Все вещества состоят из молекул и атомов. Вокруг ядра в атомах по орбитам движутся электроны. Движение электронов представляет круговой ток, а атомы и молекулы вещества представляются элементарными магнитиками. Электроны и ядра атомов, вращаясь вокруг собственной оси, также создают внутреннее магнитное поле. В отсутствии магнитного поля элементарные магнитики в веществе движутся хаотически Если поместив сердечник из какого-либо вещества в магнитном поле катушки, то он намагничивается, так как его элементарные магнитики под действием внешнего магнитного поля ориентируются вдоль силовых линий магнитной индукции. Т.о в сердечнике появляется внутреннее магнитное поле. При этом в одних веществах внутреннее магнитное поле усиливает внешнее магнитное поле катушки, в других — ослабляет, т.е. элементарные магнитики этого вещества имеют противоположное направление магнитной индукции внешнего магнитного поля катушки. Вещества с противоположной ориентацией элементарных магнитиков во внешнем магнитном поле называются диамагнитными (медь, серебро, вода). В других веществах (алюминий, натрий, воздух, кислород) элементарные магнитики ориентируются в направлении силовых линий магнитной индукции внешнего магнитного поля и усиливают его. Но так как внутреннее магнитное поле этих веществ малое, то и усиление внешнего магнитного поля катушки слабое. Такие вещества называются парамагнитными. В веществах (железо, кобальт, никель и их сплавы) внутреннее магнитное поле представляется областями спонтанного намагничивания — доменами, которые ориентируются в направлении силовых линий магнитной индукции внешнего поля и усиливают его в сотни и тысячи раз. Эти вещества называются ферромагнитными.
|
|
Следовательно, все вещества характеризуются способностью изменять индукцию магнитного поля. Величина, характеризующая изменение магнитной индукции среды (В) при воздействии магнитного поля (Н), называется абсолютной магнитной проницаемостью и обозначается буквой µа
µа = В/Н. µа = µ µо,где µ
относительная магнитная проницаемость среды.
Магнитная индукция (В) имеет нелинейную зависимость от напряженности (Н ) магнитного поля. Зависимость В = f(H) показана на рис.5.1. В начальный
рис. 5.1 момент, когда сердечник ненамагничен, при увеличении напряженности (Н) магнитного поля элементарные магнитики сердечника (домены) интенсивно ориентируются в направлении линий магнитной индукции, и магнитная индукция (В) растет быстро. При дальнейшем увеличении Н количество неориентированных элементарных магнитиков уменьшается, и при некотором значении Н происходит полная ориентация всех элементарных магнитиков, т. е. наступает магнитное насыщение сердечника (кривая об графика рис.5.1).
|
|
При уменьшении напряженности (Н) магнитного поля уменьшение магнитной индукции (кривая bс графика рис.5.1) будет отставать, и при Н = 0 магнитная индукция не будет равна нулю. Элементарные магнитики частично остались в прежней ориентации. Это явление называется магнитным гистерезисом (от греч. отставание), а Вг — остаточной магнитной индукцией.
Для полного размагничивания ферромагнитного сердечника нужно изменить направление напряженности магнитного поля. Напряженность (Нс) называется коэрцитивной силой (от лат. удерживающей). Если произвести перемагничивание сердечника, как показано на рис. 5.1 стрелками, то получится петля гистерезиса. При перемагничивании происходит интенсивное движение частиц вещества, сердечник нагревается, происходит потеря энергии от гистерезиса. Величина потерь энергии от гистерезиса пропорциональна площади, ограниченной петлей гистерезиса.
Ферромагнитные вещества с широкой петлей гистерезиса обладают большой коэрцитивной силой и могут надолго сохранить магнитные свойства после намагничивания. К ним относятся высокоуглеродистые стали и сплавы железа, алюминия и никеля. Они применяются для изготовления постоянных магнитов.
Ферромагнитные вещества с узкой петлей гистерезиса называются магнитомягкими и применяются для изготовления сердечников трансформаторов, машин и различных аппаратов переменного тока.