Особине феромагнетних материјала и њихова примена у техници

Око жице са електричном струјом, чак и у вакууму, постоји магнетно поље… А ако се супстанца унесе у ово поље, онда ће се магнетно поље променити, пошто је свака супстанца у магнетном пољу магнетизована, то јест, она добија већи или мањи магнетни момент, дефинисан као збир елементарних магнетних момената повезаних са делови који чине ту супстанцу.

Суштина феномена лежи у чињеници да молекули многих супстанци имају своје магнетне моменте, јер се унутар молекула крећу наелектрисања која формирају елементарне кружне струје и због тога их прате магнетна поља. Ако се на супстанцу не примени никакво спољашње магнетно поље, магнетни моменти њених молекула су насумично оријентисани у простору, а укупно магнетно поље (као и укупан магнетни момент молекула) таквог узорка биће нула.

Ако се узорак унесе у спољашње магнетно поље, онда ће оријентација елементарних магнетних момената његових молекула добити преференцијални правац под утицајем спољашњег поља. Као резултат тога, укупан магнетни момент супстанце више неће бити нула, пошто се магнетна поља појединачних молекула под новим условима не компензују једно друго. Дакле, супстанца развија магнетно поље Б.

Ако молекули супстанце у почетку немају магнетне моменте (постоје такве супстанце), онда када се такав узорак унесе у магнетно поље, у њему се индукују кружне струје, односно молекули стичу магнетне моменте, који опет, као резултат тога, доводи до појаве тоталног магнетног поља Б.

Већина познатих супстанци је слабо магнетизована у магнетном пољу, али постоје и супстанце које се одликују јаким магнетним својствима, тзв. феромагнети… Примери феромагнета: гвожђе, кобалт, никл и њихове легуре.

Феромагнети обухватају чврсте материје које на ниским температурама имају спонтану (спонтану) магнетизацију која значајно варира под утицајем спољашњег магнетног поља, механичке деформације или промене температуре. Тако се понашају челик и гвожђе, никл и кобалт и легуре. Њихова магнетна пермеабилност је хиљадама пута већа од оне у вакууму.

Због тога се у електротехници традиционално користи за спровођење магнетног флукса и за претварање енергије магнетна језгра од феромагнетних материјала.

У таквим супстанцама магнетна својства зависе од магнетних својстава елементарних носилаца магнетизма — електрона који се крећу унутар атома… Наравно, електрони који се крећу по орбитама у атомима око њихових језгара формирају кружне струје (магнетне диполе). Али у овом случају, електрони такође ротирају око својих осе, стварајући спин магнетне моменте, који једноставно играју главну улогу у магнетизацији феромагнета.

Феромагнетна својства се манифестују само када је супстанца у кристалном стању. Поред тога, ова својства су веома зависна од температуре, пошто топлотно кретање спречава стабилну оријентацију елементарних магнетних момената. Дакле, за сваки феромагнет се одређује одређена температура (Киријева тачка) при којој се структура магнетизације уништава и супстанца постаје парамагнет. На пример, за гвожђе је 900 ° Ц.

Чак и у слабим магнетним пољима, феромагнети могу бити магнетизовани до засићења. Штавише, њихова магнетна пермеабилност зависи од величине примењеног спољашњег магнетног поља.

На почетку процеса магнетизације магнетна индукција Б постаје јача у феромагнетику, што значи магнетна пермеабилност то је одлично.Али када дође до засићења, даље повећање магнетне индукције спољашњег поља више не доводи до повећања магнетног поља феромагнета и самим тим се смањила магнетна пермеабилност узорка, сада тежи 1.

Важна особина феромагнета је остатак… Претпоставимо да је феромагнетна шипка постављена у калем и повећањем струје у калему доведена до засићења. Тада је струја у завојници искључена, односно уклоњено је магнетно поље завојнице.

Моћи ће се приметити да штап није демагнетизован у стање у коме је био на почетку, његово магнетно поље ће бити веће, односно доћи ће до заостале индукције. Штап је ротиран на овај начин на стални магнет.

Да би се такав штап демагнетизирао назад, биће потребно применити на њега спољашње магнетно поље супротног смера и са индукцијом једнаком преосталој индукцији. Вредност модула индукције магнетног поља која се мора применити на магнетизовани феромагнет (трајни магнет) да би се он демагнетизовао назива се принудна сила.

Појава када током магнетизације феромагнета индукција у њему заостаје за индукцијом примењеног магнетног поља назива се магнетна хистереза (види - Шта је хистереза).

Криве магнетизације (хистерезисне петље) за различите феромагнетне материјале се разликују једна од друге.

Неки материјали имају широке хистерезисне петље — то су материјали са високом заосталом магнетизацијом, зову се магнетно тврди материјали. Тврди магнетни материјали се користе у производњи трајних магнета.

Напротив, меки магнетни материјали имају уску хистерезисну петљу, ниску преосталу магнетизацију и лако се магнетишу у слабим пољима. То су меки магнетни материјали који се користе као магнетна језгра трансформатора, статора мотора итд.

Феромагнети играју веома важну улогу у технологији данас. Меки магнетни материјали (ферити, електрочелик) се користе у електромоторима и генераторима, у трансформаторима и пригушницама, као и у радиотехници. Ферити се праве од језгра индуктора.

За израду трајних магнета користе се тврди магнетни материјали (ферити од баријума, кобалта, стронцијума, неодимијум-гвожђе-бор). Трајни магнети се широко користе у електричним и акустичним инструментима, у моторима и генераторима, у магнетним компасима итд.