Министерство образованна Российской Федерации
Саратовский государственный технический университет
ИССЛЕДОВАНИЕ
ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Методические указания
к выполнению учебно-исследовательской лабораторной работы
по курсу «Основы приборного материаловедения систем»
для студентов специальности 210100
Одобрено
редакционно-издательским советом
Саратовского государственного
технического университета
Саратов 2004
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: исследование динамических характеристик магнитных материалов.
Основные понятия
Тело, помещенное и магнитное поле, намагничивается. Интенсивность намагничивания Jвозрастает с увеличением напряженности внешнего магнитного поля H и определяется соотношением J=æ(Н), где (æ - магнитная восприимчивость. В зависимости от ее знака различают два класса магнитных тел: парамагнетики (æ>0 ) и диамагнетики (æ< 0). Для обоих классов магнитная восприимчивость мала (10-5...10-6).
Известно, что движущийся электрический заряд вызывает возникновение магнитного поля. Полный магнитный момент свободного атома равен геометрической сумме орбитальных и спиновых моментов всех внешних электронов.
Диамагнетики - это вещества, атомы, ионы или молекулы которых не имеют результирующего магнитного момента при отсутствии внешнего поля. Во внешнем магнитном поле они намагничиваются противоположно приложенному полю (æ<0). Диамагнитные вещества выталкиваются из неравномерного поля, а в равномерном стремятся расположиться перпендикулярно направлению поля.
Парамагнетики - это вещества, атомы, ионы или молекулы которых имеют результирующий магнитный момент при отсутствии внешнего магнитного поля. Во внешнем магнитном поле они намагничиваются согласованно с внешним полем (æ >0). При отсутствии внешнего магнитного поля атомные магнитные моменты располагаются хаотически и намагниченность парамагнитного вещества равна нулю. При воздействии внешнего поля атомные магнитные моменты получают преимущественную ориентировку в направлении этого поля и у парамагнитного вещества проявляется намагниченность.
Парамагнитное вещество втягивается в неравномерное магнитное поле, а в равномерном стремится расположиться вдоль магнитного поля.
Некоторые из переходных металлов (Fe, Co, Ni, Cdи др.) обладают чрезвычайно большим положительным значением магнитной восприимчивости (порядка 105), и поэтому они выделяются в особую группу и называют их ферромагнетиками. Они намагничиваются весьма интенсивно и насыщение у них достигается в очень слабых полях (тысячи А/м).
Легкое намагничивание ферромагнетиков обусловлено тем, что вдоль поля ориентируются не отдельные магнитные моменты атомов, а их группы (домены). Внутри каждого домена при отсутствии внешнего поля магнитные моменты атомов расположены параллельно друг другу в направлении легчайшего намагничивания кристалла, и поэтому каждый домен самопроизвольно (спонтанно) намагничен до насыщения. Границы доменов не совпадают с границами кристаллов или блоков и размеры их могут сильно изменяться (102...105мм). Между отдельными доменами существует слой порядка 10-6 мм (доменная стенка), в котором нарушается параллельность в ориентации доменов. В отсутствии внешнего поля векторы намагниченности отдельных доменов направлены в разные стороны и они взаимно компенсируют друг друга, поэтому кристалл в целом не намагничен.
Магнитное состояние ферромагнетика, помещенного во внешнее магнитное поле, гораздо чаще выражают через магнитную индукцию В:
В = µ0µН, (1)
где µ = (1+æ) - относительная магнитная проницаемость ферромагнетика; µ0= 4π10-7 Гн/м - абсолютная магнитная проницаемость вакуума.
Магнитную проницаемость µН при Н=0 называют начальной магнитной проницаемостью, определяя ее величину при очень слабых полях порядка 0,1 А/м. Наибольшее значение магнитной проницаемости носит название максимальной магнитной проницаемости µmax
Характеристикой ферромагнитных материалов в переменных магнитных полях является величина динамической магнитной проницаемости µД,представляющая отношение амплитудного значения индукции к амплитудному значению напряженности магнитного поля.
Если производить намагничивание ферромагнетика во внешнем магнитном поле до какой-либо точки основной кривой намагничивания, и затем уменьшать напряженность внешнего магнитного поля, то величина индукции также будет уменьшаться, но не по основной кривой, а с запаздыванием вследствие явления гистерезиса.
Изменяя величину напряженности внешнего магнитного поля, можно получить семейство петель гистерезиса, которое показано на рис.1.
Рис. 1. Семейство петель гистерезиса при изменении Hm
Основная кривая намагничивания, являющаяся важнейшей характеристикой магнитных материалов, представляет собой геометрическое место вершин семейства петель гистерезиса.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.