Ферромагнитные материалы, их свойства и области их применения.

Ферромагнетики – твердые вещества, обладающие при не слишком высоких температурах самопроизвольной (спонтанной) намагниченностью, которая сильно изменяется под влиянием внешних воздействий – магнитного поля, деформации, изменения температуры
Ферромагнитные материалы играют огромную роль в самых различных областях современной техники. Магнитомягкие материалы используются в электротехнике при изготовлении трансформаторов, электромоторов, генераторов, в слаботочной технике связи и радиотехнике; магнитожесткие материалы применяют при изготовлении постоянных магнитов.

При выключении внешнего магнитного поля ферромагнетик остается намагниченным, т. е. создает магнитное поле в окружающем пространстве.

Упорядоченная ориентация элементарных токов не исчезает при выключении внешнего магнитного поля. Благодаря этому существуют постоянные магниты. Постоянные магниты находят широкое применение в электроизмерительных приборах, громкоговорителях и телефонах, звукозаписывающих аппаратах, магнитных компасах и т. д.

Широкое распространение в радиотехнике, особенно в высокочастотной радиотехнике, получили ферриты () сочетающие ферромагнитные и полупроводниковые свойства. Из ферритов изготавливают сердечники катушек индуктивности, магнитные ленты, пленки и диски.

Магнитные материалы широко используются в традиционной технологии записи информации в винчестере.

При решение электротехнических задач все вещества в магнитном отношении делятся на две группы:

· ферромагнитные (относительная магнитная проницаемость );

· неферромагнитные (относительная магнитная проницаемость ).

К ферромагнитным веществам относятся четыре химических элемента: железо, кобальт, никель гадолиний, а также большое число различных сплавов и химических соединений.

Отличительное свойство ферромагнетиков – очень большая магнитная проницаемость . Кроме того, ферромагнетики обладают уникальной способностью сохранять намагниченное состояние и после того, как намагничивающее поле выключено. Поэтому из ферромагнитных веществ можно изготавливать постоянные магниты.

Свойства ферромагнитных материалов принято характеризовать зависимостью магнитной индукции от напряженности магнитного поля . Различают два основных типа этих зависимостей: кривые намагничивания и гистерезисные петли.

Кривые намагничивания – это однозначные зависимости между и .

При периодическом изменения напряженности магнитного поля зависимость между и приобретает петлевой характер (рис. 7).

Если начальное магнитное состояние материала сердечника характеризуется значениями , , то при плавном нарастании тока в обмотке получим нелинейную зависимость , которая называется кривой первоначального намагничивания (рис. 7 штриховая линия). Начиная с некоторых значений напряженности магнитного поля индукция в магнитопроводе практически перестает увеличиваться и остается равной . Эта область зависимости называется областью технического насыщения.

Если, достигнув насыщения, начать плавно уменьшать постоянный ток в обмотке, т.е. уменьшать напряженность поля, то индукция также начнет уменьшаться. Однако зависимость уже не совпадет с кривой первоначального намагничивания (рис. 7). При значительных отрицательных значениях напряженности магнитного поля снова наступит техническое насыщение ферромагнитного материала. Если теперь увеличивать ток прямого направления до насыщения, то будет получена замкнутая кривая , которая называется предельной статической петлей гистерезиса ферромагнитного материала.

Предельный статический цикл гистерезиса ферромагнитных материалов характеризуется следующими параметрами: - коэрцитивной силой, - остаточной индукцией (рис. 7).

По значению параметра предельного статического цикла гистерезиса ферромагнитные материалы делятся на две группы:

· магнитные материалы с малыми значениями коэрцитивной силы А/м называются магнито-мягкими;

· магнитные материалы с большими значениями коэрцитивной силы кА/м называются магнито-твердыми.

На циклическое перемагничивание магнитопровода затрачивается мощность, выделяемая в нем в виде теплоты, которая называется мощностью потерь в магнитопроводе. Потери мощности в магнитопроводе (в стали) включает в себя потери на гистерезис и потери от вихревых токов , наводимых переменным магнитным потоком в металле магнитопродвода

.