Краткая теория. Все вещества при изучении их магнитных свойств называются магнетиками и по взаимодействию с внешним магнитным полем делятся на диамагнетики

Все вещества при изучении их магнитных свойств называются магнетиками и по взаимодействию с внешним магнитным полем делятся на диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики. Магнитная проницаемость у диамагнетиков и парамагнетиков мало отличается от единицы и, поэтому они относятся к слабо магнитным веществам. У ферромагнетиков магнитная проницаемость значительно больше единицы.

Все ферромагнетики характеризуются:

1. кристаллическим строением;

2. нелинейной зависимостью магнитной индукции от напряженности внешнего магнитного поля (рис. 4.1а).

3. большим значением магнитной проницаемости, а также ее существенной и нелинейной зависимостью от напряженности внешнего магнитного поля, т.е. (рис. 4.1б) и температуры;

4. способностью намагничиваться до насыщения при обычных температурах уже в слабых магнитных полях;

5. магнитным гистерезисом – зависимостью магнитных свойств от предшествующего состояния (рис. 4.2);

6. точкой Кюри, т.е. температурой , выше которой материал теряет свои ферромагнитные свойства.

Рассмотрим более подробно процесс перемагничивания ферромагнетика. При медленном нарастании внешнего магнитного поля магнитная индукция будет возрастать по кривой первичного намагничивания (кривая 0 – 1) достигая насыщения в точке 1.(рис.4.2)

Если после достижения магнитного насыщения образец привести в исходное состояние путем уменьшения намагничивающего поля , то обнаружится, что магнитная индукция в образце будет отставать в своем уменьшении от поля и при оказывается равной (точка 2) (см. рис. 4.2). Величина (0-2) получила название остаточной индукции. В этом и заключается причина того, что из ферромагнитных материалов можно изготавливать постоянные магниты.

Для полного размагничивания образца () точка 3 (рис.4.2) нужно приложить магнитное поле, направленное в противоположную сторону. Напряженность магнитного поля , при которой индукция магнитного поля в образце обращается в нуль, получила название коэрцитивной силы (0-3, 0-6 – на рисунке 4.2).

Увеличивая магнитное поле можно перемагнитить образец до насыщения (точка 4). Если теперь напряженность магнитного поля уменьшать, то индукция магнитного поля образца будет изменяться по кривой 4-5-6-1.

Таким образом, при действии на ферромагнетик переменного магнитного поля намагниченность образца, а, следовательно, и магнитная индукция будет изменяться в соответствии с замкнутой кривой 1-2-3-4-5-6-1, которая называется петлей гистерезиса. Магнитный гистерезис приводит к тому, что намагниченность и магнитная индукция ферромагнетика не является однозначной функцией внешнего магнитного поля . Все зависит от предшествующей истории образца.

Основными характеристиками петли гистерезиса являются:

- остаточная индукция ;

- коэрцитивная сила ;

- площадь петли - характеризующая потери энергии на перемагничивание ферромагнетика.

Для наблюдения петли гистерезиса используется схема, изображенная на рисунке 4.3.

Значение напряженности магнитного поля для тороида определяется по формуле

, 1.4

где

. 2.4

Здесь число витков в намагничивающей обмотке, длина тороида по средней линии, действующее значение намагничивающего тока.

На основании 1.4 и рисунка 4.3. получаем, что отклонение электронного луча по оси «Х» в осциллографе пропорционально напряженности магнитного поля в образце.

ЭДС индукции , наводимая во вторичной обмотке с числом витков может быть определена по формуле

. 3.4

Отсюда

, 4.4

где

. 5.4

Здесь - емкость конденсатора, - сопротивление, число витков во вторичной обмотке, ЭДС индукции во вторичной обмотке, площадь поперечного сечения образца.

Таким образом, отклонение луча по оси «Y» на экране осциллографа пропорционально магнитной индукции в образце.

В результате на экране осциллографа получается петля гистерезиса. За один период изменения намагничивающего тока луч на экране опишет полную петлю, а за каждый последующий период в точности повторит ее. Поэтому на экране будет видна неподвижная петля гистерезиса.

Полную удельную мощность потерь в образце можно найти по формуле

, 6.4

где

. 7.4

Здесь площадь петли гистерезиса, - частота переменного тока, - число витков в первичной и вторичной обмотке, - максимальное отклонение электронного луча на экране осциллографа по оси «» и по оси «».

Удельную мощность потерь на вихревые токи в образце рассчитывают по формуле

, 8.4

где

9.4

Здесь - удельная проводимость ферромагнетика, - плотность образца, - толщина листа стали образца, – индукция насыщения.

Удельную мощность потерь на гистерезис определяют как разность между полной удельной мощность потерь и удельной мощностью потерь на вихревые токи, т.е.

. 10.4