Физика ферромагнитных материалов

Любой феромагнитик можно представить в виде отдельных микроскопических областей- доменов,обладающих собственным магнитным моментом N₀—S₀. В отсутствие внешнего магнит­ного поля в целом материал не имеет магнитного момента, по­скольку все домены расположены хаотично (рис. 4, а). Магнит­ная индукция равна нулю.

При внесении ферромагнетика в магнитное поле N — S доме­ны поворачиваются в направлении поля. Чем сильнее поле, тем больше угол поворота и значение индукции В. В конце концов до­мены ориентируются вдоль поля и дальнейшее увеличение Н не ведет к увеличению индукции (рис. 4, б).

Ферромагнетик насы­щается (В = В_т). При уменьшении напряженности внешнего поля домены стремятся вернуться в исходное состояние, однако даже при Н = 0 индукция не равна нулю (В_г) и материал обладает оста­точной намагниченностью.

· Чтобы снять намагниченность (В = 0), необходимо приложить внешнее поле обратного направления. Полученная при этом напряженность поля называется коэрцитивной силой Н_с.

· Поток вектора магнитной индукции Ф (магнитный поток) - одна из важнейших характеристик магнитного поля. Она пред­ставляет собой произведение магнитной индукции В на пронизываемую им площадь S:

Единица измерения магнитного потока Ф — вебер (Вб).

Из последнего выражения следует, что магнитную индукцию В можно определить как плотность магнитного потока Ф, т. е. число магнитных силовых линий, проходящих через поперечное сече­ние площадью S.

При протекании тока I по катушке с числом витков w количе­ство магнитных силовых линий, а следовательно, и индукция В увеличиваются в w раз. Соответственно в w раз увеличивается и магнитный поток Ф (см.рис.3 в ).Полный магнитный поток или потокосцепление

Рис 4.Структура феромагнитика:

а) при отсутствии магнитного поля

б) при внесении магнитного поля

Магнитодвижущая сила(МДС) илинамагничивающая сила (н.с)-это произведение силы тока I на число витков w:

Магнитодвижущая сила измеряется в амперах(A).

Закон полного тока

Для расчета магнитных цепей необходимо установить связь напряженности магнитного поля H с намагничивающим током I. Связь эта определяется законом полного тока.Если напряженность магнитного поля, создаваемого катушкой с током I и числом витков w, для участков магнитной цепи равна соответственно то закон принимает вид

В общем случае закон полного тока можно сформулировать так: в замкнутом контуре магнитной цепи алгебраическая сумма намагничивающих сил равна сумме падений магнитных напряжений.

На рис.9,а приведена магнитная цепь электрического двигателя постоянного тока. На полюсах статора располагаются катушки с числом витков w. При протекании по ним тока I создается намагничивающая

сила Iw ,которая создает магнитный поток Ф. Рабочий магнитный поток стремится замкнуться по пути наименьшего сопротивления: статор(3),полюс(1), полюсный наконечник(2),воздушный зазор(5),полюсный наконечник(2) и полюс(1).

В отличии от ЭЦ где ток существует только в проводниках, в МЦ магнитный поток может замыкаться по воздуху через рабочий зазор

Так как отношение к магнитной проницаемости железа к магнитной проницаемости воздуха сравнительно невелико, магнитная цепь способствует появлению также потоков рассеяния (утечек) (см.рис.9,а.).

Действительно, если ,то

т.е. сопротивление воздуха электрическому току в больше сопротивления воздуха магнитному потоку.

Потоки рассеяния снижают магнитный поток в рабочем зазоре и в конечном счете приводят к уменьшению КПД устройства, поскольку в механическую энергию превращается энергия , запасенная только в рабочем воздушном зазоре.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Какие принципы положены в основу работы электромагнитных устройств?

2.Что называется магнитной цепью?

3.Перечислите основные параметры магнитного поля?

4.Раскажите о свойствах и структуре ферромагнетиков?

5.Сформулируйте закон полного тока?

6. Может ли магнитный поток замыкаться по воздуху?