С.Г. Калашников - Электричество (1115533), страница 51
Текст из файла (страница 51)
Мы отметили индексом т1 у В то обстоятельство, что в закон индукции в действительности вхо- дит составляющая магнитной индукции, нормальная к плоско- сти витков, т.е. проекция магнитной индукции на направление магнитного поля. Работа йи, необходимая для увеличения ин- дукции на 1(В в единице объема магнетика, равна п1в = (Н 1(В). (111.1) Так как работа намагничивания зависит лишь от процессов внутри магнетика, то выражение (111.1) будет справедливым, очевидно, для магнетика любой формы. Полная работа намагничивания (па единицу объема) есть и = ) (НпВ). (111.1а) Полученное общее выражение справедливо при любой зави- симости В от Н. В случае линейной связи В = рдвН эта фор- мула переходит в формулу (97.1).
При нелинейной зависимости 244 гл х~ магнетики 0 В(Н), но однозначной (нет гистерезиса) вся работа намагничивания идет на увеличение энергии магнитного поля и поэтому формулы (111.1) и (111.1а) дав ют также объемную плотность энергии магнитного поля в ма А 1 петике. При наличии гистерезиса это уже не так. 3 Рассмотрим сначала маг- 1 1 нетик без гистерезиса, для которого прямая и обратная ветви кривой намагничивания совпадают (рис.
176) Элементарная работа, необходимая для бесконечно малого увеличения намагниченности, на этом графике выражается, соРис 77б Работа намагничиаании гласно (111.1), величиной пломагнетика без гистерезиса щади 12,Ц. Полная работа, за- трачиваемая при увеличении индукции от нуля до заданного значения Вы будет равна площади ОАВм ограниченной кривой намагничивания и отрезком оси ОВ~ (заштриховаиа) Эта работа затрачивается источником при намагничивании магнетика. При размагничивании магнетика в цепь источника возвращается энергия, запасенная в магнитном В б поле, в виде работы экстратока са- Вг моиндукции.
Она по-прежнему выражается величиной площади, ограниченной кривой намагничивания и Я отрезком ординаты ОВп Если гистерезис отсутствует, то обе ветви 1 кривой совпадают, и при размагничивании возвращается та же работа в, о которая была затрачена при намагничивании. Иначе будет для магнетика с гистерезисом В этом слУчае при Уве- Рис 177 Р бога при лличеиии индукции от значения В! ческом перемагничиваюппг продо некоторого другого значения Вг порциональна площади петли (рис.
177) потребуется работа, рав- гистерезиса ная плоц1ади, ограниченной ветвью кривой намагничивания 1, т.е площади В~а1бВ7, а при размагничивании до исходного состояния возвращаемая работа будет равна площади ВэбйаВы которая имеет меньшую величину. Поэтому при полном цикле перемагничивания в каждую единицу 245 МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ФЕРРИТЫ 1 112 объема магнетика вводится энергия и=Я, (111.2) где Я вЂ” площадь петли гистерезиса Эта энергия расходуется на совершение работы против коэрцитивных сил в магнетике и в конечном счете превращается в тепло.
Поэтому ферромагнетики при циклическом перемагничивании нагреваются, и тем больше, чем сильнее выражен гистерезис, Тепло гистерезиса всегда учитывают при расчете различных электрических устройств переменного тока, содержащих ферромагнетики, подвергающиеся периодическому перемагничиванию.
Таковы, например, железные сердечники трансформаторов Я 133) и вращающиеся железные якори генераторов постоянного тока. Наличие гистерезиса в них приводит к бесполезной затрате части энергии на тепло гистерезиса и снижает коэффициент полезного действия установок. Поэтому для подобных устройств применяют специальные сорта мягкого железа (трансформаторное железо), в которых гистерезис выражен слабо. $ 112, Магнитные материалы.
Ферриты В современной электротехнике ферромагнетики играют выдающуюся роль. Используя ферромагнетики, мы заставляем элементарные токи принимать участие в образовании магнитного поля и, можно сказать, «бесплатно» увеличиваем магнитное поле в тысячи раз по сравнению с полем одних намагничивающих катушек. В зависимости от назначения ферромагнетиков к ним предьявляют различные требования.
Так, например, для нх применения в трансформаторах важнейшими требованиями являются высокая магнитная проницаемость и слабый гистерезис («магнитно-мягкие» материалы). Для изготовления же постоянных магнитов наиболее важны остаточное намагничивание и большая коэрцитивная сила. В качестве ферромагнитных материалов в настоящее время широко применяют железо и его сплавы с другими элементами. Подбирая состав сплавов и варьируя их обработку, оказывается возможным получить различные ферромагнитные матеРиалы, отличающиеся чрезвычайным разнообразием магнитных свойств. В таблицах 7 и 8 приведены магнитные характеристики некоторых веществ, применяемых в современной технике Приведенные данные показывают, что в изготовлении магнитных материалов достигнуты выдающиеся успехи. Некоторые сплавы (алнико, магнико) отличаются весьма высокими значениями коэрцитивной силы и остаточной индукции и поэтому по- 246 МАГНЕТИКИ ГЛ.
Х1 зволяют изготовлять исключительные по качеству постоянные магниты, широко применяемые в настоящее время в магнитоэлектрических измерительных приборах и других устройствах, в которых требуется сильное постоянное магнитное поле. Исследование магнитных сплавов и химических соединений открыло новые технические возможности применения магнитных материалов. Так, например, было обнаружено, что некоторые сплавы из неферромагнитных элементов при определенном соотношении между компонентами обладают сильным ферромагнетизмом. Таковы сплавы марганец — висмут, марганец-сурьма, хром-теллур и др. Таблица 7 Таблица 8 Второе важное достижение заключается в получении ферритов 1ср. 6 119).
Они представляют собой ферромагнитные химические соединения типа МеО ГеэОЕ, где Ме -- один из (или смесь) двухвэлентных катионов Мп, Со, %, Сп, Мя, Еп, Сд, ге. 1 ыз млгнитныв злгяды «огмлльнАя т вогия млгнвтизлы 247 В отличие от железа и других ферромагнитных металлов ферриты являются магнитными полупроводниками Я 151) и имеют большое удельное электрическое сопротивление порядка 10 2 — 10» Ом см. Этим и обусловлено большое техническое значение ферритов. Ферромагнитные металлы нельзя использовать в радиотехнике высоких частот вследствие их большой электропроводности и возникающих отсюда больших потерь па вихревые токи (см.
э 132). Ферриты же лишены указанного недостатка и позволяют по-новому решать ряд задач радиотехники. й 113. Магнитные заряды. Формальная теория магнетизма На ранней стадии исследований магнетизма предполагали, что причины магнитного взаимодействия токов между собой и причины взаимодействия магнитов различны. Взаимодействие магнитов объясняли существованием в них магнитных зарядов и считали, что в природе существу ют два вида «магнитных зарядов», причем одноименные магнитные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются. Заряды, сосредоточенные в том конце магнитной стрелки, которая указывает на север, назвали северными, находящиеся на другом конце магнитной стрелки— южными. Однако сразу же после открытия магнитного взаимодействия токов Ампер высказал предположение, что причина взаимодействия магнитов — та же, что и причина взаимодействия проводников с током, и что внутри магнитов имеются мельчайшие замкнутые электрические токи 1молекулярные токи Ампера).
Дальнейшие исследования магнетизма подтвердили правильность гипотезы Ампера и показали, что в природе нет «магнитных зарядов». В соответствии с этим мы и начали изучение магнитных явлений с исследования магнитного поля токов. Теория магнетизма, основанная на представлениях о магнитных зарядах и использующая чисто внешнее, формальное сходство взаимодействия магнитов с взаимодействием воображаемых магнитных зарядов, может быть названа формальной теорией магнетизма.
Пользуясь приемом, описанным в э 80, легко получить картины линий поля, создаваемого постоянными магнитами. Пример такой картины приведен на рис. 1?8. Подобные опыты показывают, что линии поля входят и выходят из магнитов преимущественно вблизи их концов. Это обстоятельство привело к представлению о существовании в магнитах двух полюсов, северного и южного, вокруг которых распределяются магнитные заряды. Чем больше отношение длины магнита к его диаметру, тем в меньшей части магнита сосредоточены его магнитные заряды. 248 ГЛ Х1 магнетики Поэтому для очень длинных и тонких магнитов можно приближенно говорить о точечных «магнитных зарядах», расположенных на концах магнита. Взаимодействие полюсов длинных и тонких магнитов было исследовано на опыте Кулоном, который пришел к заключению, что магнитные заряды взаимодействуют по тому же закону, что Рис 178 Линии поля прямого магнита и электрические заряды: сила взаимодействия двух точечных «магнитных зарядов» направлена вдоль линии, соединяющей заряды, и обратно пропорциональна квадрату расстояния между зарядами.
(113.1) Здесь нт1 и нтз — величины обоих «магнитных зарядов» или количества магнетизма, а 1 — коэффициент пропорциональности. Напряженность магнитного поля Н определяется, аналогично напряженности электрического поля в электростатике, соотношением й = тН, (113.2) где я' — сила, действующая на «магнитный заряд» т Так как нельзя отделить друг от друга магнитные заряды противоположных знаков, то намагничивание вещества в формальной теории объясняют тем, что атомы и молекулы по своим магнитным свойствам подобны элементарным магнитным диполям, т.е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
