Каждая молекула ферромагнитного материала представляет собой магнит с северным и южным полюсами. Все молекулы должны выстраиваться в одном направлении, чтобы получить максимальную плотность потока. Когда все молекулы выровнены, плотность потока достигает максимального значения, насыщая сердечник.
Запаздывание во времени намагничивания сердечника от значения H (сила намагничивания) вызвано молекулярным возбуждением. То есть каждая молекула стремится выровняться в направлении внешнего поля, а затем, когда направление тока, протекающего через катушку, инвертируется, она должна выровняться в противоположном направлении. Если полярность H меняется медленно, используется очень мало энергии. Если полярность H меняется на противоположную, значительное количество тепла генерируется молекулами, сталкивающимися друг с другом в сердечнике, что приводит к потерям большой энергии, известным как потери на гистерезис.
Типичная кривая гистерезиса ферромагнитного материала показана на следующем рисунке.
Когда сердечник полностью размагничен, подается питание. Сила намагничивания (H) увеличивается от начала координат (0) до точки a, где материал сердечника насыщается при +16000 Гс. Когда сила намагничивания уменьшается до 0, материал сердечника не размагничивается с той же скоростью. В точке b с приложенной намагничивающей силой 0 Э плотность потока все еще составляет около +12000 Гс. В этот момент ток через катушку меняет направление, так что сердечник намагничивается в противоположном направлении. Сердечник не размагничивается полностью до тех пор, пока в точке c не будет достигнута сила намагничивания 4 Э. Поскольку процесс намагничивания продолжается в отрицательном направлении от точки c к точке d, полярность сердечника меняется на противоположную и полностью насыщается при силе намагничивания - 16000 Гс. Поскольку сила намагничивания снижается до 0, материал сердечника все еще имеет –12000 Гс в точке е. Увеличение силы намагничивания в этой точке приводит к размагничиванию сердечника в точке f и насыщению сердечника в положительном направлении в точке а.
Теперь рассмотрим такое понятие как остаточная намагниченность или остаточный магнетизм. Остаточная намагниченность – это способность материала сердечника сохранять свой магнетизм после снятия намагничивающей силы. Остаточная намагниченность наиболее заметна в твердой стали и наименее заметна в мягком чугуне. Величина остаточного магнетизма при уменьшении силы намагничивания до 0 зависит от типа материала сердечника. Материалы сердечника с наибольшей статочной намагниченностью и, следовательно, с наибольшей площадью, ограниченной кривой гистерезиса, имеют самые большие потери энергии. Материалы с большей площадью кривой гистерезиса обычно обладают большей магнитной способностью. Например, отожженная сталь имеет около одного вдвое меньшую остаточную намагниченность, чем у твердой стали. Это подробно показано на следующем рисунке.
Магнитные вещества, состоящие из магния, марганца или железа, имеют прямоугольную кривую гистерезиса, как на следующем рисунке. Поскольку сила намагничивания постепенно увеличивается в положительном направлении, почти не происходит изменения в точке B. В точке, где сила намагничивания достигает критической точки, (a), сердечник становится насыщенным. При уменьшении силы намагничивания сердечник остается насыщенным в положительном направлении до тех пор, пока не будет достигнута критическая точка (b), в результате чего сердечник насыщается в отрицательном направлении. Затем этот цикл повторяется.
Поскольку материалы всегда насыщены в положительном или отрицательном направлении, этот принцип стал основой создания отличных устройствам для хранения цифровой информации в 1950-х и 1960-х годах, хотя плотность памяти была мала по сравнению с современной технологией.
Теперь рассмотрим удельное магнитное сопротивление. Удельное магнитное сопротивление – это удельное сопротивление на кубический сантиметр материала. Данная величина иногда используется для сравнения сопротивления различных материалов по отношению к воздуху. Например, воздух имеет магнитное сопротивление, которое в 1800 раз больше, чем у железа. Удельное магнитное сопротивление является обратной величиной проницаемости, которая является величиной способность проводить магнитные силовые линии. Чем больше коэффициент отражения, тем больше сопротивление магнитным силовым линиям.
Помимо применения в соленоидах, реле и сцеплениях, электромагниты используются для подъема тяжелых масс магнитных материалов. В то время как постоянные магниты имеют магнитоудерживающий (жесткий) материал катушки, электромагниты имеют немагнитно-удерживающий (мягкий) материал катушки, который демонстрирует магнитные свойства только тогда, когда ток течет через катушку. Управляя потоком тока с помощью источника постоянного тока и переключателя, электромагниты можно включать и выключать и использовать для перемещения тяжелых магнитных материалов, таких как сталь, из одного места в другое.
Немаловажным термином в контексте данной темы является магнитная проводимость или относительная проницаемость. Это свойство материала сердечника, которое способствует прохождению магнитных силовых линий. Относительная проницаемость сравнивается с проводимостью в электрической цепи и является обратной величиной сопротивления. Относительная проницаемость рассчитывается по следующей формуле:
Здесь: Pm = относительная проницаемость материала. Единицей измерения магнитной проницаемости в системе СИ является генри (H), то есть веберы на ампер-виток. Rm = сопротивление материала в ампер-витках на Вебер.
© digitrode.ru