鐵磁材料的性質及其在技術上的應用

在通電的電線周圍,即使在真空中,也有 磁場......如果將一種物質引入該場,那麼磁場就會發生變化,因為磁場中的任何物質都會被磁化,也就是說,它會獲得或大或小的磁矩,定義為與以下元素相關的基本磁矩之和構成該物質的部分。

這種現象的本質在於,許多物質的分子都有自己的磁矩,因為電荷在分子內部移動,形成基本的環流,因此伴隨著磁場。如果物質沒有外加磁場,其分子的磁矩在空間中是隨機取向的,這樣的樣品的總磁場(以及分子的總磁矩)將為零。

如果將樣品引入外磁場中,則其分子的基本磁矩的取向將在外場的影響下獲得優先方向。結果,物質的總磁矩將不再為零,因為新條件下單個分子的磁場不會相互補償。因此,該物質產生磁場 B。

如果物質的分子最初沒有磁矩(存在這種物質),那麼當將這種樣品引入磁場時,會在其中感應出環電流,即分子獲得磁矩,這又是結果,導致總磁場 B 的出現。

磁化鐵磁和電流線圈

大多數已知物質在磁場中都是弱磁化的,但也有以強磁性為特徵的物質,它們被稱為 鐵磁體……鐵磁體的例子:鐵、鈷、鎳及其合金。

鐵磁體包括在低溫下具有自發(自發)磁化的固體,該磁化在外部磁場、機械變形或溫度變化的影響下顯著變化。這就是鋼和鐵、鎳和鈷以及合金的行為方式。它們的磁導率比真空高數千倍。

因此,在電氣工程中,為了傳導磁通量和轉換能量,傳統上使用 由鐵磁材料製成的磁芯.

鐵磁磁芯

在這些物質中,磁性取決於磁性基本載體的磁性—— 電子在原子內部移動……當然,電子在原子核周圍的軌道上運動會形成環流(磁偶極子)。但在這種情況下,電子也繞著它們的軸旋轉,產生自旋磁矩,這在鐵磁體的磁化中起著主要作用。

只有當物質處於結晶狀態時,才會表現出鐵磁特性。此外,這些特性高度依賴於溫度,因為熱運動會阻止基本磁矩的穩定取向。因此,對於每個鐵磁體,確定了磁化結構被破壞且物質變成順磁體的特定溫度(居里點)。例如,鐵為 900°C。

即使在弱磁場中,鐵磁體也能被磁化至飽和。此外,它們的磁導率取決於所施加的外部磁場的大小。

在磁化過程開始時 磁感應強度B 在鐵磁性中變得更強,這意味著 磁導率 很好。但是當發生飽和時,進一步增加外場的磁感應強度不再導致鐵磁體的磁場增加,因此樣品的磁導率下降,現在趨於1。

鐵磁體的一個重要特性是 …假設將鐵磁棒放置在線圈中,並通過增加線圈中的電流使其進入飽和狀態。然後關閉線圈中的電流,即去除線圈的磁場。

會注意到棒子並沒有退磁到開始時的狀態,它的磁場會更大,也就是會有殘餘感應。桿是這樣旋轉的 到永久磁鐵.

為了使這種桿背消磁,需要對其施加一個方向相反且感應等於剩餘感應的外部磁場。必須施加到磁化鐵磁體(永磁體)以使其退磁的磁場感應係數的值稱為 強制力.

磁化曲線(磁滯迴線)鐵磁體磁化過程中其感應滯後於外加磁場感應的現象稱為 磁滯 (看 - 什麼是遲滯).

不同鐵磁材料的磁化曲線(磁滯迴線)彼此不同。

一些材料具有寬磁滯迴線——這些材料具有高剩餘磁化強度,它們被稱為硬磁材料。硬磁材料用於製造永磁體。

相反,軟磁材料磁滯迴線窄,剩磁低,在弱磁場中容易被磁化。這些是用作變壓器磁芯、電機定子等的軟磁材料。

鐵磁體在當今的技術中發揮著非常重要的作用。軟磁材料(鐵氧體、電工鋼)用於電動機和發電機、變壓器和扼流圈,以及無線電工程。鐵氧體是由 電感鐵芯.

硬磁材料(鋇、鈷、鍶、釹鐵硼的鐵氧體)用於製造永磁體。永磁體廣泛用於電氣和聲學儀器、電動機和發電機、磁羅經等。

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