Электричество и электрическая железная дорога. Конспект лекций по физике, страница 30

Пусть катушка с ферромагнитным сердечником длиной l и площадью поперечного сечения S подключена к источнику переменного напряжения. При циклическом перемагничивании источник совершает работу против ЭДС электромагнитной индукции    .    По закону Фарадея   , а напряженность обусловлена током в катушке  .  Введем под знак интеграла работы индукцию и напряженность магнитного поля в сердечнике,  . По графическому смыслу интеграла площадь петли гистерезиса равна работе источника на перемагничивание единицы объёма сердечника. Эта работа превращается в теплоту.

Для материала постоянных магнитов петля гистерезиса должна быть широкой, потому что постоянные магниты должны обладать большим значением остаточной индукции и коэрцитивной силы. Энергия магнитного поля единицы объёма постоянного магнита равна работе размагничивания, которая на графике петли гистерезиса равна площади участка петли гистерезиса B_ост –H_с. Это почти треугольник,  . Наоборот, железо магнитопроводов трансформаторов, электрических двигателей должно иметь узкую петлю гистерезиса. Магнитопроводы должны обладать большой магнитной проницаемостью, чтобы в тысячи и более раз усиливать магнитное поле тока катушек возбуждения.

Без железа не было бы электротехники.

Контрольные вопросы

1. В опыте Эйнштейна – де-Гааза стальной цилиндр на упругих нитях висел вертикально в соосном  магнитном поле. Почему при изменении направления магнитного поля на противоположное, цилиндр поворачивался?

2. В гиромагнитном опыте Барнета стальной цилиндр сначала размагничивали, нагревая выше температуры Кюри, потом раскручивали до высокой скорости. При этом цилиндр намагничивался. Чем объяснить это явление?

3. Если по поверхности намагниченного цилиндра течет поверхностный ток, то нагревается ли цилиндр?

4. К какому классу магнетиков можно отнести сверхпроводник?

5. Шарики из диамагнетика (висмут), парамагнетика (алюминий) на нитях висят в неоднородном магнитном поле. Как шарики будут перемещаться в поле?

6. Атом кислорода парамагнетик, атом азота – диамагнетик. Можно ли воздух разделить на азот и кислород в магнитном поле?

7. На полированную поверхность железа наносилась эмульсия ферромагнитной пыли. В микроскоп наблюдались домены. Объясните, как  можно увидеть границы доменов?

8. На пучок железной проволоки намотали катушку и к ней подсоединили телефон. При намагничивании проволоки в телефоне были слышны щелчки. Объясните явление.

9. Что такое «спин» электрона? Какие опыты подтверждают существование спина у электрона?

10. В шлифовальном станке железная деталь ложится на стол станка. Без всяких видимых креплений деталь шлифуется. Почему её не сбрасывает со стола вращающийся абразивный круг?

11. В амперметре электромагнитной системы измеряемый ток протекает по катушке. Почему железный сердечник, соединенный со стрелкой притягивается   к катушке?  Каковы достоинства и недостатки  приборов электромагнитной системы?

12. Микроскопическая железная пылинка содержит один домен. Какой вид приобретает петля гистерезиса пылинки при циклическом перемагничивании?

13. На магнитофонную пленку наносится тонкий слой ферромагнитных окислов. Как происходит запись и воспроизведение звука в магнитофоне во время движения пленки относительно электромагнита?

14. Электромагнитный кран поднимает железный металлолом и переносит в мартеновскую печь. Почему железо притягивается к электромагниту? Сможет ли кран вынуть из печи металлолом, нагретый до красного каления?

15. С какой целью магнитопроводы электродвигателей, трансформаторов изготавливаются из железных сплавов, а не, например, лёгкого алюминия?

16. В горизонтальном магнитном однородном поле висят на нитях парамагнитная и диамагнитная палочки. Как они будут располагаться относительно магнитного поля?

17. Можно ли экранироваться от магнитного поля внутри толстостенной железной  оболочки, подобно экранированию от электростатического поля?

18. Если в замкнутом магнитопроводе трансформатора  сделать поперечный разрез небольшой ширины, то как изменится индукция магнитного поля?