Намагничивания кривые

Шаблон:Проводится экспертиза РАН Намагни́чивания кривы́е — зависимости намагниченности или магнитной индукции магнитных материалов от напряжённости магнитного поля.

Физические основы

Файл:Кривые намагниченности 2.svg

Рис. 1. Кривые намагниченности супермаллоя

Рис. 2. Кривая Столетова

Кривые намагничивания являются важнейшими характеристиками магнитных материалов. Они представляют собой зависимости магнитной индукции или намагниченности магнитных материалов от напряжённости внешнего магнитного поля наряду с кривой гистерезиса. Петля гистерезиса, представленная на рисунке 1, показывает, что зависимость $B$ или $I$ от напряжённости внешнего магнитного поля $H$ отличается от значений намагниченности материала от нулевых значений до насыщения (красным цветом на рисунке 1 показана т. н. нулевая, или главная кривая намагниченности). Это означает, что исходно материал, не обладавший намагниченностью, под воздействием внешнего магнитного поля намагничивается вдоль главной кривой намагниченности от нулевых значений до насыщения ($+I_{s}$), после чего, при снятии воздействия внешнего магнитного поля, его намагниченность уже никогда не достигает нулевых значений, то есть процесс намагничивания является необратимым (для ферромагнетиков начальная область намагничивания, называемая областью начального, или обратимого намагничивания, является областью обратимости). Цикл «намагничивание — размагничивание» происходит вдоль кривой гистерезиса, и является замкнутым.

На рисунке 1 представлена зависимость намагниченности $I(H)$ мягкого магнитного материала супермаллоя, причём красным цветом — главная кривая намагниченности, $I_{s}$ $I_{R}$ — остаточная намагниченность, $H_{c}$ — коэрцитивная сила.

При разных величинах напряжённости внешнего магнитного поля можно получить семейство петель гистерезиса, причём, если величина напряжённости магнитного поля выше, чем та, при которой наступает магнитное насыщение, то такая петля гистерезиса называется предельной. Если соединить вершины семейства кривых гистерезиса, то получится основная кривая намагниченности ферромагнетика, которая используется для технических расчётов устройств и практически совпадает с нулевой, или главной, кривой намагничивания. Ширина петли гистерезиса является характеристикой, разделяющим магнитомягкие и магнитотвёрдые материалы. Это довольно условное деление, но оно подразумевает, что:

• магнитомягкие материалы имеют малую коэрцитивную силу и узкую петлю гистерезиса. Такая зависимость характерна для электротехнических сталей, применяющейся в трансформаторах, различных электрических аппаратах и машинах;

• магнитотвёрдые материалы имеют большую коэрцитивную силу и широкую кривую гистерезиса. Эти материалы после снятия внешнего магнитного поля долго сохраняют намагниченность, что используют при изготовлении постоянных магнитов и устройств магнитной записи информации.

Для измерения кривых намагничивания часто использую пермеаметры или магнитометры (тесламетры или гауссметры).

График зависимости магнитной восприимчивости $\chi _{d}$ от напряжённости магнитного поля в ферромагнетиках называют кривой Столетова, отражающей зависимость:

$\chi _{d}={\frac {dI}{dH}}$.

Кривая Столетова названа в честь русского физика А. Г. Столетова, впервые экспериментально получившего кривую намагничивания и петлю гистерезиса для истинного магнитного поля. Из рисунка 2 видно, что кривая $\chi _{d}$ начинается при $H=0$ с некоторого конечного значения $\chi _{a}$ (начальная восприимчивость) и достигает наибольшего значения $\chi _{m}$ (максимальная восприимчивость), соответствующего наиболее крутому подъёму кривой I(Н), и затем стремится к нулю, когда намагниченность приближается к насыщению $I_{s}$.

Размагничивание производится многократным воздействием переменным магнитным полем с уменьшающейся амплитудой. С помощью наложения относительно слабого намагничивающего магнитного поля и переменного магнитного поля с убывающей до нуля амплитудой можно получить безгистерезисную кривую намагничивания. Намагничивание вдоль безгистерезисной кривой можно получить с помощью механического удара по ферромагнетику, находящемуся в слабом внешнем магнитном поле. Следствием этого эффекта является, например, приобретение длинными стальными трубами при строительстве магистральных трубопроводов остаточной намагниченности в результате ударов, тряски в слабом магнитном поле Земли, что может вызывать трудности при сварке таких труб (эффект «магнитного дутья»). В слабом поле Земли происходит и намагничивание корпусов кораблей под воздействием ударов морских или океанских волн, для ликвидации которого суда проходят процедуру размагничивания в специально отведенных местах вблизи портов с помощью проложенного на дне электрического кабеля, по которому течёт переменный ток.

Литература

• Кифер И. И., Пантюшин В. С. Испытания ферромагнитных материалов. (Магнитные измерения). — Москва : Букинист, 1955.
• Neel L. Some theoretical aspects of rock-magnetism. Advances in physics, PP. 191—243, 1955.
• Бозорт Р. М. Ферромагнетизм. — Москва : Изд. иностранной литературы, 1956.
• Калашников Н. В., Стоцкий Л. Р., Добрынина Н. П., Любимов Н. Г., Смирнов В. И., Тарасов Д. А. Единицы измерения и обозначения физико-технических величин. Справочник. — Москва : Изд-во «Недра», 1966.
• Чечерников В. И. Магнитные измерения. — Москва : Издательство московского университета, 1969.
• Вонсовский С. В. Магнетизм : магнитные свойства диа-, пара-, ферро-, антиферро- и ферримагнетиков. — Москва : Наука, 1971.
• Чернышёв Е. Т., Чернышёва Н. Г., Чечурина Е. Н. Магнитные измерения. — Москва : Издательство Комитета стандартов, мер и измерительных приборов при Совете Министров СССР, 1972.
• Вонсовский С. В. Магнетизм. — Москва : Наука, 1984.
• Преображенский А. А., Бишард Е. Г. Магнитные материалы и элементы : учебник для вузов. — Москва : Высшая школа, 1986.
• Зайкова В. А., Старцева И. Е., Филиппов Б. Н. Доменная структура и магнитные свойства электротехнических сталей. — Москва : Наука, 1992.
• Müller K. H. Magnetic viscosity. — Amsterdam : Elsevier Science Ltd, 2001.
• Боровик Е. С., Ерёменко В. В., Мильнер А. С. Лекции по магнетизму. — Москва : Физматлит, 2005.

Ссылки

• Магнетики
• Температурные зависимости магнитных материалов

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Рувики» («ruwiki.ru») под названием «Намагничивания кривые», расположенная по адресу: — «https://ru.ruwiki.ru/wiki/Намагничивания_кривые» Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий. Всем участникам Рувики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?».