Clasificarea și caracteristicile de bază ale materialelor magnetice

Toate substanțele din natură sunt magnetice în sensul că au anumite proprietăți magnetice și interacționează într-un anumit fel cu un câmp magnetic extern.

Materialele folosite în tehnologie se numesc magnetice, ținând cont de proprietățile lor magnetice. Proprietățile magnetice ale substanței depind de proprietățile magnetice ale microparticulelor, de structura atomilor și moleculelor.

Clasificarea materialelor magnetice

Materialele magnetice sunt împărțite în slab magnetice și puternic magnetice.

Fiind slab magnetic includ diamagneții și paramagneții.

Magnetic puternic - feromagneți, care la rândul lor pot fi moi magnetic și duri magnetic. Formal, diferența de proprietăți magnetice ale materialelor poate fi caracterizată prin permeabilitatea magnetică relativă.

Diamagneții se referă la materiale ai căror atomi (ioni) nu au moment magnetic rezultat. În exterior, diamagneții se manifestă prin respingerea câmpului magnetic. Acestea includ zinc, cupru, aur, mercur și alte materiale.

Paramagneții sunt numiți materiale, ale căror atomi (ioni) au ca rezultat un moment magnetic independent de câmpul magnetic extern. În exterior, paramagneții se manifestă prin atracție câmp magnetic neomogen… Acestea includ aluminiu, platină, nichel și alte materiale.

Feromagneții sunt numiți materiale în care propriul lor câmp magnetic (intern) poate fi de sute și mii de ori mai mare decât câmpul magnetic extern care l-a cauzat.

Fiecare corp feromagnetic este împărțit în regiuni - zone mici de magnetizare spontană (spontană). În absența unui câmp magnetic extern, direcțiile vectorilor de magnetizare din diferite regiuni nu coincid, iar magnetizarea rezultată a întregului corp poate fi zero.

Există trei tipuri de procese de magnetizare feromagnetică:

1. Procesul deplasării reversibile a domeniilor magnetice. În acest caz, există o deplasare a limitelor regiunilor orientate cel mai aproape de direcția câmpului exterior. Când câmpul este eliminat, domeniile se deplasează în direcția opusă. Regiunea de deplasare reversibilă a domeniului este situată în partea inițială a curbei de magnetizare.

2. Procesul deplasării ireversibile a domeniilor magnetice. În acest caz, deplasarea granițelor dintre domeniile magnetice nu este eliminată odată cu scăderea câmpului magnetic. Pozițiile inițiale ale domeniilor pot fi realizate în procesul de inversare a magnetizării.

Deplasarea ireversibilă a limitelor domeniului duce la apariție histerezis magnetic — întârzierea inducției magnetice de la intensitatea câmpului.

3. Procese de rotație a domeniilor. În acest caz, finalizarea proceselor de deplasare a limitelor domeniului duce la saturarea tehnică a materialului.În regiunea de saturație, toate regiunile se rotesc în direcția câmpului. Bucla de histerezis care ajunge în regiunea de saturație se numește graniță.

Circuitul de histerezis limitator are urmatoarele caracteristici: Bmax — inductie de saturatie; Br — inducție reziduală; Hc — forță de întârziere (coercitivă).

Materiale cu valori scăzute de Hc (ciclu de histerezis îngust) și ridicate permeabilitatea magnetică sunt numite magnetice moale.

Materialele cu valori mari ale Hc (bucla largă de histerezis) și permeabilitate magnetică scăzută se numesc materiale dure magnetic.

În timpul magnetizării unui feromagnet în câmpuri magnetice alternative, se observă întotdeauna pierderi de energie termică, adică materialul se încălzește. Aceste pierderi se datorează histerezisului şi pierderi de curent turbionar… Pierderea de histerezis este proporțională cu aria buclei de histerezis. Pierderile curenților turbionari depind de rezistența electrică a feromagnetului. Cu cât rezistența este mai mare, cu atât pierderile de curent turbionar sunt mai mici.

Materiale moi magnetic și dure magnetic

Materialele magnetice moi includ:

1. Fier tehnic pur (oțel electric cu conținut scăzut de carbon).

2. Oțeluri silicioase electrotehnice.

3. Fier-nichel și aliaje fier-cobalt.

4. Ferite magnetice moi.

Proprietățile magnetice ale oțelului cu conținut scăzut de carbon (fier pur din punct de vedere tehnic) depind de conținutul de impurități, de distorsiunea rețelei cristaline din cauza deformării, mărimea granulelor și tratamentului termic. Datorită rezistivității sale scăzute, fierul pur comercial este folosit destul de rar în inginerie electrică, în principal pentru circuitele de flux magnetic DC.

Oțelul cu siliciu electrotehnic este principalul material magnetic pentru consum în masă. Este un aliaj fier-siliciu. Aliarea cu siliciu vă permite să reduceți forța de constrângere și să creșteți rezistența, adică să reduceți pierderile de curent turbionar.

Tablă de oțel electric, furnizată în foi sau bobine individuale, și bandă de oțel, furnizată numai în bobine, sunt produse semifabricate destinate fabricării circuitelor magnetice (miez).

Miezurile magnetice sunt formate fie din plăci individuale obținute prin ștanțare sau tăiere, fie prin înfășurare din benzi.

Se numesc aliaje permaloide nichel-fier... Au o mare permeabilitate magnetică inițială în regiunea câmpurilor magnetice slabe. Permalloy este folosit pentru miezurile transformatoarelor de putere mici, bobinelor și releelor.

Feritele sunt ceramice magnetice cu o rezistenta mare, de 1010 ori mai mare decat cea a fierului. Feritele sunt folosite în circuitele de înaltă frecvență deoarece permeabilitatea lor magnetică practic nu scade odată cu creșterea frecvenței.

Dezavantajele feritelor sunt inducția de saturație scăzută și rezistența mecanică scăzută. Prin urmare, feritele sunt utilizate în mod obișnuit în electronica de joasă tensiune.

Materialele dure magnetic includ:

1. Materiale turnate magnetic dure pe bază de aliaje Fe-Ni-Al.

2. Materiale magnetice solide sub formă de pulbere obținute prin presarea pulberilor cu tratament termic ulterior.

3. Ferite magnetice dure. Materialele dure magnetic sunt materiale pentru magneti permanentiutilizat la motoarele electrice și alte dispozitive electrice care necesită un câmp magnetic permanent.