Файл: Лабораторная работа 1. Основные свойства электрорадиоматериалов 1 Краткая теория.docx

Кривые намагничивания ферромагнитных материалов при перемагничивании образуют петлю магнитного гистерезиса (если первоначально ненамагниченное вещество намагнитить до насыщения, а затем уменьшать и снова увеличивать напряженность магнитного поля. То изменение индукции не будет следовать начальной кривой). Площадь петли магнитного гистерезиса пропорциональна энергии, теряемой в образце на его нагревание за один цикл изменения поля (гистерезисные потери). Характерными точками магнитного гистерезиса являются коэрцитивная сила и остаточная намагниченность.

Коэрцитивная сила Нс − значение напряженности магнитного поля, в котором ферромагнитный образец, первоначально намагниченный до насыщения, полностью размагничивается.

Коэрцитивная сила, в отличие от намагниченности на­сыщения, является структурно чувствительным свойством. Наличие в образцах примесей и других дефектов кристаллической решетки затрудняет движение границ магнитных доменов и тем самым повышает коэрцитивную силу. Чистые металлы, а также твердые растворы, не претерпевающие упорядочения, как правило, характеризуются низкой коэрцитивной силой. Применение пластической деформации повышает коэрцитивную силу этих металлов и сплавов, но по абсолютной величине она остается невысокой.

У сплавов с гетерогенной структурой коэрцитивная сила повышенная: при этом тем больше, чем выше дисперсность структуры. Рост коэрцитивной силы особенно значителен при высокой дисперсности ферромагнитной фазы, каждая частица которой является однодоменной и анизотропной. Коэрцитивную силу также увеличивает рост микронапряжений и плотности дислокаций, как, например, в случае закалки стали на мартенсит.

Остаточная намагниченность Вr — величина намагниченности, которую ферро- или ферримагнитный материал имеет при на­пряженности внешнего поля, равной нулю.

Остаточная намагниченность обусловлена задержкой изменения намагниченности при уменьшении напряженности (после предыдущего намагничивания образца) из-за влияния магнитной анизотропии и структурных неоднородностей образца. Наиболее устойчивой остаточной намагниченностью обладают материалы с высокой коэрцитивной силой. При нагревании ферромагнитных материалов выше температуры, превышающей точку Кюри, они теряют остаточную намагниченность. К уменьшению остаточной намагниченности приводят также механические сотрясения и вибрации.

---

Все материалы по величинам магнитных восприимчивости и проницаемости делятся на ферромагнитные µ ≥ 1, к > 0), парамагнитные (µ> 1, к > 0) и диамагнитные (µ < 1, к < 0).

Величина магнитной восприимчивости для пара- и диамагнитных материалов очень мала (10^-4...10^-6); для ферромагнитных материалов (металлов переходных групп) — от нескольких десятков до тысяч единиц, причем она сильно и сложным образом зависит от напряженности намагничивающего поля.

По величине магнитной проницаемости существует деление электротехнических материалов на немагнитные и магнитные.

Немагнитные материалы — пара-, диа- и слабоферромагнитные материалы с магнитной проницаемостью менее 1,5. К немагнитным материалам относится большинство металлов и сплавов (в том числе некоторые стали), полимеры, дерево, стекло и т.д.

Магнитные материалы классифицируют по их физической при роде и величине коэрцитивной силы.

По физической природе магнитные материалы делят (отраслевое деление) на три группы:

• 
  металлические материалы,
  
• 
  неметаллические материалы
  
• 
  магнитодиэлектрики.
  

К неметаллическим магнитным материалам относятся ферриты − ферримагнитные материалы, получаемые из порошкообразной смеси оксидов некоторых переходных металлов и оксида железа путем прессования с последующим спеканием. По магнитным свойствам ферриты аналогичны ферромагнетикам.

Магнитодиэлектрики − композиционные материалы, состоящие из 70...80% порошкообразного магнитного материала (ферро- или ферримагнетика) и 30...20% диэлектрического материала (например, полистирола, резины и др.). Магнитодиэлектрики применяются в приборостроении (постоянные магниты, эластичные герметизаторы для разъемных соединений и др.).

Ферриты и магнитодиэлектрики отличаются от металлических магнитных материалов высокими значениями объемного удельного сопротивления (ρ₀ = 10...108 Ом.м), что резко снижает потери на вихревые токи. Это позволяет использовать данные материалы в технике высоких частот. Кроме того, ферриты обладают стабильностью своих магнитных характеристик в широком диапазоне частот.

---

2.2 Содержание работы

Целью лабораторной работы является расчет основных параметров магнитных материалов.

Математические расчеты проводятся в удобной для студента программной среде.

2.3. Порядок выполнения работы

2.3.1 Выбор материала обмотки.

1. 
   Провести обзор материалов пригодных для применения в качестве обмотки, выбрать тот, который обладает наименьшим удельным сопротивлением.
   
2. 
   Провести обзор (медных) проводов с изоляцией. Для получения минимальной массы и габаритов применим провод с наименьшей толщиной изоляции и удовлетворяющий пробойному напряжению в зависимости от выбранного вами фактора.
   
3. 
   Определить зависимости толщины слоя лака от диаметра провода.
   

Из технических условий на провод рассчитаем долю лака по формуле (2.5) для нескольких значений диаметра, составим таблицу 2.1. и построим график зависимости доли лака от диаметра провода.

Dл = (Dп - Dж) / Dж  (2.5)

где: Dл - относительная доля лака;

Dп - диаметр провода с лаком, мм;

Dж - диаметр жилы провода, мм,

Таблица 2.1. - Значения диаметров провода с лаком и без него

Диаметр жилы (мм)	Диаметр провода с лаком (мм)
0,02	0,025
0,03	0,037
0,04	0,05
0,06	0,074
0,08	0,098
0,09	0,11
0,14	0,166
0,16	0,187
0,2	0,23
0,3	0,337
0,38	0,421
0,45	0,495
0,6	0,653
0,71	0,767
1	1,068
1,4	1,479

---

 

4. 
   Построить график зависимость (определить тренд) доли лака от диаметра провода.
   
5. 
   Сделать выводы.
   

2.3.2 Оценка влияния величины размагничивающего фактора.

1. 
   Размагничивающий фактор N_f зависит от размеров сердечника (см. рис 2.3.). Для его определения введём коэффициент λ, зависящий от отношения длины сердечника lc к его диаметру dc
   

.

Тогда в интервале 2 ≤ λ ≤ 50 с точностью 10 % размагничивающий фактор данного сердечника можно определить по следующему выражению

.



Рисунок 2.3  Катушка индуктивности с разомкнутым сердечником, где

d_k , l_k  диаметр и длина катушки;

d_с , l_с  диаметр и длина сердечника.

2. 
   Точные значения N_f определяются по формуле
   

,

Причем, для расчёта для значений λ≥28 применяются еще более сложные формулы.

3. 
   Справочные данные определяются из таблицы 2.2.
   

Таблица 2.2. - Значения размагничивающего фактора для цилиндрического образца с различным отношением длины к диаметру (L/d)

L/d	Nf
10	0,0203
20	0,00715
25	0,005
30	0,00366
40	0,002182
50	0,001457
60	0,001043
80	0,0006528
100	0,000414

4. 
   Построить на одном графике зависимости N_fв интервале 2≤λ≤ 100.
   
5. 
   Сделать выводы
   

---

---