Реферат петля гистерезиса коэрцитивная сила
Обновлено: 05.07.2024
Свойства диа- и парамагнетиков. Особенности ферромагнетиков, природа их свойств. Процесс намагничивания ферромагнитного материала, кривая намагничивания и петля гистерезиса. Экспериментальное изучение свойств ферромагнетиков, теория, их объясняющая.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 30.04.2012 |
| Размер файла | 1,2 M |
Подобные документы
Кривая намагничивания, температура Кюри, коэрцитивная сила. Характеристики магнитных материалов. Подготовка к напылению. Термообработка тонких пленок в вакууме. Термообработка по патенту. Расчет защит, заземления для установки вакуумного напыления.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 22.06.2015
Выбор материала для изготовления деталей измерительных приборов с постоянством размеров при температурах -100…+100 °С. Описание ферромагнетиков, инварных сплавов. Химический состав и свойства материала 36Н. Особенности магнитно-твёрдых материалов.
реферат [496,4 K], добавлен 30.10.2013
Методика расчета магнитной цепи синхронного генератора, выбор его размеров и конфигурации, построение характеристики намагничивания машины. Определение параметров обмотки, выполнение теплового и вентиляционного расчетов, сборного чертежа генератора.
курсовая работа [541,5 K], добавлен 20.12.2009
Принцип электромагнитной индукции. Механическая характеристика гистерезисного электропривода. Принцип действия асинхронного электродвигателя. Техническая реализация режима импульсного намагничивания. Частотное регулирование гистерезисного электропривода.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 08.02.2012
Выбор расчетных сил тяги и скорости тепловоза. Определение основных расчетных параметров электрических машин. Выбор типа обмотки. Расчет коллекторно-щеточного узла. Внешняя характеристика генератора. Характеристика намагничивания.
дипломная работа [240,6 K], добавлен 21.03.2007
Рассмотрение основных факторов, влияющих на технологические свойства титана и его сплавов. Определение свойств титановых сплавов. Оценка свойств материала для добычи нефти и газа на шельфе. Изучение практики использования в нефтегазовой промышленности.
реферат [146,1 K], добавлен 02.04.2018
Методы получения ферромагнетиков: самосборка аминокислот в полипептидную цепь и катализ химической реакции. Технология получения наноструктурированных магнитных материалов в лабораторных условиях. Использование магнитных наночастиц в биомедицинских целях.
Для ферромагнетиков характерно явление гистерезиса. Оно проявляется в том, что вектор магнитной индукции B → , созданный в ферромагнетике, определяется историей намагничивания вещества и зависит от напряженности внешнего магнитного поля H → .
Гистерезис - от греческого "запаздывание"- свойство физических систем. Когда системе свойственен гистерезис, ее мгновенный отклик на приложенное внешнее воздейстие зависит от текущего состояния системы, а поведение системы на некотором интервале времени определяется ее предысторией.
Например, если ненамагниченный ферромагнетик поместить в магнитное поле у величить его напряженность до H 1 , затем уменьшить до - H 1 , а потом снова увеличить, кривая намагничивания вещества опишет так называемую петлю гистерезиса.
На рисунке видно, как сначала индукция растет по кривой OA. Затем, при уменьшении напряженности, спадает по кривой ACKD. При дальнейшем увеличении напряженности образуется путля гистерезиса ACKDFA.
Как видим, когда напряденность уменьшили до нуля, магнитная индукция в веществе стала равна OC. Это так называемая остаточная индукция B r , которой соответствует отстачная намагниченность ферромагнетика J r . В данном состоянии ферромагнетик представляет собой постоянный магнит.
Величины B r и J r - основные характеристики ферромагнетиков. Материалы с наибольшей остаточной намагниченностью применяюьтся в сердечниках трансформаторов и электромагнитов, используются в качестве носителей информации.
Коэрцитивная сила
Чтобы размагнитить ферромагнетик, необходимо внешнее магнитное поле, направленное противоположно первоначальному полю. Кривая CKD изображает ход магнитной индукции при росте напряженности этого поля. При напряженности поля, равной отрезку OK, намагниченность вещества станет равной нулю.
Отрезок ОК определяет величину напряженности размагничивающего поля H k . Она является мерой того, насколько сильно ферромагнетик удерживается в намагничиченном состоянии. Величина H k , при которой остаточная намагниченность исчезает, называется задерживающей силой, или коэрцитивной силой ферромагнетика. Для разных ферромагнетиков ее значение широко варьируется.
Так, ферромагнетики с узкой петлей гистерезиса и, соответсвенно, малой коэрцитивной силой, называются мягкими. Материалы с широкой петлей и большой коэрцитивной силой, наоборот, называются жесткими ферромагнетиками.
Ферромагнетики - материалы с большой магнитная проницаемостью вещества, величина которой также зависит от напряженности магнитного поля. Помимо этого ферромагнетики отличаются от других магнетиков особой связью между намагниченностью и величиной напряженности внешнего поля.
Зависимость намагниченности от напряженности внешнего поля называется гистерезисом. Следствия явления гистерезиса - остаточная намагниченность и коэрцитивная сила.
Есть ли разница в работе при намагничивании и размагничивании ферромагнетика и магнетика без гистерезиса? Чем она обусловлена?
Работа по намагничиванию объема магнетика вычисляется по формуле:
Эта работа идет на увеличение энергии магнитного поля магнетика. Соотношения также предствляет формулу для плотности энергии магнитного поля в магнетике без гистерезиса.
Для такого магнетика обратная и прямая ветви кривой намагничивания совпадают.
Площадь криволинейной трапеции 1234 представляет собой элементарную работу, которую нужно совершить для увеличения намагниченности. Площадь фигуры O A B 1 - полная работа, которую совершают внешние силы при увеличении индукции от 0 до B 1 .
При размагничивании магнетика без гистерезиса работа также равна площади фигуры O A B 1 . Работы при намагничивании и при размагничивании совпадают.
Теперь рассмотрим магнетик с гистерезисом.
Для роста магнитной индукции в ферромагнетике от B 1 до B 2 понадобится работа, равная площади фигуры B 1 a b B 2 , ограниченная кривой 1. Обратная и прямая кривые намагниченности не совпадают, размагничивание происходит по по кривой, обозначенной номером 2.
Разница в работе по намагничиванию и размагничиванию такого ферромагнетика определяется площадью петли гистерезиса, ограниченной кривыми 1 и 2 и обозначенной S .
При полном перемагничивании на единицу объема ферромагнетика приходится энергия, равная ω = S . Эта энергия расходуется на преодоление коэрцитивной силы и выделяется в виде тепла, поэтому ферромагнетики нагреваются при циклическом перемагничивании.
ГОСТ
Остаточная индукция
Характерной особенностью ферромагнетиков является то, что зависимость $\overrightarrow(\overrightarrow)$ или $\overrightarrow\left(\overrightarrow\right)$ неоднозначна, она определена историей намагничивания вещества. То есть ферромагнетикам свойственно явление гистерезиса. Если взять ферромагнитный образец в ненамагниченном состоянии, поместить его в магнитное поле, которое увеличить до некоторого $H_1$, тогда зависимость B(H) будет изображена кривой О$A$ (рис.1). Если затем уменьшать напряжение магнитного поля от $H_1$ до $_1$. Кривая намагничивания не пойдет по пути ОА, а опишет кривую ACKD. Если далее увеличивать напряженность поля от $_1$ до $H_1$, мы получим замкнутую петлю гистерезиса ACKDFA.
Из рис.1 видно, что при Н=0 индукция В не равна нулю, а изображается отрезком ОС или OF, это так называемое остаточная индукция ($B_r$). Этому отрезку соответствует остаточная намагниченность ($J_r$). Ферромагнетик в этом состоянии является постоянным магнитом. Величины $B_r$ или $J_r$ -- две из основных характеристик ферромагнетика:
Ферромагнетики остаточная намагниченность которых небольшая используют в качестве сердечников трансформаторов и электромагнитов, носителей для записи и хранения информации.
Коэрцитивная сила
Для дальнейшего размагничивания ферромагнетика необходимо приложить внешнее магнитное поле, которое будет направлено в сторону противоположную первому полю. Ход изменения магнитной индукции при увеличении напряженности противоположного поля изображается ветвью кривой CKD (рис.1). Только тогда, когда напряженность этого поля достигнет значения, которое равно на рис.1 величине отрезка ОК магнитная индукция и намагниченность ферромагнетика станет равной нулю. Так, напряженность размагничивающего поля ($H_k$) (отрезок ОК) является мерой того, насколько прочно удерживается состояние намагничивания ферромагнетика. Величина напряженности магнитного поля $(H_k)$ при которой исчезает остаточная намагниченность ферромагнетика называется задерживающей или коэрцитивной силой ферромагнетика. Значение коэрцитивной силы для разных ферромагнетиков изменяется в широких пределах.
Готовые работы на аналогичную тему
Для мягкого ферромагнетика петля гистерезиса узкая, соответственно, коэрцитивная сила мала. Для материалов, которые используются для постоянных магнитов петля гистерезиса широкая, коэрцитивная сила большая. Ферромагнетики с большой коэрцитивной силой называют жесткими.
Итак, ферромагнитные вещества отличаются от других магнетиков не только большими показателями магнитной проницаемости и ее зависимостью от напряженности магнитного поля, но и весьма особенной связью между намагниченностью и напряженностью внешнего поля. Эта особенность состоит в явлении гистерезиса с его следствиями: остаточной намагниченностью и коэрцитивной силой.
Задание: Сравните работу при намагничивании и размагничивании ферромагнетика и магнетика без гистерезиса. Объясните возникновение разницы.
Полную работу намагничивания единицы объема магнетика можно записать как:
Вся работа намагничивания идет на увеличение энергии магнитного поля, следовательно, формула (1.1) также является выражением для объемной плотности энергии магнитного поля в магнетике без гистерезиса.
Рассмотрим магнетик без гистерезиса, для которого прямая и обратные ветви кривой намагничивания совпадают (рис.2).
Элементарную работу, которую надо совершить, чтобы увеличить намагниченность для графика рис.2 можно выразить как площадь криволинейной трапеции 1234. Полная работа, которая совершается внешними силами, для увеличения индукции магнитного поля от нуля до $B_1$ равна площади фигуры ОА$B_1$, которая ограничена кривой намагничивания и отрезком О$B_1$. Когда магнетик размагничивается в цепь источника возвращается энергия. Она, как и прежде, равна площади фигуры ОА$B_1$. Так как гистерезиса нет, обе ветви кривой совпадают, то работа при намагничивании равна работе при размагничивании.
При полном цикле перемагничивания на каждую единицу объема ферромагнетика приходится энергия равная:
где $S$ -- площадь петли гистерезиса. Эта энергия расходуется на совершение работы против коэрцитивных сил в ферромагнетике и переходит в тепло. Ферромагнетики при циклическом перемагничивании нагреваются, причем, чем больше $H_k$, то есть чем шире петля гистерезиса.
Задание: На рисунках (рис.4) и (рис.5) изображены максимальные петли гистерезиса для двух разных ферромагнетиков. Какой из них лучше подойдет для изготовления постоянного магнита? Какой из них более подходит для изготовления сердечника трансформатора? Считайте, что на рисунках масштаб одинаковый.
Гистерезис происходит от греческого слова, означающего запаздывание или отставание. С данным понятием связана такая физическая величина, как петля гистерезиса, определяющая одну из характеристик тела. Она определенным образом связана также и с физическими величинами, характеризующими внешние условия, такие как магнитное поле.
Общие понятия гистерезиса
Гистерезис можно наблюдать в те моменты, когда какое-либо тело в конкретный период времени будет находиться в зависимости от внешних условий. Данное состояние тела рассматривается и в предыдущее время, после чего производится сравнение и выводится определенная зависимость.
Подобная зависимость хорошо просматривается на примере человеческого тела. Чтобы изменить его состояние потребуется какой-то отрезок времени на релаксацию. Поэтому реакция тела будет всегда отставать от причин, вызвавших измененное состояние. Данное отставание значительно уменьшается, если изменение внешних условий также будет замедляться. Тем не менее, в некоторых случаях может не произойти уменьшения отставаний. В результате, возникает неоднозначная зависимость величин, известная как гистерезисная, а само явление называется гистерезисом.
Эта физическая величина может встречаться в самых разных веществах и процессах, однако чаще всего рассматриваются понятия диэлектрического, магнитного и упругого гистерезиса. Магнитный гистерезис как правило появляется в магнитных веществах, например, таких как ферромагнетики. Характерной особенностью этих материалов является самопроизвольная или спонтанная неоднородная намагниченность, наглядно демонстрирующая это физическое явление.
Механизм возникновения петли гистерезиса
Сам по себе гистерезис представляет собой кривую, отображающую измененный магнитный момент вещества, на которое воздействует периодически изменяющаяся напряженность поля. Когда магнитное поле воздействует на ферромагнетики, то изменение их магнитного момента наступает не сразу, а с определенной задержкой.
В каждом ферромагнетике изначально присутствует самопроизвольная намагниченность. Сам материал включает в свой состав отдельные фрагменты, каждый из которых обладает собственным магнитным моментом. При направленности этих моментов в разные стороны, значение суммарного момента оказывается равным нулю в результате взаимной компенсации.
Если на ферромагнетик оказать воздействие магнитным полем, то все моменты, присутствующие в отдельных фрагментах (доменах) будут развернуты вдоль внешнего поля. В итоге, в материале образуется некоторый общий момент, направленный в одну сторону. Если внешнее действие поля прекращается, то домены не все окажутся в изначальном положении. Для этого потребуется воздействие достаточно сильного магнитного поля, предназначенного для разворота доменов. Такому развороту создают препятствия наличие примесей и неоднородность материала. Поэтому материал имеет некоторую остаточную намагниченность, даже при отключенном внешнем поле.
Для снятия остаточного магнитного момента, необходимо приложение действия поля в противоположном направлении. Напряженность поля должна иметь величину, достаточную, чтобы выполнить полное размагничивание материала. Такая величина известна как коэрцитивная сила. Дальнейшее увеличение магнитного поля приведет к перемагничиванию ферромагнетика в противоположную сторону.
Когда напряженность поля достигает определенного значения, материал становится насыщенным, то есть магнитный момент больше не увеличивается. При снятии поля вновь наблюдается наличие остаточного момента, который снова можно убрать. Дальнейшее увеличение поля приводит к попаданию в точку насыщения с противоположным значением.
Таким образом, на графике появляется петля гистерезиса, начало которой приходится на нулевые значение поля и момента. В дальнейшем, первое же намагничивание выводит начало петли гистерезиса из нуля и весь процесс начинает происходить по графику замкнутой петли.
Читайте также: