Содержание

Главная >> Электродинамика. Физика 10-11 кл. Мякишев

Глава 5. Электромагнитная индукция

§ 6.4. Основные свойства ферромагнетиков (окончание)

Магнитный гистерезис

В действительности зависимость J от В₀ еще сложнее, чем показано на рисунке 6.7. Дело в том, что эта зависимость не однозначна. Намагниченность зависит не только от значения индукции в данный момент, но и от того, какой она была в предыдущие моменты времени. Кривая, изображенная на рисунке 6.7, получается лишь в том случае, если образец первоначально не был намагничен. При уменьшении индукции намагничивающего поля после достижения насыщения намагниченность J уменьшается медленнее, чем происходил ее рост. Это явление называют магнитным гистерезисом*.

* От греч. hysteresis — отставание.

Общий характер зависимости J от В0 изображен на рисунке 6.8. Участок Оа представляет собой кривую намагничивания, подобную представленной на рисунке 6.7. В точке а достигается насыщение. При уменьшении В₀ до нуля намагниченность уменьшается в соответствии с участком кривой аb. При В₀ = 0 намагниченность отлична от нуля. Ее значение J_k = Ob представляет собой остаточную намагниченность. Образец создает магнитное поле без внешнего намагничивающего поля. Он является, следовательно, постоянным магнитом. При увеличении магнитной индукции В₀, направленной уже в противоположную сторону, намагниченность уменьшается и лишь при В_0с = Ос становится равной нулю. Значение индукции B_0c называют коэрцитивной (задерживающей) силой. Это та магнитная индукция, которую нужно создать для размагничивания образца. В точке а' образец опять намагничен до насыщения, но в обратном направлении. Уменьшая индукцию магнитного поля до нуля и опять увеличивая ее до достижения состояния насыщения (точка а), получают замкнутую симметричную относительно точки О кривую, называемую петлей гистерезиса.

Первые детальные исследования намагничивания ферромагнитных материалов были выполнены выдающимся русским ученым А. Г. Столетовым (1839—1896). А. Г. Столетов впервые применил метод намагничивания замкнутого железного кольца током, текущим по проводам, намотанным на кольцо.

Магнитные материалы

Различные ферромагнитные материалы имеют разные формы петли гистерезиса. Форма петли служит важнейшей магнитной характеристикой материала.

Различают магнитно-мягкие и магнитно-жесткие материалы. У магнитно-мягких материалов площадь петли мала (рис. 6.9), а у магнитно-жестких — велика (рис. 6.10).

К магнитно-мягким материалам относится отожженное и затем медленно охлажденное железо, некоторые сорта стали, сплав железа с никелем (70% Ni и 30% Fe), называемый пермаллоем, и др. Особенно узкой является петля гистерезиса у пермаллоя. У магнитно-мягких материалов мала коэрцитивная сила и остаточная намагниченность.

Железо и особые сорта стали (трансформаторная сталь) применяются для изготовления сердечников трансформаторов, генераторов, электродвигателей и т. д. По условиям работы сердечники этих устройств все время перемагничиваются в переменных магнитных полях. Перемагничивание требует совершения работы, пропорциональной по модулю площади петли гистерезиса. (Эта работа не связана с выделением тепла токами Фуко.) Поэтому в магнитно-мягких материалах энергетические потери меньше, чем в твердых.

К магнитно-жестким материалам с широкой петлей гистерезиса относятся некоторые сорта стали и многие сплавы. У этих ферромагнетиков велика остаточная намагниченность и коэрцитивная сила. Они применяются для изготовления постоянных магнитов.

Особенно широкую петлю гистерезиса имеет сплав альнико-5. Этот сплав обладает уникальными магнитными свойствами. Остаточная намагниченность достигает 1,25 Тл. Для сравнения отметим, что максимальная индукция магнитного поля Земли 7 • 10^-5 Тл. Этот сплав содержит пять компонентов в строго определенном количественном составе: 51% Fe, 8% Аl, 14% Ni, 24% Со, 3% Сu. Нетрудно представить, какие большие усилия пришлось затратить для выбора этих компонентов и поисков количественного соотношения между ними. Создать хороший постоянный магнит оказалось трудной задачей.

Постоянные магниты находят широкое применение в электроизмерительных приборах, громкоговорителях и телефонах, звукозаписывающих аппаратах, магнитных компасах И т. д.

Ферриты

Существуют ферромагнитные материалы, не проводящие электрического тока, — ферриты. Они представляют собой химические соединения оксидов железа с оксидами других веществ. Первый из известных людям ферромагнитных материалов — магнитный железняк — является ферритом. О практическом использовании ферритов будет рассказано в дальнейшем.

<<< К началу параграфа