Чтобы экспериментально исследовать магнитные свойства ферромагнитного материала, необходимо все измерения производить на образце, в котором магнитное поле однородное. Таким образцом может быть тороид (3) (рис. 74), длина магнитных линий, в котором много больше его поперечных размеров (тонкостенный тороид) и на который равномерно навита обмотка с числом витков ω.
При расчете напряженности и индукции магнитного поля в тонкостенном тороиде можно считать, что все магнитные линии имеют одинаковую длину, равную длине средней линии 2πr. На рис. 74 показаны средняя магнитная линия и векторы напряженности Н и индукции В в одной из ее точек.
Рис. 74 |
Петля гистерезиса ферромагнетика. Стрелками указано направление процессов намагничивания и размагничивания ферромагнитного образца при изменении индукции В0 внешнего магнитного поля.
Предположим, что (ферромагнитный материал тонкостенного тороида полностью размагничен и тока в обмотке нет (В = 0 и Н = 0). Если теперь плавно увеличивать постоянный ток I в обмотке катушки, то в ферромагнитном материале возникнет магнитное поле с напряженностью по закону полного тока (4).
Каждому значению напряженности Н магнитного поля в тонкостенном тороиде соответствует определенная намагниченность ферромагнитного материала, а следовательно, и соответствующее значение магнитной индукции В.
Если начальное магнитное состояние материала тонкостенного тороида характеризуется значениями Н=0, В=0, то при плавном нарастании тока получим нелинейную зависимость В(Н), называемую кривой первоначального намагничивания (рис. 74, штриховая линия). Начиная с некоторых значений напряженности Н магнитного поля индукция в тонкостенном ферромагнитном тороиде практически перестает увеличиваться и остается равной Bmax. Эта область зависимости В(Н) называется областью технического насыщения.
Если, достигнув насыщения, начать плавно уменьшать постоянный ток в обмотке, т.е. уменьшать напряженность поля, то индукция также начнет уменьшаться. Однако зависимость В(Н) уже не совпадает с кривой первоначального намагничивания. Изменив направление тока в обмотке и увеличив его значение, получим новый участок зависимости B(Н). При значительных отрицательных значениях напряженности магнитного поля снова наступит техническое насыщение ферромагнитного материала.
Если продолжить эксперимент: сначала уменьшать ток обратного направления, затем увеличивать ток прямого направления до насыщения и т.д., то после нескольких циклов перемагничивания для зависимости В(Н) получим симметричную кривую (см. рис. 74, сплошная линия). Этот замкнутый цикл В(Н) называется предельной статической петлей гистерезиса (5) (или предельным статическим циклом гистерезиса) ферромагнитного материала.
Если во время симметричного перемагничивания область технического насыщения не достигается, то симметричная кривая В(Н) называется симметричной частной петлей гистерезиса ферромагнитного материала.
Предельный статический цикл гистерезиса ферромагнитных материалов характеризуется параметрами (см. рис. 74): Нс - коэрцитивной силой (6); Вr - остаточной индукцией и k - коэффициентом прямоугольности (k Вr/ Вн=10Нс).
Рис. 75 |
По значению коэрцитивной силы Нс ферромагнитные материалы подразделяются на две группы:
 магнитно-мягкие (7) - магнитные материалы с малыми значениями коэрцитивной силы (Нс < 50-100 А/м);
магнитно-твердые (8) - материалы с большими значениями коэрцитивной силы (Нс > 20 - 30 кА/м).
Магнитно-твердые материалы используются для изготовления постоянных магнитов, а магнитно-мягкие - для изготовления магнитопроводов электротехнических устройств, работающих в режиме перемагничивания по предельному или частным циклам.
Магнитно-мягкие материалы подразделяются на три типа:
магнитные материалы с прямоугольной предельной статической петлей гистерезиса (ППГ, коэффициент прямоугольности k□ > 0,95) (рис. 75, α);
магнитные материалы с непрямоугольной предельной статической петлей гистерезиса (НПГ, 0,4 < k□ < 0,7) (рис. 75, б);
магнитные материалы с линейными свойствами, у которых зависимость В(Н) практически линейная: B=µr µ0 Н (рис. 75, в).
|
