铁磁材料的性质及其在技术上的应用

在通电的电线周围,即使在真空中,也有 磁场......如果将一种物质引入该场,那么磁场就会发生变化,因为磁场中的任何物质都会被磁化,也就是说,它会获得或大或小的磁矩,定义为与以下元素相关的基本磁矩之和构成该物质的部分。

这种现象的本质在于,许多物质的分子都有自己的磁矩,因为电荷在分子内部移动,形成基本的环流,因此伴随着磁场。如果物质没有外加磁场,其分子的磁矩在空间中是随机取向的,这样的样品的总磁场(以及分子的总磁矩)将为零。

如果将样品引入外磁场中,则其分子的基本磁矩的取向将在外场的影响下获得优先方向。结果,物质的总磁矩将不再为零,因为新条件下单个分子的磁场不会相互补偿。因此,该物质产生磁场 B。

如果物质的分子最初没有磁矩(存在这种物质),那么当将这种样品引入磁场时,会在其中感应出环电流,即分子获得磁矩,这又是结果,导致总磁场 B 的出现。

磁化铁磁和电流线圈

大多数已知物质在磁场中都是弱磁化的,但也有以强磁性为特征的物质,它们被称为 铁磁体……铁磁体的例子:铁、钴、镍及其合金。

铁磁体包括在低温下具有自发(自发)磁化的固体,该磁化在外部磁场、机械变形或温度变化的影响下显着变化。这就是钢和铁、镍和钴以及合金的行为方式。它们的磁导率比真空高数千倍。

因此,在电气工程中,为了传导磁通量和转换能量,传统上使用 由铁磁材料制成的磁芯.

铁磁磁芯

在这些物质中,磁性取决于磁性基本载体的磁性—— 电子在原子内部移动……当然,电子在原子核周围的轨道上运动会形成环流(磁偶极子)。但在这种情况下,电子也绕着它们的轴旋转,产生自旋磁矩,这在铁磁体的磁化中起着主要作用。

只有当物质处于结晶状态时,才会表现出铁磁特性。此外,这些特性高度依赖于温度,因为热运动会阻止基本磁矩的稳定取向。因此,对于每个铁磁体,确定了磁化结构被破坏且物质变成顺磁体的特定温度(居里点)。例如,铁为 900°C。

即使在弱磁场中,铁磁体也可以磁化至饱和。此外,它们的磁导率取决于所施加的外部磁场的大小。

在磁化过程开始时 磁感应强度B 在铁磁性中变得更强,这意味着 磁导率 很好。但是当发生饱和时,进一步增加外场的磁感应强度不再导致铁磁体的磁场增加,因此样品的磁导率下降,现在趋于1。

铁磁体的一个重要特性是 …假设将铁磁棒放置在线圈中,并通过增加线圈中的电流使其进入饱和状态。然后关闭线圈中的电流,即去除线圈的磁场。

会注意到棒子并没有退磁到开始时的状态,它的磁场会更大,也就是会有残余感应。杆是这样旋转的 到永久磁铁.

为了使这种杆背消磁,需要对其施加一个方向相反且感应等于剩余感应的外部磁场。必须施加到磁化铁磁体(永磁体)以使其退磁的磁场感应系数的值称为 强制力.

磁化曲线(磁滞回线)铁磁体磁化过程中其感应滞后于外加磁场感应的现象称为 磁滞 (看 - 什么是迟滞).

不同铁磁材料的磁化曲线(磁滞回线)各不相同。

一些材料具有宽磁滞回线——这些材料具有高剩余磁化强度,它们被称为硬磁材料。硬磁材料用于制造永磁体。

相反,软磁材料磁滞回线窄,剩磁低,在弱磁场中容易被磁化。这些是用作变压器磁芯、电机定子等的软磁材料。

铁磁体在当今的技术中扮演着非常重要的角色。软磁材料(铁氧体、电工钢)用于电动机和发电机、变压器和扼流圈,以及无线电工程。铁氧体是由 电感铁芯.

硬磁材料(钡、钴、锶、钕铁硼的铁氧体)用于制造永磁体。永磁体广泛用于电气和声学仪器、电动机和发电机、磁罗经等。

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