovato; Vedi math/README per la guida alla configurazione.): \ B_i = \mu_(ij)H_j
Per le sostanze isotrope, il rapporto:
Impossibile analizzare l'espressione (file eseguibiletexvc non trovato; Vedi math/README per la guida alla configurazione.): \vec(B) = \mu\vec(H)
può essere inteso nel senso di moltiplicare un vettore per uno scalare (la permeabilità magnetica si riduce in questo caso a uno scalare).
Spesso la designazione Impossibile analizzare l'espressione (file eseguibile texvc non trovato; Vedi math/README per la guida alla configurazione.): \muè usato diversamente da qui, vale a dire per la permeabilità magnetica relativa (in questo caso Impossibile analizzare l'espressione (file eseguibile texvc non trovato; Vedi math/README per la guida alla configurazione.): \mu coincide con quella del GHS).
La dimensione della permeabilità magnetica assoluta in SI è la stessa della dimensione della costante magnetica, cioè H / o / 2 .
La permeabilità magnetica relativa in SI è correlata alla suscettività magnetica χ dalla relazione
Impossibile analizzare l'espressione (file eseguibiletexvc non trovato; Vedi math/README per la guida alla configurazione.): \mu_r = 1 + \chi,
La stragrande maggioranza delle sostanze appartiene o alla classe dei diamagneti ( Impossibile analizzare l'espressione (file eseguibile texvc non trovato; Vedi math/README per la guida alla configurazione.): \mu \lessapprossimativamente 1), o alla classe dei paramagneti ( Impossibile analizzare l'espressione (file eseguibile texvc non trovato; Vedi math/README per la guida alla configurazione.): \mu \gtrapprossima 1). Ma un certo numero di sostanze - (ferromagneti), ad esempio il ferro, hanno proprietà magnetiche più pronunciate.
Nei ferromagneti, a causa dell'isteresi, il concetto di permeabilità magnetica, in senso stretto, non è applicabile. Tuttavia, in un certo intervallo di variazione del campo magnetizzante (tanto che la magnetizzazione residua può essere trascurata, ma fino alla saturazione), è possibile, con una approssimazione migliore o peggiore, rappresentare questa dipendenza come lineare (e per materiali magneticamente morbidi, la limitazione dal basso potrebbe non essere troppo significativa nella pratica), e in questo senso è anche possibile misurare l'entità della permeabilità magnetica per loro.
| medio | Suscettibilità χ m (volumetrico, SI) |
Permeabilità μ [H/m] | Permeabilità relativa μ/μ 0 | Un campo magnetico | Frequenza massima |
|---|---|---|---|---|---|
| Metglas (inglese) Metglas ) | 1,25 | 1 000 000 | a 0,5 T | 100 kHz | |
| Nanoperm (inglese) Nanoperm ) | 10×10 -2 | 80 000 | a 0,5 T | 10 kHz | |
| mu metallo | 2,5×10 -2 | 20 000 | a 0,002 T | ||
| mu metallo | 50 000 | ||||
| Permalloy | 1,0×10 -2 | 70 000 | a 0,002 T | ||
| acciaio elettrico | 5,0×10 -3 | 4000 | a 0,002 T | ||
| Ferrite (nichel-zinco) | 2,0×10 -5 - 8,0×10 -4 | 16-640 | 100 kHz ~ 1 MHz [[C:Wikipedia:Articoli senza fonti (paese: Errore Lua: callParserFunction: la funzione "#property" non è stata trovata. )]][[C:Wikipedia:Articoli senza fonti (paese: Errore Lua: callParserFunction: la funzione "#property" non è stata trovata. )]] | ||
| Ferrite (manganese-zinco) | >8,0×10 -4 | 640 (e più) | 100 kHz ~ 1 MHz | ||
| Acciaio | 8,75×10 -4 | 100 | a 0,002 T | ||
| Nichel | 1,25×10 -4 | 100 - 600 | a 0,002 T | ||
| Magnete al neodimio | 1.05 | fino a 1,2-1,4 T | |||
| Platino | 1.2569701×10 -6 | 1,000265 | |||
| Alluminio | 2,22×10 -5 | 1.2566650×10 -6 | 1,000022 | ||
| Legna | 1,00000043 | ||||
| Aria | 1,00000037 | ||||
| Calcestruzzo | 1 | ||||
| Vuoto | 0 | 1.2566371×10 -6 (μ 0) | 1 | ||
| Idrogeno | -2,2×10 -9 | 1.2566371×10 -6 | 1,0000000 | ||
| Teflon | 1.2567×10 -6 | 1,0000 | |||
| Zaffiro | -2.1×10 -7 | 1.2566368×10 -6 | 0,99999976 | ||
| Rame | -6,4×10 -6 o -9,2×10 -6 |
1.2566290×10 -6 | 0,999994 | ||
| Acqua | -8,0×10 -6 | 1.2566270×10 -6 | 0,999992 | ||
| Bismuto | -1.66×10 -4 | 0,999834 | |||
| superconduttori | −1 | 0 | 0 |
Con mia grande sorpresa, a differenza di quanto avevo visto prima, siamo finiti in un tempo e in un luogo completamente diversi, che era simile alla Francia, e con abiti che ricordavano il diciottesimo secolo. Una bella carrozza coperta stava passando lungo un'ampia strada acciottolata, all'interno della quale sedevano un giovane uomo e una donna in abiti molto costosi, e apparentemente di pessimo umore ... Il giovane ha ostinatamente dimostrato qualcosa alla ragazza, e lei, completamente non ascoltandolo, aleggiava con calma da qualche parte nei tuoi sogni di giovanotto molto noioso...
"Guarda, è lui!" Questo è lo stesso "ragazzino" ... solo dopo molti, molti anni, - sussurrò a bassa voce Stella.
"Come fai a sapere che è davvero lui?" – Ancora non del tutto comprensivo, ho chiesto.
- Beh, è molto semplice! La bambina mi guardò sorpresa. - Tutti noi abbiamo un'essenza, e l'essenza ha la sua "chiave", con la quale ognuno di noi può essere trovato, basta solo sapere come guardare. Ecco guarda...
Mi ha mostrato di nuovo il bambino, il figlio di Harold.
“Pensa alla sua essenza e vedrai...
E vidi immediatamente un'entità trasparente, brillantemente luminosa e sorprendentemente potente, sul cui petto ardeva un'insolita stella energetica "diamante". Questa "stella" brillava e brillava di tutti i colori dell'arcobaleno, ora diminuendo, poi aumentando, come se pulsasse lentamente, e brillava così brillantemente, come se fosse stata davvero creata dai diamanti più incredibili.
"Vedi quella strana stella capovolta sul suo petto?" Questa è la sua chiave. E se provi a seguirlo come un filo, ti condurrà direttamente da Axel, che ha la stessa stella: questa è la stessa essenza, solo nella sua prossima incarnazione.
L'ho guardata con tutti i miei occhi e, a quanto pare, notando questo, Stella ha riso e ha ammesso allegramente:
- Non pensare che sono io stesso - è stata mia nonna a insegnarmi! ..
Mi vergognavo molto di sentirmi un barbone completo, ma il desiderio di saperne di più era cento volte più forte di qualsiasi vergogna, quindi nascosi il mio orgoglio il più profondo possibile e chiesi con attenzione:
– E che dire di tutte queste incredibili “realtà” che ora stiamo vedendo qui? Dopotutto, questa è la vita specifica di qualcun altro e non li crei nello stesso modo in cui crei tutti i tuoi mondi?
- Oh no! - ancora una volta, il bambino è stato felice dell'opportunità di spiegarmi qualcosa. - Ovviamente no! È solo il passato in cui tutte queste persone vivevano una volta, e sto solo portando me e te lì.
- E Harold? Come vede tutto questo?
Oh, è facile per lui! È proprio come me, morto, quindi può muoversi dove vuole. Dopotutto, non ha più un corpo fisico, quindi la sua essenza qui non conosce ostacoli e può camminare dove vuole... proprio come me... - concluse tristemente la bambina.
Ho pensato tristemente che quello che per lei era solo un "semplice trasferimento nel passato", per me, a quanto pare, per molto tempo sarà un "mistero dietro sette riccioli" ... Ma Stella, come se avesse ascoltato i miei pensieri, immediatamente affrettato a rassicurarmi:
- Vedrai, è molto semplice! Devi solo provare.
- E queste "chiavi", non si ripetono mai con gli altri? Ho deciso di continuare le mie domande.
- No, ma a volte succede qualcos'altro... - per qualche motivo, sorridendo buffo, rispose il bambino. - All'inizio, è esattamente così che sono stato catturato, per il quale sono stato molto "picchiato" ... Oh, è stato così stupido! ..
- Ma come? ho chiesto molto interessato.
Stella rispose allegramente:
- Oh, è stato molto divertente! - e dopo una piccola riflessione, aggiunse, - ma è anche pericoloso ... Ho cercato in tutti i "piani" l'incarnazione passata di mia nonna, e invece di lei, un'entità completamente diversa è arrivata lungo il suo "filo", che in qualche modo sono riuscito a “copiare” il “fiore” di mia nonna (apparentemente anche una “chiave”!) e, non appena sono riuscito a essere felice di averlo finalmente trovato, questa entità sconosciuta mi ha colpito senza pietà al petto. Sì, tanto che la mia anima è quasi volata via!..
"Ma come ti sei liberato di lei?" Ero sorpreso.
- Beh, a dire il vero, non me ne sono liberato ... - la ragazza era imbarazzata. - Ho appena chiamato mia nonna...
Come si chiamano "piani"? Non riuscivo ancora a calmarmi.
– Ebbene, questi sono diversi “mondi” dove vivono gli spiriti dei morti... Nel più bello e nel più alto vivono quelli che erano buoni... e, probabilmente, anche il più forte.
- Piaci alle persone? ho chiesto sorridendo.
– Oh, no, certo! Devo essere arrivato qui per errore. - disse sinceramente la ragazza. – Sai qual è la cosa più interessante? Da questo "piano" possiamo camminare ovunque, ma dagli altri nessuno può arrivare qui... È davvero interessante?..
Sì, è stato molto strano e molto eccitante per il mio cervello "affamato", e volevo così saperne di più! ha dato qualcosa (come, ad esempio, il mio " amici stellari”), e quindi, anche una così semplice spiegazione infantile già mi rendeva insolitamente felice e mi faceva addentrarmi ancora più furiosamente nei miei esperimenti, conclusioni ed errori ... come al solito, trovando cose ancora più incomprensibili in tutto ciò che accade. Il mio problema era che potevo fare o creare "insoliti" molto facilmente, ma il problema era che volevo anche capire come creo tutto ... Vale a dire, questo è ciò con cui non ho ancora avuto molto successo ...
Se negli esperimenti sopra descritti, invece di un nucleo di ferro, vengono presi nuclei di altri materiali, è possibile rilevare anche un cambiamento nel flusso magnetico. È del tutto naturale aspettarsi che l'effetto più evidente sarà prodotto da materiali simili nelle loro proprietà magnetiche al ferro, cioè nichel, cobalto e alcune leghe magnetiche. Infatti, quando un nucleo di questi materiali viene introdotto nella bobina, l'aumento del flusso magnetico risulta essere piuttosto significativo. In altre parole, possiamo dire che la loro permeabilità magnetica è elevata; per il nichel, ad esempio, può raggiungere un valore di 50, per il cobalto 100. Tutti questi materiali con grandi valori combinati in un gruppo di materiali ferromagnetici.
Tuttavia, anche tutti gli altri materiali "non magnetici" hanno qualche effetto sul flusso magnetico, sebbene questo effetto sia molto inferiore a quello dei materiali ferromagnetici. Con misurazioni molto attente, questo cambiamento può essere rilevato e può essere determinata la permeabilità magnetica. vari materiali. Tuttavia, va tenuto presente che nell'esperimento sopra descritto, abbiamo confrontato il flusso magnetico nella bobina, la cui cavità è riempita di ferro, con il flusso nella bobina, all'interno della quale c'è aria. Mentre si parlava di materiali così fortemente magnetici come ferro, nichel, cobalto, questo non aveva importanza, poiché la presenza di aria ha un effetto molto limitato sul flusso magnetico. Ma quando si studiano le proprietà magnetiche di altre sostanze, in particolare l'aria stessa, dobbiamo, ovviamente, fare dei confronti con una bobina senza aria all'interno (vuoto). Quindi, per la permeabilità magnetica prendiamo il rapporto tra i flussi magnetici nella sostanza in studio e nel vuoto. In altre parole, prendiamo la permeabilità magnetica per il vuoto come un'unità (se , allora).
Le misurazioni mostrano che la permeabilità magnetica di tutte le sostanze è diversa dall'unità, sebbene nella maggior parte dei casi questa differenza sia molto piccola. Ma è particolarmente degno di nota il fatto che alcune sostanze abbiano una permeabilità magnetica maggiore di una, mentre altre la abbiano minore di una, cioè riempire la bobina con alcune sostanze aumenta il flusso magnetico e riempire la bobina con altre sostanze riduce questo flusso . La prima di queste sostanze è chiamata paramagnetica () e la seconda - diamagnetica (). Come tabella. 7, la differenza di permeabilità dall'unità è piccola sia per le sostanze paramagnetiche che per quelle diamagnetiche.
Va sottolineato in particolare che per i corpi paramagnetici e diamagnetici, la permeabilità magnetica non dipende dall'induzione magnetica del campo magnetizzante esterno, cioè è un valore costante che caratterizza una data sostanza. Come vedremo al § 149, questo non è il caso del ferro e di altri corpi simili (ferromagnetici).
Tabella 7. Permeabilità per alcune sostanze paramagnetiche e diamagnetiche
|
Sostanze paramagnetiche |
Sostanze diamagnetiche |
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|
Azoto (gassoso) |
Idrogeno (gassoso) |
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Aria (gassosa) |
|||
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Ossigeno (gassoso) |
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Ossigeno (liquido) |
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Alluminio |
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Tungsteno |
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L'influenza delle sostanze paramagnetiche e diamagnetiche sul flusso magnetico è spiegata, così come l'influenza delle sostanze ferromagnetiche, dal fatto che al flusso magnetico creato dalla corrente nell'avvolgimento della bobina si aggiunge un flusso emanato da correnti ampere elementari. Le sostanze paramagnetiche aumentano il flusso magnetico della bobina. Questo aumento di flusso quando la bobina è riempita con una sostanza paramagnetica indica che nelle sostanze paramagnetiche, sotto l'azione di un campo magnetico esterno, le correnti elementari sono orientate in modo che la loro direzione coincida con la direzione della corrente dell'avvolgimento (Fig. 276). Una leggera differenza dall'unità indica solo che nel caso di sostanze paramagnetiche questo flusso magnetico aggiuntivo è molto piccolo, cioè che le sostanze paramagnetiche sono magnetizzate molto debolmente.
La diminuzione del flusso magnetico quando la bobina è riempita con una sostanza diamagnetica significa che in questo caso il flusso magnetico dalle correnti ampere elementari è diretto opposto al flusso magnetico della bobina, cioè che nelle sostanze diamagnetiche si formano correnti elementari sotto la azione di un campo magnetico esterno, diretto in senso opposto alle correnti degli avvolgimenti (Fig. 277). La piccolezza delle deviazioni dall'unità in questo caso indica anche che il flusso aggiuntivo di queste correnti elementari è piccolo.
Riso. 277. Le sostanze diamagnetiche all'interno della bobina indeboliscono il campo magnetico del solenoide. Le correnti elementari in esse sono dirette in modo opposto alla corrente nel solenoide
chiamata permeabilità magnetica . Magnetico assolutopermeabilità l'ambiente è il rapporto tra B e H. Secondo il Sistema internazionale di unità, è misurato in unità chiamate 1 henry per metro.
Il suo valore numerico è espresso dal rapporto tra il suo valore e il valore della permeabilità magnetica del vuoto ed è indicato con µ. Questo valore viene chiamato magnetico relativopermeabilità(o semplicemente permeabilità magnetica) del mezzo. Come grandezza relativa, non ha unità di misura.
Pertanto, la permeabilità magnetica relativa µ è un valore che mostra quante volte l'induzione del campo di un dato mezzo è minore (o maggiore) dell'induzione del campo magnetico del vuoto.
Quando una sostanza viene esposta a un campo magnetico esterno, si magnetizza. Come succede? Secondo l'ipotesi di Ampere, correnti elettriche microscopiche circolano costantemente in ogni sostanza, causate dal movimento degli elettroni nelle loro orbite e dalla presenza della propria V condizioni normali questo movimento è disordinato, ei campi si "spengono" (si compensano) a vicenda. Quando un corpo è posto in un campo esterno, le correnti sono ordinate e il corpo si magnetizza (cioè ha un proprio campo).
La permeabilità magnetica di tutte le sostanze è diversa. In base alla sua dimensione, le sostanze devono essere divise in tre grandi gruppi.
In diamagneti il valore della permeabilità magnetica µ è leggermente inferiore all'unità. Ad esempio, il bismuto ha µ = 0,9998. I diamagneti includono zinco, piombo, quarzo, rame, vetro, idrogeno, benzene e acqua.
Permeabilità magnetica paramagneti leggermente superiore all'unità (per l'alluminio, µ = 1.000023). Esempi di paramagneti sono nichel, ossigeno, tungsteno, ebanite, platino, azoto, aria.
Infine, il terzo gruppo comprende un certo numero di sostanze (principalmente metalli e leghe), la cui permeabilità magnetica supera significativamente (di diversi ordini di grandezza) l'unità. Queste sostanze lo sono ferromagneti. Questi includono principalmente nichel, ferro, cobalto e loro leghe. Per acciaio µ = 8∙10^3, per lega nichel-ferro µ=2.5∙10^5. I ferromagneti hanno proprietà che li distinguono dalle altre sostanze. In primo luogo, hanno un magnetismo residuo. In secondo luogo, la loro permeabilità magnetica dipende dall'entità dell'induzione del campo esterno. In terzo luogo, per ciascuno di essi esiste una certa soglia di temperatura, chiamata Punto Curie, a cui perde le sue proprietà ferromagnetiche e diventa un paramagnete. Per il nichel il punto di Curie è 360°C, per il ferro è 770°C.
Le proprietà dei ferromagneti sono determinate non solo dalla permeabilità magnetica, ma anche dal valore di I, chiamato magnetizzazione di questa sostanza. Questa è una complessa funzione non lineare dell'induzione magnetica, la crescita della magnetizzazione è descritta da una linea chiamata curva di magnetizzazione. In questo caso, raggiunto un certo punto, la magnetizzazione praticamente smette di crescere (arriva saturazione magnetica). Viene chiamato il ritardo del valore della magnetizzazione di un ferromagnete dal valore crescente dell'induzione del campo esterno isteresi magnetica. In questo caso, le caratteristiche magnetiche di un ferromagnete dipendono non solo dal suo stato attuale, ma anche dalla sua precedente magnetizzazione. Viene chiamata la rappresentazione grafica della curva di questa dipendenza ciclo di isteresi.
Per le loro proprietà, i ferromagneti sono ampiamente utilizzati in ingegneria. Sono utilizzati nei rotori di generatori e motori elettrici, nella fabbricazione di nuclei di trasformatori e nella produzione di parti per computer elettronici. i ferromagneti sono utilizzati in registratori a nastro, telefoni, nastri magnetici e altri supporti.
