סיווג ומאפיינים בסיסיים של חומרים מגנטיים
כל החומרים בטבע הם מגנטיים במובן זה שיש להם תכונות מגנטיות מסוימות ומתקשרים בצורה מסוימת עם שדה מגנטי חיצוני.
החומרים המשמשים בטכנולוגיה נקראים מגנטיים, תוך התחשבות בתכונות המגנטיות שלהם. התכונות המגנטיות של החומר תלויות בתכונות המגנטיות של מיקרו-חלקיקים, במבנה האטומים והמולקולות.
סיווג חומרים מגנטיים
חומרים מגנטיים מחולקים למגנטי חלש ומגנטי חזק.
להיות מגנטי חלש כוללים diamagnets ו paramagnets.
מגנטי חזק - פרומגנטים, אשר בתורם יכולים להיות רכים מגנטית וקשים מגנטית. מבחינה פורמלית, ניתן לאפיין את ההבדל בתכונות המגנטיות של חומרים על ידי החדירות המגנטית היחסית.
דיאמגנטים מתייחסים לחומרים שלאטומים (יונים) שלהם אין מומנט מגנטי כתוצאה מכך. חיצונית, דיאמגנטים מתבטאים על ידי דחיית השדה המגנטי. אלה כוללים אבץ, נחושת, זהב, כספית וחומרים אחרים.
פרמגנטים נקראים חומרים, שהאטומים (יונים) שלהם יוצרים מומנט מגנטי בלתי תלוי בשדה המגנטי החיצוני. חיצונית, פרמגנטים מתבטאים באמצעות משיכה שדה מגנטי לא הומוגני... אלה כוללים אלומיניום, פלטינה, ניקל וחומרים אחרים.
פרומגנטים נקראים חומרים שבהם השדה המגנטי (הפנימי) שלהם יכול להיות גבוה מאות ואלפי מונים מהשדה המגנטי החיצוני שגרם לו.
כל גוף פרומגנטי מחולק לאזורים - אזורים קטנים של מגנטיזציה ספונטנית (ספונטנית). בהיעדר שדה מגנטי חיצוני, כיווני הווקטורים הממגנטים של אזורים שונים אינם חופפים, והמגנטיזציה המתקבלת של הגוף כולו יכולה להיות אפס.
ישנם שלושה סוגים של תהליכי מגנטיזציה פרומגנטית:
1. תהליך של תזוזה הפיכה של תחומים מגנטיים. במקרה זה, יש תזוזה של גבולות האזורים המכוונים הקרובים ביותר לכיוון השדה החיצוני. כאשר השדה מוסר, התחומים עוברים לכיוון ההפוך. אזור תזוזה של תחום הפיך ממוקם בחלק ההתחלתי של עקומת המגנטיזציה.
2. תהליך של תזוזה בלתי הפיכה של תחומים מגנטיים. במקרה זה, תזוזה של הגבולות בין תחומים מגנטיים אינה מוסרת עם ירידה בשדה המגנטי. ניתן להשיג את המיקומים הראשוניים של התחומים בתהליך היפוך המגנטיזציה.
עקירה בלתי הפיכה של גבולות תחום מובילה להופעה היסטרזה מגנטית - הפיגור של אינדוקציה מגנטית מ עוצמת השדה.
3. תהליכי סיבוב תחום. במקרה זה, השלמת תהליכי העקירה של גבולות התחום מובילה לרוויה טכנית של החומר.באזור הרוויה, כל האזורים מסתובבים בכיוון השדה. לולאת ההיסטרזיס שמגיעה לאזור הרוויה נקראת הגבול.
למעגל ההיסטרזיס המגביל את המאפיינים הבאים: Bmax - אינדוקציית רוויה; Br - אינדוקציה שיורית; Hc - כוח מעכב (כפייה).
חומרים בעלי ערכי Hc נמוכים (מחזור היסטרזיס צר) וגבוהים חדירות מגנטית נקראים מגנטיים רכים.
חומרים בעלי ערכים גבוהים של Hc (לולאת היסטרזיס רחבה) וחדירות מגנטית נמוכה נקראים חומרים קשים מבחינה מגנטית.
במהלך מגנטיזציה של פרומגנט בשדות מגנטיים מתחלפים, תמיד נצפים הפסדי אנרגיה תרמית, כלומר, החומר מתחמם. הפסדים אלו נובעים מהיסטרזיס ו הפסדי זרם מערבולת... אובדן ההיסטרזיס הוא פרופורציונלי לאזור לולאת ההיסטרזיס. הפסדי זרם מערבולת תלויים בהתנגדות החשמלית של הפרומגנט. ככל שההתנגדות גבוהה יותר, כך הפסדי זרם המערבולת נמוכים יותר.
חומרים רכים מגנטית וחומרים קשים מגנטית
חומרים מגנטיים רכים כוללים:
1. ברזל טהור מבחינה טכנית (פלדה חשמלית דלת פחמן).
2. פלדות סיליקון אלקטרוטכניות.
3. סגסוגות ברזל ניקל וברזל קובלט.
4. פריטים מגנטיים רכים.
התכונות המגנטיות של פלדה דלת פחמן (ברזל טהור מבחינה טכנית) תלויות בתכולת זיהומים, עיוות של סריג הגביש עקב דפורמציה, גודל גרגר וטיפול בחום. בשל ההתנגדות הנמוכה שלו, נעשה שימוש בברזל טהור מסחרית לעתים נדירות למדי בהנדסת חשמל, בעיקר עבור מעגלי שטף מגנטי DC.
פלדת סיליקון אלקטרוטכנית היא החומר המגנטי העיקרי לצריכה המונית. זוהי סגסוגת ברזל-סיליקון. סגסוגת עם סיליקון מאפשרת לך להפחית את כוח הכפייה ולהגדיל את ההתנגדות, כלומר להפחית את הפסדי זרם המערבולת.
פלדת פלדה חשמלית, המסופקת ביריעות בודדות או בסלילים, ופלדת רצועות, המסופקת רק בסלילים, הם מוצרים מוגמרים למחצה המיועדים לייצור מעגלים מגנטיים (ליבה).
ליבות מגנטיות נוצרות או מלוחות בודדים המתקבלים על ידי הטבעה או חיתוך, או על ידי סלילה מרצועות.
הם נקראים סגסוגות פרמלואיד ניקל-ברזל... יש להם חדירות מגנטית ראשונית גדולה באזור שדות מגנטיים חלשים. Permalloy משמש לליבות של שנאי כוח קטנים, משנקים וממסרים.
פריטים הם קרמיקה מגנטית עם עמידות גבוהה, גבוהה פי 1010 מזו של ברזל. פריטים משמשים במעגלים בתדר גבוה מכיוון שהחדירות המגנטית שלהם כמעט ואינה יורדת עם הגדלת התדר.
החסרונות של פריטים הם השראת הרוויה הנמוכה שלהם וחוזק מכני נמוך. לכן, פריטים משמשים בדרך כלל באלקטרוניקה במתח נמוך.
חומרים קשים מבחינה מגנטית כוללים:
1. יצוק חומרים קשיחים מגנטית המבוססים על סגסוגות Fe-Ni-Al.
2. חומרים מגנטיים מוצקים באבקה המתקבלים על ידי לחיצת אבקות עם טיפול בחום לאחר מכן.
3. פריטים מגנטיים קשים. חומרים קשים מגנטית הם חומרים למגנטים קבועיםמשמש במנועים חשמליים ומכשירים חשמליים אחרים הדורשים שדה מגנטי קבוע.