Основные теоретические положения. Особенностью ферромагнитных материалов является значительно бóльшая, чем у диамагнитных материалов

Особенностью ферромагнитных материалов является значительно бóльшая, чем у диамагнитных материалов, магнитная индукция при одном и том же значении напряженности магнитного поля. Кривая намагничивания ферромагнитного материала обычно определяется экспериментальным путем и представляет собой нелинейную зависимость (рис. 21), которая получила название кривой первоначального намагничивания. Имея данную кривую, можно построить зависимость абсолютной магнитной проницаемости ферромагнетика от напряженности магнитного поля , т. е. (рис. 22).

Рис. 22. Зависимость μа= f(H)

Если ферромагнитный материал подвергается воздействию переменного по значению и направлению магнитного поля, то основной характеристикой этого ферромагнетика является петля гистерезисного цикла. Для каждого наибольшего значения напряженности магнитного поля H _max получается своя петля гистерезисного цикла, а кривая, проведенная через вершины всех петель гистерезиса, называется основной кривой намагничивания (рис. 23).

Площадь, ограниченная петлей гистерезиса, и очертания основной кривой намагничивания зависят от значения напряженности магнитного поля и от свойств ферромагнитного материала. По величине этой площади можно судить о потерях энергии в ферромагнетике на гистерезис и вихревые токи.

Важной магнитной характеристикой ферромагнетиков в переменном магнитном поле является его абсолютная амплитудная, или динамическая, проницаемость , которая определяется по выражению:

, (54)

где значения B _max, H _maxпринимаются по динамической кривой намагни­чивания.

При незначительной частоте намагничивающего тока и тонких листах ферромагнетика магнитная проницаемость .

Для исследования магнитных свойств ферромагнитных материалов в лабораторной работе используем сердечник из трансформаторной стали (рис. 24).

Наличие двух независимых обмоток на сердечнике позволяет измерять ток в намагничивающей обмотке и индуцированную ЭДС во вторичной обмотке. В свою очередь, зная эти величины, можно определить значения напряженности магнитного поля H _max и магнитной индукции B _max.

Для определения значения напряженности магнитного поля запишем закон полного тока для рассматриваемой магнитной цепи (рис. 24):

. (55)

Интегрирование в формуле (55) можно заменить суммированием по отдельным однородным участкам магнитной цепи и, считая в пределах участка постоянной, записать: .

Зная число витков намагничивающей обмотки, определим напряженность магнитного поля, A/м:

, (56)

где – длина средней силовой линии магнитного потока, м.

Максимальное значение напряженности магнитного поля

. (57)

Значение ЭДС, наводимой во вторичной обмотке, определим по формуле:

, (58)

где – площадь поперечного сечения образца ферромагнитного материала, м²; – число витков вторичной обмотки; Гц – частота питающей сети.

Определив опытным путем ЭДС E ₂, рассчитаем B _max по формуле, Тл:

 

. (59)

 

Подводя к намагничивающей обмотке различное напряжение, вызывающее появление тока I, можно по выражениям (57), (59) и (54) определить соответствующие значения H _max, B _max и динамической проницаемости , построить экспериментальные зависимости B _max = f (H _max)и = f (H _max)для исследуемого ферромагнитного материала.

Данный метод, получивший название метода амперметра и вольтметра, является простым, но недостаточно точным (погрешность порядка 10 – 15 %), однако из-за своей простоты он часто применяется для исследования образцов ферромагнитных материалов.