Краткие теоретические сведения. Магнитотвердые материалы применяют для изготовления постоянных магнитов

 

Магнитотвердые материалы применяют для изготовления постоянных магнитов. При этом используется магнитная энергия, возникающая между полю­сами магнита. Следовательно, магнитные цепи с постоянными магнитами долж­ны быть разомкнутыми, т. е. иметь полезный (рабочий) воздушный зазор. Поток в зазоре возникает после намагничивания материала при кратковременном поме­щении его в сильное магнитное поле.

Большое значение для материалов, применяемых в постоянных магнитах, имеет размагничивающий участок петли гистерезиса – ее часть, расположенная во втором квадранте (рис. 15.1).

На рис. 15.1 приведены кривые, характеризующие магнитные свойства магнитотвердых материалов. После снятия внешнего поля магнитные свойства материала характеризуются кривой размагничивания – участком гистерезисной петли, расположенным во втором квадранте. Положение рабочей точки А на этой кривой определяется конфигурацией магнитной цепи системы с постоянным магнитом. Индукцию В_А называют кажущейся остаточной индукцией или оста­точной индукцией в разомкнутой цепи.

Удельная магнитная энергия во внешнем пространстве

 

.

 

Рис. 15.1. Графики кривых, характеризующих магнитные свойства
магнитотвердых материалов

 

При изменении конфигурации магнитной цепи, например, величины воз­душного зазора, меняется положение рабочей точки на кривой размагничивания. Если цепь замкнута, то индукция будет наибольшей, равной остаточной индук­ции В_r материала. Но так как воздушный зазор, где может быть использована энергия магнита, при этом отсутствует (Н= 0), то W = 0. Второму предельному зна­чению, при котором энергия также равна нулю, соответствует Н = Н_c; B =0.

Из рис.15.1 видно, что точке D соответствует наибольшее значение удельной магнитной энергии W _max. Этот параметр является важнейшим при оцен­ке качества магнитотвердого материала.

В процессе эксплуатации магнита положение рабочей точки не остается по­стоянным. Изменение магнитного состояния происходит при этом по кривым возврата, представляющим собой частные петли гистерезиса, одна из вершин которых лежит на кривой размагничивания. Кривые возврата являются весьма узкими, поэтому их обычно заменяют прямыми возврата (прямые AE и DF на рис.15.1). Ход прямой возврата оценивается коэффициентов возврата

 

, (15.1)

 

где D B – изменение индукции, соответствующее изменению поля D H, µ₀ = 4π 10^–7 Гн/м – магнитная постоянная (рис. 15.1).

Чем меньше коэффициент возврата, тем меньше изменение кажущейся остаточной индукции в результате смещения положения рабочей точки. Таким образом, коэффициент возврата в некоторой степени определяет стабильность магнитной цепи.

Метод измерения. В работе измерение индукции производится датчиком на основе эффекта Холла.

Эффект Холла – появление в проводнике (или в полупроводнике) с плот­ностью тока , помещенном в магнитное поле напряжения U в направлении, перпендикулярном векторам и . Эффект открыт в 1879 г. американским фи­зиком Э. Г. Холлом, который экспериментально установил следующее выраже­ние для напряжения:

 

,

 

где R – коэффициент пропорциональности (коэффициент Холла), его ве­личина и знак зависят от химического состава проводника, от температуры и за­ряда носителей тока; I – сила тока в образце; В – индукция магнитного поля; d – толщина образца. Формулу (15.1) запишем в виде:

 

, (15.2)

 

где

Лабораторный индикатор индукции настроен таким образом, что k = 1, то есть напряжение 1 В на выходе соответствует индукции 1 Тл.

Закон полного тока для магнитной цепи:

 

(15.3)

 

где: Н _м – напряженность магнитного поля создаваемого постоянным маг­нитом; h _м - высота магнита; Н _δ - индукция в воздушном зазоре; δ – толщина воздушного зазора.

Индукция в воздушном зазоре определяется по формуле:

 

(15.4)

 

Подставив из формулы (15.3) значение напряженности в воздушном зазоре в (15.4) и выразив Н _м, получим:

 

(15.5)

 

Для лабораторной установки: δ₁=2.5мм; δ₂=4мм; h _м=3мм.

Удельную магнитную энергию во внешнем пространстве найдем как пло­щадь под кривой размагничивания, а так как она будет представлять собой пря­моугольный треугольник со сторонами В_А и Н_А, энергия будет равна:

 

(15.6)

 

15.4. Используемое оборудование

 

Модули «Магнитотвердые материалы и индикатор магнит­ной индукции», «Мультиметр», «Модуль питания», датчик холла, соединительные проводники.