МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧИ № 5

Электрический ток, проходя по проводнику, создает вокруг себя магнитное поле. В качестве основной количественной оценки магнитного поля принято считать магнитную индукцию В, измеряемую в теслах (Тл). Значение электрического тока, создающего магнитное поле, и приходящееся на единицу длины средней линии магнитного поля, называют напряженностью магнитного поля Н. Напряженность магнитного поля Н измеряют в А/м.

Если магнитное поле создается намагничивающим током в вакууме, то зависимость магнитной индукции от напряженности магнитного поля выражается следующим образом:

,

где =4¶·10^-7 Гн/м электрическая постоянная.

Если же магнитное поле создается в ферромагнитном веществе, то элементарные круговые токи, которые создаются в ферромагнитном веществе за счет вращения электронов вокруг ядер атомов, также участвуют в создании магнитного поля, как и внешний намагничивающий ток. В результате для создания той же самой магнитной индукции в магнитном веществе требуется меньшее значение намагничивающего тока. Это свойство магнитного материала усиливать действия внешнего намагничивающего тока учитывают введением специального коэффициента, который называют относительной магнитной проницаемостью :

.

Относительная магнитная проницаемость характеризует способность магнитного материала усиливать магнитное поле. Вещества, для которых , называют ферромагнетиками. К ферромагнетикам относится технически чистое железо и его сплавы.

Зная значения В и Н, можно определить относительную магнитную проницаемость по формуле:

.

Относительная магнитная проницаемость не является постоянной величиной. Ее значение зависит от Н.

Зависимость магнитной индукции В от напряженности магнитного поля Н для ферромагнитного материала называют кривой намагничивания.

При снятии внешнего поля, то есть при Н=0 ферромагнитный материал остается намагниченным. В нем остается некоторое значение магнитной индукции B_r, которое называют остаточной магнитной индукцией (рис.4). Чтобы размагнитить ферромагнитный материал, необходимо приложить некоторое значение магнитной напряженности в противоположном (отрицательном) направлении. Напряженность магнитного поля, при которой материал полностью размагничивается и магнитная индукция становится равной нулю, называют коэрцитивной силой и обозначают Н_С (рис.4). Если материал имеет большое значение Н_С, то его называют магнитотвердым. Значение коэрцитивной силы для магнитотвердых материалов составляет 5·10³ - 8·10⁵ А/м.

Основное применение магнитотвердых материалов – изготовление постоянных магнитов. Чтобы постоянный магнит мог отдать энергию во внешнее пространство, в нем делают зазор. Зазор оказывает на намагниченный сердечник размагничивающее действие. Чем больше зазор, тем меньше в нем магнитная индукция. Зависит от зазора и отдаваемая магнитом во внешнее пространство магнитная энергия. Значение удельной магнитной энергии (энергии, приходящейся на единицу объема материала магнита), определяемая по формуле:

.

Если зазор равен нулю, то напряженность магнитного поля в зазоре Н₀ равна нулю и отдаваемая во вне энергия равна нулю. Вся энергия находится внутри ферромагнитного сердечника. При очень большом зазоре стремится к нулю магнитная индукция В₀ в зазоре и стремится к нулю отдаваемая энергия. При некотором значении зазора энергия буде максимальной, так как максимальна площадь заштрихованного прямоугольника (рис. 4). Обычно зависимости B=f(H) и W=f(B) совмещают на одном графике (рис. 4).

Рис. 4. Кривая размагничивания магнитотвердого материала и кривая удельной магнитной энергии в воздушном зазоре