Ферромагнетики и магнитное поле катушки с ферромагнитным сердечником

Всякое вещество под действием магнитного поля способно приобретать собственный магнитный момент, т.е. намагничиваться. Намагниченное вещество создает магнитное поле В, которое складывается с полем В_о, обусловленным током катушки. Результирующее поле В равно:

В=В₀+В' (8)

Выражение (8) справедливо, если рассматривать В как усредненное (макроскопическое) поле.

Степень намагниченности вещества в данной точке определяется величиной J - магнитным моментом единицы объема, т.е.

J= (9)

где р_т — магнитный момент отдельной молекулы, DV — элементарный объем в окрестности данной точки, а суммирование ведется по всем молекулам, находящимся в объеме DV.

Зная индукцию магнитного поля В и намагниченность вещества J, можно найти некую вспомогательную величину, ротор которой определяется одними макроскопическими токами. Эта величина называется напряженностью магнитного поля Н и определяется выражением:

H= (10)

Величина Н определяется соотношением (10) и является аналогом электрического смещения D. В теории магнетизма важным является то обстоятельство, что намагниченность J оказывается зависящей не от магнитной индукции, а от напряженности магнитного поля, т.е.

J=cH (11)

где c — магнитная восприимчивость. Во всех веществах, кроме ферромагнетиков, величина cне зависит от Н. В ферромагнетиках зависимость c(Н)носит достаточно сложный характер. На практике вместо магнитной восприимчивости cиспользуют относительную магнитную проницаемость m связанную с c соотношением:

m=1+c (12)

Рис.4. Рис.5.

Рис. 5. Петля гистерезиса наблюдаемая при перемагничивании ферромагнитного сердечника катушки токами противоположного направления.

Для ферромагнетиков с остаточной намагниченностью типичная зависимость J от Н приведена на рис. 4.

Аналогично зависит от Нвеличина магнитной индукции.

Если же осуществлять намагничение вещества сначала током одного направления, а затем — противоположного, ход кривой намагничения обнаруживает гистерезис (рис. 5).

Аналогичное явление наблюдается в ферромагнитном сердечнике катушки индуктивности, питаемой переменным током.

Теория показывает, что площадь петли гистерезиса пропорциональна величине потерь энергии на перемагничивание сердечника и вихревые токи, возникающие в сердечнике. Вихревые токи уменьшают, набирая сердечник из весьма тонких листов стали. Первое же слагаемое потерь зависит от подвижности магнитных доменов в стали и может быть снижено только улучшением кристаллической структуры электротехнической стали.