Циклическое перемагничивание. Петля гистерезиса.

Ферромагнитные материалы – это вещества, обладающие большой магнитной проницаемостью. Например, железо, никель, кобальт и их сплавы.

Главное свойство: ферромагнитные материалы усиливают магнитное поле, когда оказываются в нём.

Ферромагнитные материалы имеют области самопроизвольной намагниченности (домены). Векторы намагниченности доменов направлены в разные самопроизвольные стороны. Поэтому, при отсутствии внешнего магнитного полянамагниченность ферромагнитных материалов никак не проявляется.

Если ферромагнитный материал поместить в магнитное поле, то векторы намагниченности доменов будут все ориентированы по направлению внешнего магнитного поля.

Таким образом, индукция результирующего магнитного поля будет определяться как индукцией внешнего магнитного поля, так и индукцией отдельных доменов. Результирующее значение индукции будет превышать её начальное значение. Суммарное магнитное поле значительно превысит внешнее.

Если через катушку с ферромагнитным сердечником пропускать ток, который меняет свое направление на противоположное, то сердечник будет перемагничиваться. То есть ферромагнитный материал помещён в изменяющееся внешнее магнитное поле.

Петля гистерезиса - перемагничивание

(0-а) – при увеличении тока магнитная индукция нарастает до насыщения. Все домены ориентированы согласно внешнему магнитному полю. Это основная кривая намагничивания.

(а-b) – при уменьшении тока магнитная индукция уменьшается. Но не по той же кривой (а-0), а с большими значениями напряженности В при той же индукции Н, так как часть доменов сохраняет своё направление (существует инерция переориентации доменов). При нулевой напряженности (ток равен нулю) Н=0 существует остаточная индукция В_r (точка b).

(b-с) – при увеличении тока в отрицательном (противоположном) направлении магнитное поле катушки компенсирует магнитное поле оставшихся с прежней ориентацией доменов сердечника. В точке (с) происходит уменьшение до нуля результирующей магнитной индукции. При В=0 поле катушки компенсирует полностью магнитное поле оставшихся с прежней ориентацией доменов Н=Н_с – это коэрцитивная сила.

(с-d) – дальнейшее увеличении обратного тока вызывает перемагничивание сердечника. То есть происходит переориентирование векторов намагниченности доменов сердечника на 180 ⁰согласно изменению направления векторов намагниченности поля катушки. В точке (d) все домены переориентированы, происходит насыщение.

(d-e) – ток уменьшается до нуля. В точке (е) при нулевой напряжённости существует остаточная индукция со знаком «минус».

(е-а) – увеличение тока в положительном направлении вызывает намагничивание сердечника до исходного состояния в точке (а). Далее процесс повторяется.

В зависимости от вида петли гистерезиса ферромагнитные материалы делят на магнитотвёрдые и магнитомягкие.

Магнитомягкие материалы обладают круто поднимающейся основной кривой намагничивания и относительно малыми площадями гистерезисных петель. Легко намагничиваются и легко размагничиваются.

Магнитотвёрдые материалы обладают пологой основной кривой намагничивания и большой площадью петли гистерезиса. Намагничиваются с трудом и долго держат намагниченность.

Площадь внутри петли гистерезиса пропорциональна затратам энергии и выделяемой теплоте при одном цикле перемагничивания. Для каждого ферромагнитного материала своя.

Формы кривых гистерезиса для различных ферромагнитных материалов магнитомягкие и магнитотвёрдые