Классификация магнетиков. Классификация магнетиков

Классификация веществ по магнитным свойствам — Мегаобучалка

СОДЕРЖАНИЕ

 

1. Основы классификации магнитных материалов.............................
1.1. Классификация веществ по магнитным свойствам......................
1.2. Классификация магнитных материалов........................................
1.3. Особенности ферримагнетиков.......................................................
2. Сведения о магнитомягких материалах...........................................
2.1. Магнитомягкие материалы для постоянных и низкочастотных магнитных полей..............................................................................
2.2. Ферриты..............................................................................................
2.3. Магнитные материалы специализированного назначения........
3. Применение ферритов.........................................................................
3.1. Ферритовые сердечники...................................................................
3.2. Запоминающие и переключающиеся цепи....................................
4. Получение ферритов............................................................................
Выводы......................................................................................................

ОСНОВЫ КЛАССИФИКАЦИИ МАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

 

Классификация веществ по магнитным свойствам

По реакции на внешнее магнитное поле и характеру внутреннего магнитного упорядочения все вещества в природе можно подразделить на пять групп: диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики, антиферромагнетики и ферримагнетики. Перечисленным видам магнетиков соответствуют пять различных видов магнитного состояния вещества: диамагнетизм, парамагнетизм, ферромагнетизм, антиферромагнетизм и ферримагнетизм.

К диамагнетикам относят вещества, у которых магнитная восприимчивость отрицательна и не зависит от напряженности внешнего магнитного поля. К диамагнетикам относятся инертные газы, водород, азот, многие жидкости (вода, нефть и ее производные), ряд металлов (медь, серебро, золото, цинк, ртуть, галлий и др.), большинство полупроводников (кремний, германий, соединения А3В5, А2В6) и органических соединений, щелочно-галоидные кристаллы, неорганические стекла и др. Диамагнетиками являются все вещества с ковалентной химической связью и вещества в сверхпроводящем состоянии.

К парамагнетикам относят вещества с положительной магнитной восприимчивостью, не зависящей от напряженности внешнего магнитного поля. К числу парамагнетиков относят кислород, окись азота, щелочные и щелочноземельные металлы, некоторые переходные металлы, соли железа, кобальта, никеля и редкоземельных элементов.

К ферромагнетикам относят вещества с большой положительной магнитной восприимчивостью (до 106), которая сильно зависит от напряженности магнитного поля и температуры.

Антиферромагнетиками являются вещества, в которых ниже некоторой температуры спонтанно возникает антипараллельная ориентация элементарных магнитных моментов одинаковых атомов или ионов кристаллической решетки. При нагревании антиферромагнетик испытывает фазовый переход в парамагнитное состояние. Антиферромагнетизм обнаружен у хрома, марганца и ряда редкоземельных элементов (Ce, Nd, Sm, Tm и др.). Типичными антиферромагнетиками являются простейшие химические соединения на основе металлов переходной группы типа окислов, галогенидов, сульфидов, карбонатов и т.п.

К ферримагнетикам относят вещества, магнитные свойства которых обусловлены нескомпенсированным антиферромагнетизмом. Подобно ферромагнетикам они обладают высокой магнитной восприимчивостью, которая существенно зависит от напряженности магнитного поля и температуры. Наряду с этим ферримагнетики характеризуются и рядом существенных отличий от ферромагнитных материалов.

Свойствами ферримагнетиков обладают некоторые упорядоченные металлические сплавы, но, главным образом,- различные оксидные соединения, среди которых наибольший практический интерес представляют ферриты.[1]

1.2. Классификация магнитных материалов

Применяемые в электронной технике магнитные материалы подразделяют на две основные группы: магнитотвердые и магнитомягкие. В отдельную группу выделяют материалы специального назначения.

К магнитотвердым относят материалы с большой коэрцитивной силой Нс. Они перемагничиваются лишь в очень сильных магнитных полях и служат дл

К магнитомягким относят материалы с малой коэрцитивной силой и высокой магнитной проницаемостью. Они обладают способностью намагничиваться до насыщения в слабых магнитных полях, характеризуются узкой петлей гистерезиса и малыми потерями на перемагничивание. Магнитомягкие материалы используются в основном в качестве различных магнитопроводов: сердечников дросселей, трансформаторов, электромагнитов, магнитных систем электроизмерительных приборов и т. п.

Условно магнитомягкими считают материалы, у которых Нс < 800 А/м, а магнитотвердыми - с Нс > 4 кА/м. Необходимо, однако, отметить, что у лучших магнитомягких материалов коэрцитивная сила может составлять менее 1 А/м, а лучших магнитотвердых материалах ее значение превышает 500 кА/м. По масштабам применения в электронной технике среди материалов специального назначения следует выделить материалы с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ), ферриты для устройств сверхвысокочастотного диапазона и магнитострикционные материалы.

Внутри каждой группы деление магнитных материалов по родам и видам отражает различия в их строении и химическом составе, учитывает технологические особенности и некоторые специфические свойства.

Рис.2 Классификация магнитных материалов

 

Свойства магнитных материалов определяются формой кривой намагничивания и петли гистерезиса. Магнитомягкие материалы применяются для получения больших значений магнитного потока. Величина магнитного потока ограничена магнитным насыщением материала, а потому основным требованием к магнитным материалам сильноточной электротехники и электроники является высокая индукция насыщения. Свойства магнитных материалов зависят от их химического состава, от чистоты используемого исходного сырья и технологии производства. В зависимости от исходного сырья и технологии производства магнитомягких материалов делятся на три группы: монолитные металлические материалы, порошковые металлические материалы (магнитодиэлектрические) и оксидные магнитные материалы, кратко называемые ферритами.[1]

1.Монолитные металлические материалы.

Основными компонентами монолитных металлических магнитомягких материалов является железо с низким содержанием углерода, никель или кобальт. Для цепей техники связи важнейшими из этой группы материалов являются:

а) сплавы и стали с гарантированной малой коэрцитивной силой;

б) листовая сталь с гарантированными потерями при высоких значениях магнитной индукции;

в) сплавы с гарантированной индукцией насыщения;

г) сплавы и стали с гарантированной высокой проницаемостью;

д) материалы со специальными свойствами.

Материалы первой подгруппы предназначены, например, для реле. К ним относятся сталь с минимальным содержанием углерода, низколегированная кремнистая сталь и сплавы железа с никелем.

Вторую подгруппу материалов образует кремнистая сталь, применяемая для сердечников сетевых трансформаторов.

Материалы третьей подгруппы включают в себя сплавы железа с кобальтом.

Материалами с гарантированной проницаемостью являются низкоуглеродистые стали с присадкой 3-4,5% кремния и сплавы на основе никеля.

К подгруппе специальных материалов относятся материалы с прямоугольной петлей гистерезиса, магнитострикционные материалы и т.п.[4]

2.Порошковые металлические материалы.

Применение порошковых материалов, т.е. так называемых магнитодиэлектриков, основывается на технических и экономических соображениях. Магнитодиэлектрические сердечники имеют некоторые свойства, которых нельзя достичь у материалов первой группы. Они пригодны для высокочастотной техники. Прокатка листовых материалов толщиной менее 0,05 мм обходится очень дорого, а при толщине 0,03 мм цена таких материалов превышает цену золота.

Для уменьшения потерь на вихревые токи и увеличения стабильности магнитных свойств применяются порошковые магнитные материалы. Увеличение удельного электрического сопротивления достигается здесь изоляцией магнитных зерен друг от друга. Окончательная форма придается изделию прессованием. К этой группе относятся:

а) магнитодиэлектрические сердечники;

б) материалы со специальными свойствами.

В зависимости от исходного сырья магнитодиэлектрические сердечники делятся на сердечники из железных порошковых материалов и сердечники из легированного железа. Основу железных порошковых материалов составляет железо, получаемое обычно карбонильным способом. Легированные материалы представляют собой сплавы железа, и алюминия (альсифер) и сплавы железа и никеля или железа, никеля и молибдена (пермаллой и молибденовый пермаллой).

К специальным порошковым металлическим материалам относятся, например, магнитный порошок для магнитофоной ленты и других магнитных носителей информации.[4]

megaobuchalka.ru

. Классификация магнетиков Все существующие в природе вещества по своим магнитным свойствам подразделяютс.

Работа добавлена на сайт samzan.ru: 2016-03-13

7.1. Классификация магнетиков

Все существующие в природе вещества по своим магнитным свойствам подразделяются на пять видов магнетиков: диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики, антиферромагнетики и ферримагнетики (ферриты). В связи с тем что магнитную активность проявляют все вещества без исключения, можно утверждать, что магнитные свойства веществ определяются элементарными частицами, входящими в состав каждого атома. Такими одинаковыми для всех веществ частицами являются электроны, протоны и нейтроны. Исследования показали, что магнитные моменты протона и нейтрона почти на три порядка ниже наименьшего магнитного момента электрона, поэтому в первом приближении можно пренебречь магнитным моментом ядра, состоящего из протонов и нейтронов, и полагать, что магнитные свойства атома в целом определяются электронами. Это положение является фундаментальным в электронной теории магнетизма, которая общепринята в учении о магнетизме.

Каждый атом вещества представляет собой динамическую систему, состоящую из ядра и электронного облака. Каждый электрон обладает определенным спиновым магнитным моментом  и орбитальным магнитным моментом . С некоторой степенью упрощения можно сказать, что спиновый магнитный момент обусловлен вращением электрона вокруг собственной оси, а орбитальный − движением электрона по некоторой замкнутой орбите внутри атома. Следовательно, полный магнитный момент атома будет представлять собой геометрическую сумму орбитальных и спиновых магнитных моментов электронов, относящихся к данному атому

где z − число электронов в атоме.

Рассмотрим макроскопические характеристики твердых тел, связанные с характером взаимодействия магнитных моментов с внешним полем и определяющие принадлежность данного вещества к одному из видов магнетиков [38].

В любом веществе, внесенном в магнитное поле, возникает суммарный магнитный момент , который складывается из сумм магнитных моментов , связанных с отдельными частицами (атомами, молекулами).

Размерность магнитного момента в системе «СИ» − Вольт×секунда×метр [В×с×м] или Вебер×метр [Вб×м].

Одна из основных характеристик магнетиков – их намагниченность

Намагниченность j − векторная величина, модуль которой равен магнитному моменту единицы объема вещества. Намагниченность растет с ростом индукции магнитного поля  (или напряженности ) в соответствии с законом

где  − магнитная постоянная,  − относительная магнитная проницаемость, которая показывает, во сколько раз магнитная индукция поля в данной среде больше или меньше, чем в вакууме (в вакууме  = 1), æ − магнитная восприимчивость вещества, характеризующая способность данного вещества намагничиваться полем напряженности .

Величины æ и  являются скалярными, и магнитная восприимчивость æ для различных веществ может принимать значения как больше, так и меньше нуля. Руководствуясь этим свойством, вещества можно разделить на пара-, диа- и ферромагнетики.

Если магнитная восприимчивость принимает положительные значения (æ > 0), то вектор намагниченности (из формулы 7.4)  сонаправлен вектору напряженности внешнего магнитного поля  (). Такие вещества относятся к парамагнетикам.

Если магнитная восприимчивость æ < 0, то векторы намагниченности и напряженности направлены противоположно друг другу (), что характерно для диамагнетиков.

Как правило, по абсолютной величине магнитная восприимчивость парамагнетиков больше, чем диамагнетиков. Зависимость намагниченности этих типов магнетиков от величины напряженности магнитного поля   линейна (рис. 7.1), и при отсутствии внешнего поля она равна нулю.

Интересно, что линейная зависимость  для парамагнетиков имеет место только в области слабых полей и высоких температур. В сильных полях и при низких температурах  выходит на насыщение (рис. 7.2).

 

Рис. 7.1. Зависимость намагниченности от напряженности магнитного поля: 1-диамагнетика; 2 - парамагнетика	Рис. 7.2. Зависимость намагниченности от напряженности магнитного поля в сильных полях и при низких температурах выходит на насыщение

 

Кроме двух рассмотренных видов магнетиков, имеется также достаточно большая группа веществ, обладающих спонтанной намагниченностью. Они называются ферромагнетиками и имеют отличную от нуля магнитную восприимчивость  () даже в отсутствие внешнего поля. Механизм намагничивания ферромагнетиков оказывается довольно сложным, и полный цикл намагниченности ферромагнетиков описывается петлей гистерезиса (рис. 7.3).

В ряде кристаллов направления вектора магнитной индукции и напряженности магнитного поля  не совпадают. В этом случае магнитная проницаемость вещества является тензорной величиной, т. е. зависит от направления внутри кристалла. Такие вещества называются магнитно-анизотропными. Мы будем рассматривать здесь только магнитно-изотропные вещества, для которых магнитная проницаемость − простое число.

Найдем связь между магнитной проницаемостью и восприимчивостью вещества. Величина магнитной индукции  связана с напряженностью поля  соотношением

 

Рис. 7.3. Петля гистерезиса в ферромагнетиках

 

Для ферромагнетика результирующее поле в нем, которое и является магнитной индукцией, можно определить как

поле в ферромагнетике складывается из напряженности внешнего магнитного поля  и намагниченности , создающей внутреннее магнитное поле. Тогда из формул (7.6), (7.5) и

(7.4) получим

, следовательно , .

(7.7)

Выше было сказано, что магнитный момент атомов связан с движением электронов относительно своей оси и их орбитальным движением. Следовательно, существует некая жесткая связь между механическими и магнитными характеристиками атомов. Эта связь задается так называемыми гиромагнитными соотношениями. Обозначим орбитальный механический момент электрона , а спиновый механический момент электрона . Пользуясь обозначениями магнитных моментов, заданными в формуле (7.1), запишем гиромагнитные соотношения

где е − заряд электрона, а т − его масса.

Следуя первому постулату Бора, согласно которому орбитальный момент количества движения электрона  должен быть квантован и кратен величине  (постоянной Планка, деленной на 2π), можно сделать вывод, что квантован и орбитальный магнитный момент  . Элементарный магнитный момент атома с одним электроном, движущимся по первой орбитали, называется магнетоном Бора:

.

 

samzan.ru

Классификация магнетиков

Магнетизм - это универсальное свойство всех тел, которое проявляется в процессе их взаимодействия с внешним магнитным полем. Такая универсальность обусловлена ​​тем, что произвольное среда содержит движущиеся заряды, а подвижная частица с электрическим зарядом создает собственное магнитное поле. Магнитное поле такой частицы обязательно взаимодействовать с внешним магнитным полем. Известно, что изолированные магнитные полюса в природе не обнаружены, они всегда существуют парами, один из которых называют положительным, а другой - отрицательным. Такую пару полюсов называют диполем. Микроскопическая (атомная) теория показывает, что магнитный дипольный момент, который возникает в материалах, обусловлено следующими движениями заряженных частиц в атомах: орбитальным движением электронов вокруг ядер; спином электронов, то есть вращением электронов вокруг собственной оси; спином ядер, обусловленный существованием спинов в протонов и нейтронов. Если поместить вещество в магнитное поле напряженностью, то она намагничуватиметься, то есть в веществе возникать результирующий магнитный момент, который состоит из элементарных магнитных моментов отдельных заряженных частиц. Степени намагничивания вещества является намагниченность, равный магнитному моменту единицы объема вещества . В небольших полях между намагниченностью и магнитным полем линейная зависимость: , (6.1) где - объемная магнитная восприимчивость вещества. Кроме объемной восприимчивости, иногда используют молярную восприимчивость или - удельный восприимчивость. Эти величины связаны между собой следующими соотношениями: ,, где - соответственно плотность и молярная масса вещества. Очевидно, что внутри намагниченной вещества создается собственное внутреннее поле, поэтому для описания магнитного поля в веществе вводят еще один вектор - магнитную индукцию: , (6.2) где называют магнитной проницаемостью среды; - Магнитная постоянная. Магнетики - класс веществ, которые могут порождать магнитное поле или видоизменять внешнее магнитное поле. Все вещества в природе относят к слабомагнитных или сильномагнитных магнетиков. Традиционная классификация магнитных веществ основывается на разделении их по величине и знаком магнитной восприимчивости. 1, то реализуется случай ферромагнитных материалов. Слабомагнитных Магнетик есть пара и диамагнетики. Основной разницей между ними является то, что атомы парамагнетиков в отличие от диамагнетиков имеют собственные магнитные моменты, которые ориентируются вдоль силовых линий внешнего магнитного поля, то есть парамагнетик намагничивается. При отсутствии этого поля магнитные моменты в связи с колебательным движением розориентовани и намагниченность. Свойства намагничивания имеют и диамагнетики, но особенность этого процесса в них заключается в том, что под действием силы Лоренца возникает индуцированный магнитный момент, который всегда направлен против внешнего магнитного поля (по этой причине на диамагнетики действует выталкивающая сила со стороны внешнего магнитного поля). Поскольку в пара- и диамагнетиков относительно малая намагниченность (), а магнитная восприимчивость имеет величину порядка 10-4 -10-6, то их отнесли к слабомагнитных веществ. Следовательно, поведение таких веществ неодинакова в неоднородном внешнем поле: диамагнетик будет выталкиваться из поля, а парамагнетик - втягиваться в область наибольшей напряженности. Существенное взаимодействие между магнитными моментами приводит следующие эффекты: - Ферромагнетизм, который реализуется тогда, когда все атомные магнитные моменты размещаются параллельно; антиферромагнетизм наблюдается в кристаллах, в которых пары равных атомных магнитных моментов размещаются антипараллельно; Ферримагнетизм реализуется тогда, когда значение магнитных моментов, которые являются антипараллельными, не равны между собой, вследствие чего нет полной компенсации антипараллельных магнитных моментов соседних атомов Согласно вещества с такими типами размещения магнитных моментов называют ферромагнетиками, аитиферомагнетикамы и ферримагнетика и относят к классу сильномагнитных веществ.

allr.genskov.ru

---

• 
  Счетчики эл энергии
• 
  Устройство и принцип работы автоматического выключателя
• 
  Чем источник эдс отличается от источника тока
• 
  Тт защитные свойства
• 
  Первая помощь при ударе током на производстве
• 
  Когда возникает режим короткого замыкания в цепи
• 
  Температура плавления припоев
• 
  Линия электропередачи
• 
  Эл питание
• 
  Сеть tn c
• 
  Опора на