Контрольная работа по "Физике"

Диамагнетики — вещества, намагничивающиеся против направления внешнего магнитного поля.

Парамагнетики — вещества, которые намагничиваются во внешнем магнитном поле в направлении внешнего магнитного поля.

Ферромагнетики — вещества, в которых ниже определённой критической температуры (точки Кюри) устанавливается дальний ферромагнитный порядок магнитных моментов

Ферримагнетики — материалы, у которых магнитные моменты вещества направлены противоположно и не равны по силе.

К перечисленным выше группам веществ в основном относятся обычные твердые или (к некоторым) жидкие вещества, а также газы. Существенно отличается взаимодействие с магнитным полем сверхпроводников и плазмы.

Связь напряженности  с магнитной индукцией.

B = μ₀μH                                                                                                         (1)

где m₀ – магнитная постоянная, имеющая универсальное значение 4p×10^–7 Гн/м.

m – магнитная проницаемость, величина, характеризующая магнитные свойства материала.

Во многих материалах величина B приблизительно пропорциональна Н. Однако в ферромагнитных материалах соотношение между B и Н несколько сложнее.

Для ферромагнетиков характерна сложная  зависимость между векторами Н и В (см. рисунок). Эта кривая описывает явление гистерезиса и называется петлей гистерезиса. Ширина петли гистерезиса зависит от магнитных свойств вещества - у мягкого железа петля слабая, гистерезис выражен слабо, а у закаленной стали - наоборот, петля широкая, гистерезис значителен.

Рис.1.Петля Гистерезиса магнитного материала.

 

Если намагничивать  первоначально ненамагниченный ферромагнетик, то по мере увеличения напряженности магнитного поля (участок 0-1), будет увеличиваться и индукция. Если потом уменьшать напряженность до нуля, индукция до нуля не уменьшится (1-2), и вещество превратится в постоянный магнит. Чтобы снять индукцию, необходимо это вещество подвергнуть магнитному полю противоположной ориентации (2-3).

Из формулы (1) можно  выразить магнитную проницаемость:

μ = B/μ₀H                                                                                                       (2)

Однако по причине  того, что между B и H связь неоднозначная понятие магнитной проницаемости применяют только для основной кривой намагничения. Поскольку основная кривая намагничения 0-1 не является прямой линией, то из (2) следует, что магнитная проницаемость зависит от напряженности поля H: μ = f(H).

Температурный коэффициент  магнитной проницаемости α_μ позволяет оценить характер изменения μ в зависимости от температуры:

α_μ= ( μ₂ - μ₁)/ μ₁(Т₂ – Т₁) [К^-1] 

Типичная зависимость μ от Т приведена на рис.2.

Температура, при которой μ падает почти до нуля, называется температурой Кюри Т_к. При Т > Т_к процесс намагничивания расстраивается из-за интенсивного теплового движения атомов и молекул материала, следовательно, материал перестает быть ферромагнитным.

 

Рис.2.Типичная зависимость магнитной проницаемости ферромагнитных материалов от температуры

 

Влияние температуры  на величину остаточной магнитной индукции B_r, которая соответствует максимальному значению магнитной индукции B_max, оценивается температурным коэффициентом остаточной магнитной индукции:

α_T= ( B_r2 - B_r1)/ B_r1(Т₂ – Т₁) [К^-1] 

где B_r1 и B_r2 – значения остаточной индукции материала при температурах Т₁ и Т₂ соответственно.

Пермалло́й — прецизионный сплав с магнитно-мягкими свойствами, состоящий из железа и никеля (45–82 % Ni). Может быть дополнительно легирован несколькими другими компонентами. Сплав обладает высокой магнитной проницаемостью, малой коэрцитивной силой, почти нулевой магнитострикцией и значительным магниторезистивным эффектом. Благодаря низкой магнитострикции сплав применяется в прецизионных магнито-механических устройствах и других устройствах, где требуется стабильность размеров в меняющемся магнитном поле. Электрическое сопротивление пермаллоя меняется обычно в пределе 5 % в зависимости от силы и направления действующего магнитного поля.

Низконикелевый легированный пермаллой марки 50НХС содержит 38—50 % никеля с добавкой марганца, кремния и хрома. Такой пермаллой имеет меньшее значение относительной магнитной проницаемости, чем легированный высоконикелевый, но более высокое значение удельного сопротивления; его применяют для изготовления сердечников трансформаторов, катушек индуктивностей и пр.

Рассчитаем и построим график зависимости магнитной проницаемости μ от напряженности H для пермаллоя 50HXC.

Вычисляем магнитную  проницаемость по формуле:

μ = B/μ₀H

H,кА/м	0,002	0,004	0	0,01	0,04
B,Тл	0,07	0,13	0,15	0,18	2
μ·103	27,8	25,8	--	14,3	39,8

 

График прерывистый, т.к. при H = 0 магнитная проницаемость  не имеет решения. Но если предположить, что в методичке опечатка, то напряженность  представлена возрастающей функцией (например, H = 0,006), тогда график примет приблизительно такой вид:

Рис.3. График зависимости магнитной  проницаемости от напряженности  магнитного поля.

 

Сплав ЮНД4 - изотропный сплав для постоянных магнитов с невысокими магнитными свойствами.

В марках сплавов приняты  следующие обозначения: Ю — алюминий, Н — никель, Д — медь. Цифра в маркировке подчеркивает содержание того металла, буква которого стоит перед цифрой. Добавка меди улучшает воспроизводимость.

ЮНД4 - нековкий сплав на основе железа-никеля-алюминия, получаемый только путем отливки. Он обладает высокой твердостью и хрупкостью, так что механическая обработка его возможна только шлифовкой камнями с мягкой связкой и твердым зерном. Соединение магнитов из этих сплавов с другими частями конструкции производится сваркой, затяжкой болтами и т. п.

Применяется для изготовления постоянных магнитов.Эти магниты  обладают хорошим сочетанием магнитных  свойств и высокой стабильностью  к воздействию температуры и  других внешних факторов. Это достоинство делает их незаменимыми для высокоточных приборов и ответственных электрических машин.

Теперь рассчитаем и  построим график зависимости  B(w_м) для сплава ЮНД4.

w_м - плотность энергии магнитного поля (энергия магнитного поля в единице объема).

w_м = W_м/V

 

H,кА/м	0	10	20	30	40
B,Тл	-0,5	-0,4	-0,3	-0,2	0
wм,кДж/м3	0	-4	-6	-6	0

 

 

Рис.4. График зависимости магнитной  индукции от энергии магнитного поля.