Петля магнитного гистерезиса: свойства, параметры и применение магнитных материалов

Что такое петля магнитного гистерезиса. Как она формируется. Какие параметры можно определить по петле гистерезиса. Как петля гистерезиса характеризует магнитные свойства материалов. Применение явления магнитного гистерезиса в технике.

Что такое магнитный гистерезис и петля гистерезиса

Магнитный гистерезис — это явление отставания изменений намагниченности магнитного материала от изменений внешнего магнитного поля. Петля гистерезиса — это графическое изображение зависимости намагниченности или магнитной индукции материала от напряженности внешнего магнитного поля при его циклическом изменении.

Основные характеристики петли гистерезиса:

• Форма петли зависит от свойств конкретного магнитного материала
• По петле можно определить важные магнитные параметры материала
• Площадь петли характеризует потери энергии на перемагничивание
• Петля гистерезиса наглядно показывает процесс намагничивания и перемагничивания

Как формируется петля магнитного гистерезиса

Процесс формирования петли гистерезиса включает следующие этапы:

1. Намагничивание материала до насыщения увеличивающимся внешним полем
2. Уменьшение поля до нуля — появление остаточной намагниченности
3. Увеличение поля в обратном направлении до насыщения
4. Повторное уменьшение поля до нуля и намагничивание в прямом направлении

При этом намагниченность материала отстает от изменений внешнего поля, что и приводит к образованию характерной петлеобразной кривой.

Основные параметры петли гистерезиса

По петле гистерезиса можно определить следующие важные магнитные характеристики материала:

• Остаточная индукция Br — индукция при нулевом внешнем поле
• Коэрцитивная сила Hc — поле, необходимое для размагничивания
• Индукция насыщения Bs — максимальная индукция материала
• Начальная магнитная проницаемость μн — наклон начального участка кривой
• Максимальная магнитная проницаемость μmax — максимальный наклон кривой

Эти параметры позволяют оценить магнитные свойства и области применения различных магнитных материалов.

Классификация магнитных материалов по форме петли гистерезиса

По форме петли гистерезиса магнитные материалы можно разделить на следующие группы:

• Магнитомягкие — узкая петля, малые потери на перемагничивание
• Магнитотвердые — широкая петля, высокая коэрцитивная сила
• Материалы с прямоугольной петлей — резкое изменение намагниченности
• Материалы с наклонной петлей — плавное изменение намагниченности

Форма петли гистерезиса определяет область применения магнитного материала в технике.

Применение явления магнитного гистерезиса

Явление магнитного гистерезиса находит широкое применение в различных областях техники:

• Создание постоянных магнитов из магнитотвердых материалов
• Изготовление сердечников трансформаторов и электродвигателей
• Разработка носителей для магнитной записи информации
• Производство магнитных датчиков и сенсоров
• Создание устройств магнитной памяти

При этом в одних случаях стремятся минимизировать гистерезисные потери, а в других — максимально использовать эффект гистерезиса.

Влияние внешних факторов на петлю гистерезиса

На форму и параметры петли гистерезиса магнитных материалов оказывают влияние различные внешние факторы:

• Температура — с ростом температуры петля сужается
• Механические напряжения — могут изменять форму петли
• Частота перемагничивания — расширяет петлю при увеличении
• Кристаллическая структура — определяет анизотропию свойств
• Примеси и дефекты — влияют на подвижность доменных стенок

Учет этих факторов важен при разработке и применении магнитных материалов в различных условиях эксплуатации.

Методы измерения петли гистерезиса

Для измерения петли магнитного гистерезиса применяются следующие основные методы:

• Баллистический метод с использованием флюксметра
• Осциллографический метод с визуализацией петли
• Вибрационный магнитометр
• Индукционный метод с катушками
• Магнитооптические методы

Выбор метода зависит от вида образца, требуемой точности и условий измерения. Современные установки позволяют автоматизировать процесс измерения и обработки данных.

Магнитный гистерезис. Большая российская энциклопедия

Физические процессы, явления

Области знаний:

Процессы намагничивания

Магни́тный гистере́зис (от греч. ὑστέρησις – отставание, запаздывание), неоднозначная зависимость вектора намагниченности или вектора магнитной индукции магнитоупорядоченного вещества от вектора напряжённости внешнего магнитного поля.

Рис. 1. Механизм возникновения магнитного гистерезиса.В общем случае гистерезис – явление, заключающееся в том, что физическая величина, характеризующая состояние тела (например, намагниченность), неоднозначно зависит от физической величины, характеризующей внешние условия (например, от напряжённости магнитного поля). Причина явления состоит в том, что протекание процесса, в данном случае изменение намагниченности материала, происходит путём преодоления энергетического барьера с последующим беззатратным (произвольным) его течением. Рис. 1 (а, б) иллюстрирует механизм возникновения магнитного гистерезиса.

Рис. 2. Схема формирования петли гистерезиса.Магнитный гистерезис наблюдается в магнитоупорядоченных веществах, например в ферромагнетиках и ферримагнетиках, которые обычно разбиты на магнитные домены – области с одинаковым направлением вектора спонтанной (самопроизвольной) намагниченности Ms\boldsymbol M_sMs​. Направление вектора намагниченности в различных доменах отличается. При действии внешнего магнитного поля напряжённостью HHH размер доменов, имеющих направление вектора намагниченности, близкое к направлению внешнего магнитного поля, увеличивается за счёт других доменов благодаря смещению границ между доменами. После того как домен занимает весь объём материала, начинается процесс вращения M\boldsymbol MM к направлению H.\boldsymbol H.H. В достаточно большом поле образец достигнет магнитного насыщения и будет представлять собой один домен с M,\boldsymbol M,M, параллельным H.\boldsymbol H.H. При уменьшении напряжённости внешнего магнитного поля значение намагниченности будет уменьшаться за счёт зарождения и роста доменов с направлением M,\boldsymbol M,M, близким к противоположному по сравнению с приложенным магнитным полем (рис.  2).

Рис. 3. Предельная и частные петли гистерезиса по индукции.При нулевом внешнем магнитном поле из-за преодоления энергетических барьеров при движении доменной стенки возникает отставание изменения намагниченности от уменьшения поля (явление гистерезиса). Величина намагниченности (магнитной индукции) в нулевом поле носит название остаточной намагниченности MrM_rMr​ (остаточной магнитной индукции Br).B_r).Br​). Её величина зависит в основном от наличия в магнетике магнитной текстуры, т. е. преимущественного направления осей лёгкого намагничивания вдоль силовых линий внешнего магнитного поля. Увеличение напряжённости поля, приложенного противоположно намагничивающему полю (отрицательного поля) приводит к уменьшению намагниченности. Магнитное поле, в котором намагниченность равна нулю, называют полем коэрцитивной силы Hc.H_c.Hc​. Последующее увеличение внешнего поля приводит к намагничиванию материала в противоположном (отрицательном) направлении до насыщения. При уменьшении отрицательного поля и приложении внешнего поля в положительном направлении до достижения состояния магнитного насыщения в этом направлении зависимость намагниченности от внешнего магнитного поля представляет собой замкнутую, как правило симметричную, петлю (т.  н. петлю гистерезиса). Если при измерении петли гистерезиса ферромагнетика намагниченность не достигает насыщения, то петли гистерезиса будут внутренними, или частными (рис. 3).

Площадь петли гистерезиса характеризует энергетические затраты на процесс перемагничивания и зависит от физических свойств ферромагнетика и его металлографической структуры. Магнитомягкие материалы имеют узкую петлю гистерезиса, а магнитотвёрдые материалы – широкую. Коэрцитивная сила определяет ширину петли гистерезиса и, как следствие этого, область применения материала в технике. В зависимости от того, в каких координатах проводится измерение (намагниченность или магнитная индукция), различают коэрцитивную силу по намагниченности МHc_МH_cМ​Hc​ и по индукции BHc._BH_c.B​Hc​. Коэрцитивная сила является структурно чувствительным параметром, т. е. зависит от металлографической структуры (морфологии фаз, количества и свойств дефектов кристаллической структуры).

Механизмы, определяющие величину коэрцитивной силы, или механизмы гистерезиса следующие:

• эффективность закрепления и, соответственно, трудность отрыва доменной стенки от места закрепления. Местом закрепления может быть градиент внутренних напряжений в материале или наличие в нём другой фазы. Закрепление доменной стенки будет наиболее эффективно в случае, когда ширина области градиента или диаметр другой фазы сравнимы по размеру;

• трудность образования в материале зародыша – области с направлением намагниченности, противоположным по отношению к направлению намагниченности во всём материале, или трудность роста такого зародыша. Как правило, образование зародыша происходит в месте дефекта кристаллической структуры;

• трудность вращения вектора намагниченности в ферромагнетике, когда в нём по энергетическим причинам не может образоваться доменная стенка. Такой механизм реализуется в наноразмерных частицах, например, для железа критический размер однодоменности составляет 10–15 нм.

Технология производства магнитомягких материалов направлена на максимальное уменьшение ширины петли магнитного гистерезиса. Для сплавов типа пермаллой регулировкой химического состава добиваются минимизации констант магнитной кристаллической анизотропии и констант магнитострикции. Фактором, способствующим уменьшению магнитного гистерезиса, является исключение возникновения в материале внутренних напряжений, которые приводят к росту коэрцитивной силы и увеличению магнитного гистерезиса. Коэрцитивная сила магнитомягких материалов составляет от 0,8 до 8 А/м (от 0,01 до 0,1 Э).

Рис. 4. Петли гистерезиса по намагниченности и по индукции.Технология производства магнитотвёрдых материалов направлена на максимальное уширение петли магнитного гистерезиса. Для этих материалов свойственна существенная разница магнитного гистерезиса, измеренного по намагниченности и по индукции (рис. 4).

В отличие от магнитомягких материалов, в магнитотвёрдых сплавах для получения широкой петли магнитного гистерезиса используются все три механизма гистерезиса. В сплавах систем Fe-Co-Ni-Al-Ti\text{Fe-Co-Ni-Al-Ti}Fe-Co-Ni-Al-Ti используют спинодальный распад пересыщенного твёрдого раствора для получения однодоменных удлинённых частиц. Сплавы на основе соединений редкоземельных металлов (РЗМ) с 3d-металлами (типа SmCo5\text{SmCo}_5SmCo5​, Nd2Fe14B)\text{Nd}_2\text{Fe}_{14}\text{B})Nd2​Fe14​B) измельчают, текстурируют в магнитном поле и спекают для реализации второго механизма гистерезиса. В сплавах системы Sm-Co-Fe-Cu-Zr\text{Sm-Co-Fe-Cu-Zr}Sm-Co-Fe-Cu-Zr используется механизм гистерезиса, связанный с закреплением доменной стенки на включениях фазы SmCo5.\text{SmCo}_5.SmCo5​. Значения BHc_BH_cB​Hc​ в этих материалах находятся в интервале 700–1400 Э (55–1200 кА/м), а MHс_MH_сM​Hс​ в материалах на основе соединений РЗМ достигают 4·10⁴ Э (3200 кА/м).

Рис. 5. Петли гистерезиса удельной намагниченности для магнитотвёрдого материала.На механизм гистерезиса кроме указанных факторов могут влиять особенности магнитного поведения конкретного материала. В магнитомягких материалах на основе Fe-Co-Ni \text{Fe-Co-Ni}Fe-Co-Ni (Fe\text{(Fe}(Fe-24,3; Co\text{Co}Co-26,0; Ni\text{Ni}Ni-49,7 весовых %) наблюдается независимость магнитной проницаемости от величины напряжённости магнитного поля (в полях до 1–2 Э), вследствие чего петля гистерезиса приобретает характерную «перетянутую» форму с малым значением остаточной индукции и коэрцитивной силы. В магнитотвёрдом материале Nd2Fe14B\text{Nd}_2\text{Fe}_{14}\text{B}Nd2​Fe14​B при 130 К наблюдается спин-переориентационный фазовый переход, который также приводит к изменению петли гистерезиса. За счёт спин-переориентационного перехода в этом соединении при температурах ниже 130 К изменяются знаки констант магнитной кристаллической анизотропии, и происходит переход от оси лёгкого намагничивания к конусу осей лёгкого намагничивания, что приводит к уменьшению остаточной намагниченности и «прогибу» петли гистерезиса (рис. 5).

Гистерезисное поведение могут показывать и другие магнитные характеристики, например магнитострикция и магнитная восприимчивость.

Лилеев Алексей Сергеевич

Дата публикации:  10 января 2023 г. в 23:57 (GMT+3)

7 важных фактов, которые вы должны знать

Содержание:

• Введение
• Магнитный гистерезис
• Определение петли гистерезиса
• Гистерезис Значение
• Простая петля гистерезиса
• Петля гистерезиса с разными параметрами
• Объяснение кривой гистерезиса
• Проницаемость свободного пространства
• Интенсивность намагничивания
• Что такое магнитная интенсивность?
• Что такое магнитная восприимчивость?
• Связь между B и H
• Сохраняемость и коэрцитивность в петле гистерезиса
• Остаточный магнетизм
• Коэрцитивная сила

Петля гистерезиса

Определение петли гистерезиса

Магнитный гистерезис — обычное явление, если магнитный материал намагничен и завершает один полный цикл намагничивания. Когда плотность магнитного потока или плотность намагничивания (B) наносится на график зависимости от магнитной напряженности намагничивающего поля (H) для одного полного цикла намагничивания и размагничивания, то полученная в результате петля называется петлей гистерезиса. Кривая петли гистерезиса может быть разной по форме и размеру в зависимости от природы материала.

Гистерезис Значение

Это произошло от греческого слова «Hysterein», от слова «гистерезис», что означает отставание.

Кривая гистерезисаПетля гистерезиса, изображающая один полный цикл намагничивания и размагничивания

Петля гистерезиса с разными параметрамиПетля гистерезиса с разными параметрами
Изображение Фото: Craxd1, Кривая и петля BH, CC BY-SA 3.0

Объяснение кривой гистерезиса

• Когда интенсивность намагничивающего поля (H) увеличивается, плотность магнитного потока материала (B) также увеличивается, поскольку все больше и больше доменов выравниваются в направлении внешнего магнитного поля. Эта часть показана на приведенном выше рисунке, поскольку мы можем наблюдать от начальной точки до точки «а».
• Когда все домены выровнены из-за возрастающего внешнего поля, материал становится магнитно-насыщенным, то есть возникает явление насыщения. Помимо этого, если магнитная напряженность (H) увеличивается, плотность магнитного потока (B) не изменяется, она остается такой же, как мы можем заметить на рисунке, что после достижения точки «a», B становится постоянной.
• Теперь, если магнитная напряженность (H) уменьшается, плотность магнитного потока (B) также уменьшается, но она отстает от магнитной напряженности (H). Следовательно, мы можем заметить на рисунке, что когда магнитная напряженность (H) становится равной нулю в точке «b», плотность магнитного потока (B) не уменьшается до нуля. Значение плотности магнитного потока (B) сохраняется в материале, когда магнитная напряженность (H) равна «0», что считается «удерживающей способностью».
• Кроме того, если направление внешнего магнитного поля меняется на противоположное и величина напряженности магнитного поля (H) увеличивается, материал начинает размагничиваться. При наблюдении в точке «c» плотность магнитного потока (B) оказывается равной «0». Это значение напряженности магнитного поля (H), которое необходимо для уменьшения плотности магнитного потока (B) до нуля, называется «коэрцитивностью».
• Теперь, когда намагничивающее поле, приложенное в обратном направлении, увеличивается дальше, материал снова становится насыщенным, но в противоположном направлении, как показано на диаграмме в точке «d».
• Когда это обратное намагничивающее поле уменьшается, плотность магнитного потока (B) снова отстает от магнитной напряженности (H), и в точке «e» магнитная напряженность (H) становится равной нулю, но плотность магнитного потока (B) не уменьшается до нуля. .
• Опять же, когда текущее направление магнитного поля меняется на противоположное и напряженность магнитного поля (H) снова увеличивается от нуля, цикл повторяется.

Область, ограниченная петлей, представляет собой потерю энергии во время полного цикла намагничивания и размагничивания.

Проницаемость свободного пространства

Проницаемость свободного пространства, μ_o, является постоянным параметром, представленным точным значением 4π x 10^-7 Н / м используется для воздуха. Эта постоянная μo появляется в уравнениях Максвелла, которые описывают и связывают электрические и магнитные поля, а также свойства электромагнитный излучение, т. е. помогает связать и определить такие величины, как проницаемость, плотность намагниченности, напряженность магнитного поля и т. д.

Магнитный гистерезис подробно обсуждался в этой статье. но в дополнение к этому, нам нужно прояснить некоторые концепции, связанные с намагничиванием, такие как проницаемость, удерживающая способность в свободном пространстве и в другой среде.

Интенсивность намагничивания

Магнитный материал в магнитном поле создает индуцированный дипольный момент в этом материале, и этот момент на единицу объема распознается как интенсивность намагничивания (I) или плотность намагничивания.

  = 

где   — суммарный индуцированный дипольный момент. Его единица измерения — Am^-1

Что такое магнитная интенсивность?

Чтобы намагнитить магнитный материал, необходимо приложить магнитное поле. Отношение этого намагничивающего поля к проницаемости свободного пространства известно как напряженность магнитного поля H.

  = 

где , внешнее магнитное поле также называют плотностью магнитного потока.

Единица магнитной напряженности — Ам.^-1 такая же, как у интенсивности намагничивания.

Что такое магнитная восприимчивость?

Отношение величины интенсивности намагничивания к величине магнитной напряженности известно как магнитная восприимчивость (). Магнитную восприимчивость можно объяснить как степень легкости, с которой магнитный материал может быть намагничен. Следовательно, материал с более высоким значением магнитной восприимчивости будет легче намагничиваться по сравнению с другими материалами, имеющими меньшее значение магнитной восприимчивости.

  =   где символы имеют свое обычное значение.

Магнитная восприимчивость — это скалярная величина, не имеющая измерения, следовательно, без единицы измерения.

Что такое магнитная проницаемость?

Магнитная проницаемость — это отношение значения чистого магнитного поля внутри материала к значению магнитной напряженности. Здесь чистое магнитное поле внутри материала является векторным сложением приложенного магнитного поля и магнитного поля для намагничивания этого вещества. Магнитную проницаемость можно просто объяснить как меру степени, в которой намагничивающее поле может проникать (проникать) в данный магнитный материал.

 =  

Магнитная проницаемость — это скалярная величина, единица измерения —   

Другой термин, связанный с магнитной проницаемостью, — это относительная проницаемость, которую можно определить как отношение проницаемости среды к проницаемости свободного пространства.

Связь между B и H

Общее магнитное поле B, также называемое плотностью потока, представляет собой сумму силовых линий магнитного поля, созданных внутри заданной области. Обозначается символом B.

В качестве магнитной напряженности H, которая прямо пропорциональна внешнему магнитному полю, следовательно, можно утверждать, что напряженность магнитного поля или напряженность магнитного поля H может быть увеличена путем увеличения либо величины тока, либо количества витков катушки, в которой материал сохраняется.

Мы знаем, что B = μH или B = H

μ_r не имеет постоянного значения, а зависит от напряженности поля, поэтому для магнитных материалов отношение плотности потока или общего магнитного поля к напряженности магнитного поля или напряженности магнитного поля известно B / H.

Следовательно, мы получаем нелинейную кривую, когда строим график магнитного потока (B) и магнитной интенсивности (H) по оси X и оси Y соответственно. Но для катушек без материала внутри, то есть магнитный поток не индуцируется внутри какого-либо материала, а индуцируется в вакууме или в случае сердечника из немагнитного материала, такого как дерево, пластик и т. Д.

Кривая BH для разных материалов из 9 ферромагнитных материалов, показывающих насыщение. 1. Листовая сталь, 2. Кремниевая сталь, 3. Литая сталь, 4. Вольфрамовая сталь, 5. Магнитная сталь, 6. Чугун, 7. Никель, 8. Кобальт, 9. Магнетит, Изображение предоставлено — Charles Proteus Steinmetz, Кривые намагничивания, помечено как общественное достояние, подробнее на Wikimedia Commons

Мы можем наблюдать, что плотность магнитного потока для вышеуказанных материалов, то есть железа и стали, становится постоянной с увеличением величины напряженности магнитного поля, и это известно как насыщение, поскольку плотность магнитного потока насыщается для более высоких значений магнитной напряженности. Когда магнитная напряженность мала и, следовательно, приложенная сила магнетизма мала, выравниваются только несколько атомов в материале. С увеличением магнитной напряженности остальные также легко выравниваются.

Однако с увеличением H, поскольку все больший и больший поток скапливается в одной и той же площади поперечного сечения ферромагнитного материала, очень мало атомов доступно внутри этого материала для выравнивания; поэтому, если мы увеличиваем H, магнитный поток (B) больше не увеличивается и, следовательно, становится насыщенным. Как упоминалось ранее, явление насыщения ограничено электромагнитами с железным сердечником.

Сохраняемость и коэрцитивность в петле гистерезиса

Сохраняемость

Удерживающая способность материала — это мера величины магнитного поля, остающегося в материале, когда внешнее намагничивающее поле удалено. Его также можно определить как способность материала сохранять часть своего магнетизма даже после того, как процесс намагничивания был остановлен. Стабильно зависит от характеристик материалов.

После намагничивания магнитного материала некоторые электроны в атомах остаются выровненными в направлении первоначального направления намагничивающего поля и ведут себя как крошечные магниты со своими собственными дипольными моментами и не возвращаются к полностью случайной структуре, как остальные из них. Из-за этого в материалах остается некоторое магнитное поле или общий магнетизм. Ферромагнитные материалы обладают сравнительно высокой удерживающей способностью по сравнению с другими намагничивающими материалами, что делает их идеальными для создания постоянных магнитов.

Остаточный магнетизм

Остаточный магнетизм — это величина плотности магнитного потока, которая может удерживаться магнитным материалом, и способность удерживать ее известна как удерживающая способность материала.

Коэрцитивная сила

Коэрцитивная сила может быть определена как величина силы намагничивания, необходимая для устранения остаточного магнетизма, удерживаемого материалом.

В следующих разделах мы обсудим типы магнитов, постоянных магнитов и электромагнитов в зависимости от свойств и природы материалов.

Дополнительные статьи по электронике нажмите здесь.

Гистерезис в магнитных материалах

Гистерезис в магнитных материалах

Когда ферромагнитный материал намагничивается в одном направлении, он не будет возвращаться к нулевой намагниченности при удалении наложенного намагничивающего поля. Оно должно быть возвращено к нулю полем в противоположном направлении. Если к материалу приложить переменное магнитное поле, его намагниченность будет описывать петлю, называемую петлей гистерезиса. Отсутствие прослеживаемости кривой намагничивания является свойством, называемым гистерезисом, и связано оно с наличием в материале магнитных доменов. Как только магнитные домены переориентируются, требуется некоторая энергия, чтобы повернуть их обратно. Это свойство ферромагнитных материалов используется как магнитная «память». Некоторые композиции ферромагнитных материалов будут сохранять наведенную намагниченность на неопределенный срок и могут использоваться в качестве «постоянных магнитов». Аспекты магнитной памяти оксидов железа и хрома делают их полезными при записи аудиокассет и для магнитного хранения данных на компьютерных дисках.

Индекс

Гиперфизика***** Конденсированное вещество ***** Электричество и магнетизм R Неф

Назад

Обычно намагниченность M образца изображают как функцию напряженности магнитного поля H, поскольку H является мерой приложенного извне поля, которое управляет намагничиванием. Дальнейшее обсуждение концепции Гистерезис в магнитной записи Изменения кривых гистерезиса Коэрцитивность и остаточная намагниченность	Индекс Ссылка Молодой Секунда 29-8
Гиперфизика***** Конденсированное вещество ***** Электричество и магнетизм R Ступица	Назад

Из-за гистерезиса входной сигнал на уровне, указанном пунктирной линией мог дать намагничивание в любом месте между C и D, в зависимости от непосредственной предыдущей истории ленты (т. е. сигнала, который ему предшествовал). Эта явно неприемлемая ситуация исправляется с помощью сигнала смещения, который вращает зерна оксида вокруг своей петли гистерезиса так быстро, что намагниченность в среднем становится равной нулю, когда сигнал не подается. Результат сигнала смещения подобен магнитному вихрю, который оседает до нуля, если на него не накладывается сигнал. Если есть сигнал, он смещает сигнал смещения, так что остается остаток намагниченность пропорционально смещение сигнала. Магнитная запись

Индекс

Гиперфизика***** Конденсированное вещество ***** Электричество и магнетизм R Неф

Назад

Существуют значительные различия в гистерезисе различных магнитных материалов. Кривая слева вверху представляет материалы, которые иногда называют магнитно-твердыми. Сюда входят различные стальные сплавы и специальные сплавы, такие как Alnico. При намагничивании, близком к насыщению, такие материалы могут сохранять магнитное поле до B = 1 Тл, что соответствует внутренней намагниченности M = B/μ 0 , равной примерно 800 000 А/м. Кривая справа представляет магнитомягкие материалы, такие как мягкое железо, которые используются для сердечников трансформаторов и двигателей. Они сводят к минимуму потери энергии и нагрев, связанные с периодическим изменением направления магнитного поля в электрических устройствах переменного тока.

Index Reference Young Sec 29-8 Hysteresis wiki

HyperPhysics***** Condensed Matter ***** Electricity and Magnetism R Nave

Назад

Объяснение петли гистерезиса — База знаний Ideal Magnet Solutions

Гистерезис означает отставание

Гистерезис основан на греческом слове, означающем отставание. Итак, магнитный гистерезис — это то, как магнитные свойства материала отстают от силы, создающей эти свойства. Кривая гистерезиса многое говорит нам о реакции материала на магнитное поле, поэтому, если мы знаем, как ее интерпретировать, мы многое узнаем и поймем о реакции материала на магнитное воздействие.

Мы наносим гистерезис материала на график, известный как петля гистерезиса. Другой способ выразить это — сказать, что петля гистерезиса показывает взаимосвязь между внешней силой намагничивания и плотностью наведенного магнитного потока.

Что такое кривая BH?

График гистерезиса известен как кривая B-H, где B (плотность потока материала, измеренная в теслах или мегагауссах) отложена по вертикальной оси, а H (внешняя приложенная намагничивающая сила, измеренная в амперах на метр) откладывается по горизонтальной оси. Мы также можем изучить ряд других магнитных концепций и принципов, просто подробно изучив петлю гистерезиса.

Кривая B-H магнитного материала. Следуя буквам от a до g, мы получаем важные магнитные данные о материале, которые помогают нам понять магнитные свойства материала.

Плотность магнитного потока (B) магнитного материала будет увеличиваться — от точки a в начале координат — в присутствии приложенного магнитного поля (H) до тех пор, пока не достигнет максимума, при котором она больше не будет реагировать на увеличение магнитного поля. поле в точке b . Это пункт Положительное насыщение , где любое дальнейшее увеличение внешнего магнитного поля не приведет к дальнейшему увеличению плотности потока материала.

Обнаружение остаточной намагниченности и коэрцитивности в петле гистерезиса

Следующее, что мы делаем, это возвращаемся налево по горизонтальной оси к началу координат. Мы обнаруживаем, что материал высвобождает часть своего магнетизма, и там, где приложенное поле снова достигает нуля (точка c на кривой B-H), материал обнаруживает свою остаточную магнитную силу, которая называется остаточной магнитной силой (также известной как сохраняемость).

Что такое остаточная намагниченность?

Остаточное магнитное поле — это оставшееся магнитное поле, обнаруженное в материале после того, как приложенное магнитное поле уменьшится до нуля. Основываясь на необработанном значении остаточной намагниченности и форме кривой, которую мы строим с помощью приложенного магнитного поля, мы можем определить, является ли исследуемый образец магнитно-твердым или магнитомягким материалом.

Теперь, когда мы обращаем приложенное магнитное поле (H) и двигаем его влево, мы видим, что значение B (плотность потока материала) уменьшается до нуля. Сейчас мы находимся в точке d на кривой B-H.

Что такое принудительная сила?

Количество (H), необходимое для перемещения (B) до нулевой линии, дает нам значение коэрцитивной силы материала. Коэрцитивная сила, также известная как коэрцитивная сила, представляет собой сопротивление материала изменениям намагниченности. Магнитомягкие материалы, как правило, имеют низкую коэрцитивную силу, а магнитотвердые материалы имеют высокую коэрцитивную силу. Независимо от магнитной твердости или мягкости материала точка d определяет момент, когда они потеряли свою магнитную силу.

Форма кривой B-H в магнитомягких и твердых материалах

Магнитомягкие материалы имеют тонкую кривую гистерезиса, поэтому они широко используются в приложениях, требующих частого переключения полярности, например, в трансформаторах и обмотки двигателя. Как видно ниже, магнитомягкие материалы имеют низкую остаточную намагниченность и уже потеряли большую часть своего магнитного поля к тому времени, когда они пересекают нулевую линию. Они также имеют крутой отрицательный наклон размагничивания на нулевой линии.

Магнитомягкие материалы — с их низкой коэрцитивной силой — могут часто менять полярность и иметь относительно небольшие электрические потери. Ширина петли гистерезиса многое говорит нам о потерях. Чем уже кривая, тем меньше потери.

Магнитотвердые материалы имеют очень широкую кривую гистерезиса, что делает их практичными в приложениях, где они воздействуют своим магнитным полем на магнитомягкие материалы. Как видно на рисунке ниже, магнитотвердые материалы обладают высокой остаточной намагниченностью и теряют лишь небольшой процент своего магнитного поля к тому времени, когда они пересекают нулевую линию. Их наклон размагничивания на нулевой линии очень пологий и не круче, пока не уходит далеко влево от нулевой линии. Если бы магнитотвердые материалы часто меняли полярность, потери на гистерезис были бы огромными, поэтому они не используются таким образом.

Отрицательное Насыщение

Отталкиваясь влево по оси B, продолжаем наращивать магнитное поле в обратном направлении до достижения точки e — точки Отрицательного Насыщения. Эта точка точно такая же, как точка b , но в противоположном направлении. Жесткий или мягкий магнитный материал в нашем исследовании теперь намагничен в направлении, противоположном его намагничиванию, в точке b .

Если мы вернемся к точка b от точка e , мы просто повторим то же самое, что и изначально, но в противоположном направлении.