основному закону електромагнітної індукції, э. д. з. індукції в обмотці рівна
-*S*
де В — індукція в магнетике, 5—его перетин (рівне площі витка), N—полное число витків обмотки. Звідси виходить:
«-4-S-*
а отже
dA = rl^r-^-Ndt = SNldB.
7 ;
Умножаючи і ділячи праву частину цієї рівності на довжину магнетика (тороида) / і помічаючи, що*
?*=//
є напруженість поля усередині магнетика, знаходимо:
dA — HdB't
де t = Sl— об'їм магнетика. Робота dw, необхідна для збільшення індукції на dB в одиниці об'єму магнетика, рівна
dw — HdB. (123.1)
Оскільки робота намагнічення залежить лише від процесів усередині магнетика, то вираз (123.1) буде справедливим, очевидне, для магнетика будь-якої форми.
Розглянемо спочатку магнетик без гістерезису, для якого пряме і зворотне віття кривої намагничения співпадають (мал. 225). Елементарна робота, необхідна для нескінченно малого збільшення намагничения, на цьому графіку виражається згідно {123.1) величиною площі 1234. Повна робота, затрачувана при збільшенні індукції від нуля до заданого значення ВІ, буде рівна площі ОАВІ, обмеженою кривою намагничения і віссю В (заштрихована). Ця робота затрачується джерелом при намагніченні маг-нетика. При розмагнічуванні магнетика в ланцюг джерела повертається енергія, запасена в магнітному полі, у вигляді роботи экстраструму самоіндукції. Вона як і раніше виражається величиною площі, обмеженою кривою намагничения і віссю, В. Якщо гістерезис відсутній, то обидва віття кривої співпадає, і при размагничиаании
повертається та ж робота, яка затрачувала при намагніченні.
. Інакше буде для магнетика з гістерезисом. В цьому випадку при збільшенні індукції від значення St до деякого іншого значення Вг (мал. 226) потрібно буде робота, рівна площі, обмеженою гілкою кривої намагничения /, т. е. площі ВІпІбВі, а при розмагнічуванні до початкового стану возращаемая робота буде рівна площі Bt62aB\, яка має меншу величину. Тому при повному циклі перемагнічування в кожну одиницю об'єму магнетика вводиться енергія
'w = S * (123.2)
де 5— площа петлі гістерезису. Ця енергія витрачається на здійснення роботи проти коэрцитивных сил в магнетике і кінець кінцем перетворюється на тепло. Тому феромагнетики при циклічному перемагнічуванні нагріваються, і тим більше, ніж сильніше виразимий гістерезис.
Мал. 225. Робота намагнічення магнетика без гістерезису.
Мал. 226. Робота при циклічному перемагнічуванні пропорційна площі петлі гістерезису.
В існуванні тепла гістерезису можна переконатися за допомогою простого досвіду. Якщо всередину дротяної катушки, питаемой технічним змінним струмом, опустити сталевий стрижень, то он-будет скоювати 50 циклів перемагнічування в секунду и'уже через, одну-дві хвилини досвіду сильно нагріється. Щоб довести, що це нагрівання викликане не індукційними струмами, одночасно із сталевим стрижнем можна помістити в катушку мідний стрижень такий же& величини і форми. Оскільки електропровідність в міді більше, ніж в сталі, то і індукційні струми в мідному стрижні будуть більше, ніж в сталевому, проте при значному нагріванні сталевого стрижня мідний стрижень майже не нагрівається. У відмінності температур обох стрижнів можна переконатися, поміщаючи їх порізно в два тотожні термоскопи.
Тепло гістерезису завжди ураховують при розрахунку різних електричних пристроїв змінного струму, що містять феромагнетики, піддаються періодичному перемагнічуванню. Такі, наприклад, залізні сердечники трансформаторів (див. з 147) і обертаються залізні якори динамомашин. Наявність гістерезису в них приводить до даремної витрати частини енергії на тепло гістерезису і знижує коефіцієнт корисної дії установок. Тому для подібних пристроїв застосовують спеціальні сорти м'якого заліза (трансформаторне залізо), в яких гістерезис виразимий слабо.
з 124. Магнітні матеріали. Ферити ~
В сучасній електротехніці феромагнетики грають видатну роль. Використовуючи феромагнетики, ми примушуємо елементарні струми брати участь в утворенні магнітного поля і, можна сказати, «безкоштовно» збільшуємо магнітне поле в сотні і тисячі . раз по порівнянню .с полемо одних катушок, що намагнічують.
Залежно від призначення феромагнетиків до них пред'являють різні вимоги. Так, наприклад, для застосування в трансформаторах самими найважливішими вимогами є висока магнітна проникність і слабий гістерезис («магнітно-м'які» матеріали). Для виготовлення ж постійних магнітів найбільш важливі залишкове намагничение і велика коэрцитивная сила.
В якості феромагнітні матеріалів в даний час широко застосовують залізо і його сплави з іншими елементами. Підбираючи склад сплавів і варіюючи їхню обробку, виявляється можливим отримати різні феромагнітні матеріали, відмінні надзвичайною різноманітністю магнітних властивостей. В таблицях приведені магнітні характеристики деяких речовин, вживаних в сучасній техніці.
Приведені .данные показують, що у виготовленні магнітних матеріалів досягнуті видатні успіхи. Деякі сплави (алникр.
магнико) відрізняються вельми високими значеннями коэрцитивной сили і залишкової індукції і тому дозволяють виготовляти виняткові за якістю постійні магніти, широко вживані в даний час в магнітоелектричних вимірювальних приладах і інших пристроях, в яких потрібне сильне постійне магнітне поле.
Властивості деяких магнітно-м'яких матеріалів * |
Проникність |
Індукція |
Коерци-
_ |
при насы- |
тивная
Речовина |
'Состав |
макси- |
щении |
сила.
_ |
початкова |
мальная |
.тесла |
а\х
_
Залізо .... |
99,9% Ре ; |
200 |
5000 |
2,15 |
80
_
Сплав крем-
ний — залізо . |
96,7% Ре; 3,3% Si |
600 |
10000 |
2,0 |
16
_
То ж, отожжен-
ный у водні |
96,7% Ре; 3,3% Si |
1500 |
40000 |
2,0 |
8,0
_
78%-ный пер-
маллой . . . . |
78% Ni; 22% Fe |
8000 |
100000 |
1,0 |
4,0
_
Супермаллой . . |
79% Ni; 5% Mo; |
100000 |
800000 |
0,80 |
0,32
_ |
16% Fe
Властивості деяких высококоэрцитивных сплавів
Речовина |
Склад |
Коерцитівная сила, а/м |
. Залишкова індукція, тесла
_
Вольфрамова сталь " . |
6%W; 0,7% З; 0,3 Мп; 93% Fe 25% N1; 12% AI; 63% Ре |
5200 40000 |
1,0 0,70
_
Сплав алнико 5 .... Сплав платина — ко- |
8% AI; 14% N1; 24% З; 3% Сі; 51% Fe
77% Pt; 23% З |
44000 210000 |
1,25 0;45
_
Сплав магнико .... |
13,5% N1; 9% AI; 24% З;'3% Сі; ~50%Fe |
56000 |
1,3
_Вельми