Класификација и основне карактеристике магнетних материјала

Све супстанце у природи су магнетне у смислу да имају одређена магнетна својства и да на одређени начин делују са спољним магнетним пољем.

Материјали који се користе у технологији називају се магнетни, узимајући у обзир њихова магнетна својства. Магнетна својства супстанце зависе од магнетних својстава микрочестица, структуре атома и молекула.

Класификација магнетних материјала

Магнетни материјали се деле на слабо магнетне и јако магнетне.

Слабо магнетни укључују дијамагнете и парамагнете.

Јаки магнет - феромагнети, који заузврат могу бити магнетно меки и магнетно тврди. Формално, разлика у магнетним својствима материјала може се окарактерисати релативном магнетном пермеабилности.

Дијамагнети се односе на материјале чији атоми (јони) немају резултујући магнетни момент. Споља, дијамагнети се манифестују одбијањем магнетног поља. То укључује цинк, бакар, злато, живу и друге материјале.

Парамагнети се називају материјали, чији атоми (јони) резултирају магнетним моментом независном од спољашњег магнетног поља. Споља, парамагнети се манифестују кроз привлачност нехомогено магнетно поље… Ово укључује алуминијум, платину, никл и друге материјале.

Феромагнети се називају материјали у којима њихово сопствено (унутрашње) магнетно поље може бити стотине и хиљаде пута веће од спољашњег магнетног поља које га је изазвало.

Свако феромагнетно тело је подељено на регионе — мале области спонтане (спонтане) магнетизације. У одсуству спољашњег магнетног поља, правци вектора магнетизирања различитих региона се не поклапају, а резултујућа магнетизација целог тела може бити нула.

Постоје три типа процеса феромагнетне магнетизације:

1. Процес реверзибилног померања магнетних домена. У овом случају долази до померања граница региона оријентисаних најближе правцу спољашњег поља. Када се поље уклони, домени се померају у супротном смеру. Област реверзибилног померања домена налази се на почетном делу криве магнетизације.

2. Процес иреверзибилног померања магнетних домена. У овом случају, померање граница између магнетних домена се не уклања са смањењем магнетног поља. Почетни положаји домена могу се постићи у процесу преокретања магнетизације.

Неповратно померање граница домена доводи до појаве магнетна хистереза — заостајање магнетне индукције од јачина поља.

3. Процеси ротације домена. У овом случају, завршетак процеса померања граница домена доводи до техничког засићења материјала.У региону засићења, сви региони се ротирају у правцу поља. Хистерезисна петља која достиже област засићења назива се граница.

Гранично коло хистерезе има следеће карактеристике: Бмак — индукција засићења; Бр — заостала индукција; Хц — успоравајућа (принудна) сила.

Материјали са ниским Хц вредностима (узак циклус хистерезе) и високим магнетна пермеабилност називају се меки магнетни.

Материјали са високим вредностима Хц (широка хистерезисна петља) и ниском магнетном пермеабилности називају се магнетно тврди материјали.

Приликом магнетизације феромагнета у наизменичним магнетним пољима увек се примећују губици топлотне енергије, односно материјал се загрева. Ови губици су због хистерезе и губици на вртложне струје… Губитак хистерезе је пропорционалан површини петље хистерезе. Губици вртложне струје зависе од електричног отпора феромагнета. Што је већи отпор, мањи су губици вртложних струја.

Магнетно мекани и магнетно тврди материјали

Меки магнетни материјали укључују:

1. Технички чисто гвожђе (електрични нискоугљенични челик).

2. Електротехнички силицијумски челици.

3. Легуре гвожђе-никл и гвожђе-кобалт.

4. Меки магнетни ферити.

Магнетна својства нискоугљеничног челика (технички чистог гвожђа) зависе од садржаја нечистоћа, изобличења кристалне решетке услед деформације, величине зрна и топлотне обраде. Због своје ниске отпорности, комерцијално чисто гвожђе се прилично ретко користи у електротехници, углавном за кола магнетног флукса једносмерне струје.

Електротехнички силицијум челик је главни магнетни материјал за масовну потрошњу. То је легура гвожђа и силицијума. Легирање са силицијумом вам омогућава да смањите коерцитивну силу и повећате отпор, односно смањите губитке вртложних струја.

Електрични лимови, који се испоручују у појединачним лимовима или намотајима, и тракасти челик, који се испоручују само у намотајима, су полупроизводи намењени за израду магнетних кола (језгра).

Магнетна језгра се формирају или од појединачних плоча добијених штанцањем или резањем, или намотавањем од трака.

Зову се никл-гвожђе пермалоидне легуре... Имају велику почетну магнетну пермеабилност у области слабих магнетних поља. Пермаллои се користи за језгра малих енергетских трансформатора, пригушница и релеја.

Ферити су магнетна керамика са високим отпором, 1010 пута већим од гвожђа. Ферити се користе у високофреквентним колима јер се њихова магнетна пермеабилност практично не смањује са повећањем фреквенције.

Недостаци ферита су њихова ниска индукција засићења и ниска механичка чврстоћа. Стога се ферити обично користе у нисконапонској електроници.

Магнетно тврди материјали укључују:

1. Ливени магнетно тврди материјали на бази Фе-Ни-Ал легура.

2. Прашкасти чврсти магнетни материјали добијени пресовањем прахова са накнадном топлотном обрадом.

3. Тврди магнетни ферити. Магнетно тврди материјали су материјали за трајне магнетекористи се у електромоторима и другим електричним уређајима који захтевају стално магнетно поље.