Шпаргалки (Шпаргалка_М)

Посмотреть архив целиком

1




Магнитная индукция В материала является векторной суммой магнитных индукций внешнего (намагничивающего) поля Вo и внут­реннего поля Ввн:

В = Во + Ввн = μоН + μоМ = μо(Н + М), (14.2)

где Вo = μoН — магнитная индукция поля в вакууме;

Ввн = μоМ = = km Вo — магнитная индукция внутреннего поля; μo — магнитная проницаемость вакуума, называемая магнитной постоянной, μo = = 4π •10─7, Гн/м.

Между намагниченностью материала М и напряженностью маг­нитного поля Н существует зависимость:

M = kmH, (14.3)

где kmмагнитная восприимчивость, характеризующая способность материала изменять свой магнитный момент под действием внешне­го магнитного поля. В вакууме km= 0.

Объединив выражения (14.2) и (14.3), получим

В = μo Н(1+km) = μo μ Н, (14.4)

где μ = 1 + km или μ = В/( μo Н).

Важной характеристикой магнитных материалов является маг­нитная проницаемость.

Магнитная проницаемость μ характеризует способность материала намагничиваться; μ показывает, во сколько раз магнитная индукция поля, созданного в данном материале, больше, чем в вакууме


рис. 14.4. Зависимость обменного интегра­ла А от отношения постоянной (a/d) решетки а к диаметру d внутренней недостроенной электронной оболочки







Энергия Wн, которая требуется для намагничивания до техниче­ского насыщения (единицы объема материала), определяется площа­дью между кривой намагничивания и осью ординат:

Ми
Wн = μHdM, (14.8)

О

μ н =(1/μo) Lim(B /H ) = (1/μо ) ( mB / mH ) tgαн, (14.10)

Н→0

μ м =(1/μo) Lim(Bμ м /Hμ м ) =(1/μо) (mB / mH) tgαм, (14.10)


Рис. 14.10. К объяснению различных понятий магнитной проницаемости





Рис. 14.11. Зависимость динамической начальной μ_

от частоты для пермаллоев (1—6) и ферритов (7—9):

1 - 81НМА; 2 - 80НХС; 3 - 79НМ;

4 - 50НХС; 5 - 50Н; 6 -50НХС

(толщина образцов 1—5 0,2 мм, образца 6 h = 0,02 мм);


7 — оксифер-2000; 8 — оксифер-1000; 9 — оксифер-400


Потери на вихревые токи обусловлены электрическими токами, которые индуцируют в материале магнитный поток. Эти потери за­висят от электрического сопротивления магнитного материала и формы сердечника. Чем больше удельное электрическое сопротивле­ние магнитного материала, тем меньше потери на вихревые токи. Потери на вихревые токи пропорциональны квадрату частоты, по­этому на высоких частотах магнитные материалы с низким электри­ческим сопротивлением не применяют. Мощность потерь Рвт, Вт/кг, расходуемая на вихревые токи единицей массы, в общем виде опре­деляется формулой

Рвт= ξ ƒ 2 (Bм ) 2, (14.15)

где ξ — коэффициент, зависящий от природы магнитного материала (в частности, от его удельного сопротивления ), а также его формы.

При уменьшении толщины листового металлического магнитно­го материала потери на вихревые токи снижаются, однако возраста­ют потери на гистерезис, так как при уменьшении толщины листа измельчается зерно и, следовательно, увеличивается коэрцитивная сила .

Ферриты представляют собой твердые растворы окисла железа с окислами некоторых двухвалентных металлов с общей формулой MeOFe2О3.

Рис. 4.6. Логические устройства, реализующие функцию «И». Поясн. см. в тексте



Если свет распространяется параллельно вектору его намагниченности IM, это различие в показате­лях преломления проявляется во вращении плоскости поляризации ли­нейно-поляризованного света. Этот эффект называется эффектом М. Фарадея. Угол поворота плоскости поляризации ФF пропорциона­лен пути d светового луча в магнитоупорядоченной среде

Ф F = θF * d (5.13)

где θF — удельное фарадеевское вращение — угол поворота плоскости поляризации световой волны на единицу длины магнетика



Редкоземельные феррит-ганаты характеризуются общей форму­лой R3Fe5O12 и представляют собой окислы с кубической структурой. Ионы О2- образуют плотноупакованную структуру, в пустотах между ионами кислорода размещаются редкоземельные ионы и ионы железа либо частично замещающие их элементы. В структуре граната наблю­даются три вида пустот — додекаэдрические, октаэдрические и тетраэдрические в соответствии с количеством ионов кислорода, окружаю­щих катион металла. В первом случае катион металла окружен восемью ионами кислорода, во втором — шестью, а в третьем — четырьмя. Обычно катионы редких земель занимают додекаэдрические позиции (R3+), катионы железа — октаэдрические (Fe3+) и тетраэдрические (Fe3+). Ионы железа, находящиеся в октаэдрических позициях, формируют октаэдрическую магнитную подрешетку, а ионы железа, расположен­ные в тетраэдрических позициях, — тетраэдрическую магнитную под-решетку. Между этими ионами железа существует сильное обменное взаимодействие, приводящее к антипараллельному упорядочению магнитных моментов, и потому феррит-гранаты относятся к классу ферримагнетиков. Феррит-ганаты характеризуются высокой прозрачностью в ближ­ней ИК-области спектра. Так, иттриевый феррит-гранат Y3Fe5Oi2 имеет окно прозрачности в области длин волн 1,3-5,5 мкм, и в некоторых образцах коэффициент поглощения не превышал 3-10-2 см-1 в этой спек­тральной области. При длинах λ > 5,5 мкм наблюдается решеточное положение, а при λ< 1,5 поглощение связано с краем собственного по­глощения. При λ > 100 мкм вплоть до СВЧ-диапазона феррит-гранаты обладают высокой прозрачностью, а уровень поглощения в них опреде­ляется дефектами кристаллической решетки. Для задачи прикладной магнитооптики основной интерес представляют видимая и ближняя ИК-области спектра.



Ортоферриты относятся к классу антиферромагнетиков с почти полностью скомпенсированными магнитными моментами подрешеток. Ортоферриты описываются общей формулой RFeO3, где R — редкозе­мельные элементы. В ортоферритах по сравнению с Y3Fe5Oi2 наблюдается аномально большое фарадеевское вращение, хотя намагниченность насыщения в них существенно меньше














Материал




μн


μм


Вs ,

Тл


Нс ,

А/м


ρ,

мкОм•м

1 Технически чистое железо

(армко железо)

2 Сталь низкоуглеродистая

электротехниче­ская нелегированная

3 Электролитическое железо

4 Карбонильное железо

5 Особо чистое железо, отожжен-

ное в H2 особенно тщательно

6 Монокристалл чистейшего

железа, ото­жженный в водороде

особенно тщательно

250-400




600

2000-3000

60000



3500-

4500




15000


2,18


2,18



2,18

2,18


2,18



400-100






0,1


0,1



0,1

0,1

0,1




Пермаллои:

Низконикелевые (Ni~ 40— 50%)

высоконикелевые (Ni~79%) Суперпермаллой (состав: Ni~79%, Fe 15%, Мо~5% и Мn~0,5%)






2000-4000

15000-105



100000











600000-

1500000












0,79











0,3





0,45-0,9





0,6


Альсифер (сплав оптимального состава: Si 9,6%, А1 5,4%, остальное Fe)








0,8


Магнитодиэлектрики на основе:

карбонального железа

альсифера

молибденового пермаллоя




10-20

2—94

60-250












Ферриты:

никель-цинковые

марганец-цинковые





10-2000*

700-20000*




40-7000

1800-

3500




0,2

0,15




1700

28-0,25




10-1011

10─3 -20

ом•м





  • при частоте ƒ = 100 кГц.

кристаллическую решетку ферритов можно представить как состоящую в магнитном отношении из двух подрешеток, имеющих противоположные на­правления магнитных моментов ионов (атомов). В магнитном фер­рите намагниченность подрешеток неодинаковая, поэтому возникает суммарная спонтанная намагниченность, а в немагнитном феррите суммарная намагниченность равна нулю.

Технические ферриты представляют собой, как правило, твердые растворы магнитных и немагнитных ферритов. К магнитомягким ферритам в первую очередь относятся две группы ферритов: никель-цинковые и марганец-цинковые, представляющие собой трехкомпонентные системы NiOZnOFe2O3 и MnOZnOFe2O3 (табл. 15.5). Немагнитные ферриты добавляют к магнитным для увеличения маг­нитной проницаемости и уменьшения коэрцитивной силы. Однако при этом снижается температура Кюри.




Изотропные стали применяют, как указывалось выше, в электромашиностроении. В трансформаторостроении выгодно при­менять текстурированную сталь. Например, замена в мощных транс­форматорах изотропной горячекатаной стали на текстурированную позволяет снизить потери энергии на 30%, массу до 10%, расход ста­ли на 20%.



добротность катушки индуктивности: Q= ωL/Rп

Во-первых, провода обмотки обладают омическим сопротивлением

ro = ρℓ/S = ρ4/πd2

Во-вторых, сопротивление провода обмотки переменному току возрастает с ростом частоты, что обусловлено поверхностным эффектом,

В-третьих, в проводах обмотки, свитой в спираль, проявляется эффект близости,

Практически значение добротности лежит в пределах от 30 до 200. Повышение добротности достигается оптимальным выбором

диаметра провода,

увеличением размеров катушки индуктивности и

применением сердечников с высокой маг­нитной проницаемостью

и малыми потерями

Следовательно, плотность тока равна

j=q(n1μ1 + n2μ2)E

Умножив и разделив правую часть на no получим

j= qn0μCP


Здесь μCP = ( n1μ1 + n2μ2 )/no усредненная по двум долинам подвижность.

Учитывая, что дрейфовая скорость электронов равна vдр = μСРЕ, получим

J = qno vдр


То есть плотность дрейфового тока пропорциональна скорости дрейфа vдр.