Какой из перечисленных материалов не проявляет ферромагнитных свойств

Инфоурок
›

Физика
›Тесты›Тест по физике на тему»Трансформаторы»

В зависимости от магнитных свойств, вещества бывают диамагнетиками, парамагнетиками и ферромагнетиками. И именно ферромагнитный материал обладает особенными свойствами, отличающимися от остальных.

Что это за материал и какими свойствами обладает

Ферромагнитный материал (или ферромагнетик) – вещество, находящееся в твердом кристаллическом или же аморфном состоянии, которое обладает намагниченностью при отсутствии какого-либо магнитного поля лишь при низкой критической температуре, т. е. при температуре ниже точки Кюри. Магнитная восприимчивость этого материала положительна и превышает единицу. Некоторые ферромагнетики могут обладать самопроизвольной намагниченностью, сила которой будет зависеть от внешних факторов. Кроме всего прочего, такие материалы имеют отличную магнитную проницаемость и способны к усилению внешнего магнитного поля в несколько сотен тысяч раз.

Группы ферромагнетиков

Всего существует две группы ферромагнитного материала:

1. Магнитно-мягкая группа. Ферромагнетики этой группы имеют небольшие показатели напряженности магнитного поля, но обладают отличной магнитной проницаемостью (менее 8,0×10-4 Гн/м) и невысокими потерями гистерезисного характера. К магнитно-мягким материалам относятся: пермаллои (сплавы с добавлением никеля и железа), оксидные ферромагнетики (ферриты), магнитодиэлектрики.
2. Магнитно-жесткая (или магнитно-твердая группа). Характеристики ферромагнитных материалов этой группы выше, чем у предыдущей. Магнитно-твердые вещества обладают как высокими показателями напряженности магнитного поля, так и хорошей магнитной проницаемостью. Они являются основными материалами для производства магнитов и устройств, где используется коэрцитивная сила и необходима отличная магнитная восприимчивость. К магнитно-жесткой группе относятся практически все углеродистые и некоторые легированные стали (кобальт, вольфрам и хром).

Материалы магнитно-мягкой группы

Как и говорилось ранее, к магнитно-мягкой группе относятся:

• Пермаллои, которые состоят только из сплавов железа и никеля. Иногда к пермаллоям добавляют хром и молибден для повышения проницаемости. Правильно изготовленные пермаллои отличаются высокими показателями магнитной проницаемости и коэрцитивной силы.
• Ферриты – ферромагнитный материал, состоящий из оксидов железа и цинка. Нередко к железу и цинку добавляют оксиды марганца или никеля для уменьшения сопротивления. Поэтому ферриты часто используют в качестве полупроводников при высокочастотных токах.
• Магнитодиэлектрики являются измельченной смесью порошка железа, магнетита или пермаллоя, обернутого в пленку из диэлектрика. Так же как и ферриты, магнитодиэлектрики используются в качестве полупроводников в самых разных устройствах: усилителях, приемниках, передатчиках и т. д.

Материалы магнитно-твердой группы

К магнитно-твердой группе относятся следующие материалы:

• Углеродистые стали, состоящие из сплава железа и углерода. В зависимости от количества углерода, бывают: низкоуглеродистые (менее 0,25% углерода), среднеуглеродистые (от 0,25 до 0,6% углерода) и высокоуглеродистые стали (до 2% углерода). Помимо железа и углерода, в состав сплава могут также входить кремний, магний и марганец. Но наиболее качественными и пригодными ферромагнитными материалами считаются те углеродистые стали, которые имеют наименьшее количество примесей.
• Сплавы на основе редкоземельных элементов, например самарий-кобальтовые сплавы (соединения SmCo5 или Sm2Co17). Они имеют высокие показатели магнитной проницаемости при остаточной индукции в 0,9 Тл. При этом магнитное поле в ферромагнетиках такого типа тоже составляет 0,9 Тл.
• Другие сплавы. К таковым относятся: вольфрамовые, магниевые, платиновые и кобальтовые сплавы.

Отличие ферромагнитного материала от других веществ, обладающих магнитными свойствами

В начале статьи было сказано, что ферромагнетики обладают особенными свойствами, которые значительно отличаются от других материалов, и вот несколько доказательств:

1. В отличие от диамагнетиков и парамагнетиков, которые получают свои свойства от отдельных атомов и молекул вещества, свойства ферромагнитных материалов зависят от кристаллической структуры.
2. Ферромагнитные материалы, в отличие, например, от парамагнетиков, имеют большие значения магнитной проницаемости.
3. Помимо проницаемости, ферромагнетики отличаются от парамагнитных материалов еще и тем, что имеют зависимую связь между намагничиванием и напряженностью намагничивающего поля, которая имеет научное название – магнитный гистерезис. Подобному явлению подвержены многие ферромагнитные материалы, например кобальт и никель, а также сплавы на их основе. Кстати, именно магнитный гистерезис позволяет магнитам сохранять состояние намагниченности в течение продолжительного времени.
4. Некоторые ферромагнитные материалы также обладают особенностью изменять свою форму и размеры при намагничивании. Такое явление называется магнитострикцией и зависит не только от вида ферромагнетика, но и от других не менее важных факторов, например от напряженности полей и расположения кристаллографических осей по отношению к ним.
5. Еще одной интересной особенностью ферромагнитного вещества является способность терять свои магнитные свойства или, говоря проще, превращаться в парамагнетик. Такого эффекта можно достичь при нагреве материала выше так называемой точки Кюри, при этом переход в парамагнитное состояние не сопровождается какими-либо сторонними явлениями и практически незаметен невооруженным глазом.

Область применения ферромагнетиков

Как видно, ферромагнитный материал занимает особо важное место в современном мире технологий. Его используют при изготовлении:

• постоянных магнитов;
• магнитных компасов;
• трансформаторов и генераторов;
• электронных моторов;
• электроизмерительных приборов;
• приемников;
• передатчиков;
• усилителей и ресиверов;
• винчестеров для ноутбуков и ПК;
• громкоговорителей и некоторых видов телефонов;
• звукозаписывающих устройств.

В прошлом некоторые магнитно-мягкие материалы использовались также в радиотехнике при создании магнитных лент и пленок.

Для усиления магнитного поля и придания ему определенной конфигурации в электротехнических устройствах используются различные ферромагнитные материалы. Ферромагнетики, к которым относятся сталь, железо, никель, кобальт, их сплавы и др., обладают рядом отличительных свойств: 1) большая относительная -магнитная проницаемость (от нескольких тысяч до десятков тысяч); 2) нелинейная зависимость намагничивания или индукции поля в магнетике от тока или напряженности внешнего поля (кривая начального намагничивания 0abc, представленная на рисунке 3.2.1, отражает эту нелинейную зависимость и соответственно

Рис. 3.2.1

зависимость проницаемости от напряженности внешнего поля); 3) отставание изменения индукции поля в ферромагнетике от изменения напряженности внешнего поля. Это явление называется гистерезисом. Оно проявляется в наличии у ферромагнетика остаточного намагничивания (остаточная индукция Вг) после снятия внешнего поля и необходимости обратного поля определенной величины, задерживающего поля Нс (коэрцитивная сила), дзя полного снятия остаточной магнитной индукции. Замкнутая кривая В(Н) (см. рис.3.2.1), соответствующая полному циклу перемагничивания ферромагнетика, называется петлей магнитного гистерезиса. Площадь петли пропорциональна энергии, затрачиваемой внешним источником, за один цикл пе- ремагничивания. Полные затраты электрической энергии источника, переходящие в конечном счете в тепло, для ферромагнитных магнитопроводов, работающих, в условиях переменного магнитного потока, определяются потерями, связанными с гистерезисом, и потерями на вихревые токи, индуцируемые в магнитопроводе переменным магнитным потоком.

В зависимости от величины задерживающего поля Нс и относительной магнитной проницаемости различают магнитомягкие и магнитотвердые ферромагнитные материалы.

Магнитомягкие материалы обладают высокой магнитной проницаемостью и малым задерживающим полем (Нс 400 А/м) (рис. 3.2.2,а).

Рис. 3.2.2

К ним относятся низкоуглеродистые стали (w = 3500…7000, Нс= 100 А/м), листовые электротехнические стали, железоникелевые сплавы — пермалои и оксидные ферромагнетики — ферриты. Листовые электротехнические стали представляют собой сплав железа с кремнием (1…4%). Кремний увеличивает магнитную проницаемость, уменьшает коэрцитивную силу, а также потери на гистерезис и существенно увеличивает удельное электрическое сопротивление, т.е. снижает потери, связанные с вихревыми токами. У пермалоев по сравнению с электротехническими сталями магнитная проницаемость в десятки и сотни раз выше, коэрцитивная сила в 10…50 раз меньше, а удельное сопротивление того же порядка. Основное достоинство ферритов — высокое удельное сопротивление (на семь порядков больше, чем у стали), что существенно снижает потери и позволяет использовать их на высоких частотах.

Магнитомягкие материалы обычно применяют в устройствах, в процессе работы которых происходит постоянное перемагничива- ние, например в сердечниках трансформаторов, полюсных наконечниках всех машин переменного тока и др.

Магнитотвердые материалы обладают сравнительно небольшой магнитной проницаемостью, но высокой остаточной магнитной индукцией Вг и большим задерживающим полем Нс (рис. 3.2.2,6). На процесс перемагничивания затрачивается большое количество энергии. Эти материалы трудно перёмагничиваются и поэтому обычно используются для изготовления постоянных магнитов. К магнитотвердым материалам относятся углеродистые, вольфрамовые, хромистые и кобальтовые стали (#с = 5000… 13500 А/м, В, = 0,7… 1 Тл), а также сплавы алии, алниси, апнико, магнико (#с = 20000…60000 А/м, В, = 0,4… 1,25 Тл).

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 7 апреля 2018;
проверки требуют 8 правок.