Pętla histerezy: 7 ważnych faktów, które powinieneś wiedzieć

Spis treści:

• Wprowadzenie
• Histereza magnetyczna
• Definicja pętli histerezy
• Znaczenie histerezy
• Prosta pętla histerezy
• Pętla histerezy z różnymi parametrami
• Wyjaśnienie krzywej histerezy
• Przepuszczalność wolnej przestrzeni
• Intensywność namagnesowania
• Co to jest intensywność magnetyczna?
• Co to jest podatność magnetyczna?
• Relacja między B i H.
• Retencja i koercja w pętli histerezy
• Pozostały magnetyzm
• Siła przymusu

Pętla histerezy

Definicja pętli histerezy

Histereza magnetyczna jest powszechnym zjawiskiem, jeśli materiał magnetyczny jest namagnesowany i kończy jeden pełny cykl namagnesowania. Gdy gęstość strumienia magnetycznego lub gęstość namagnesowania (B) jest wykreślana w funkcji natężenia pola magnetycznego (H) dla jednego pełnego cyklu namagnesowania i demagnetyzacji, wówczas otrzymana pętla jest nazywana pętlą histerezy. Krzywa pętli histerezy może mieć różny kształt i rozmiar w zależności od rodzaju materiału.

Znaczenie histerezy

Pochodzi od greckiego słowa „Hysterein”, słowo „histereza” zostało wyprowadzone, co oznacza pozostawanie w tyle.

Krzywa histerezy

Pętla histerezy z różnymi parametrami

Wyjaśnienie krzywej histerezy

• Gdy natężenie pola magnetycznego (H) wzrasta, gęstość strumienia magnetycznego materiału (B) również wzrasta, ponieważ coraz więcej domen jest ustawianych w kierunku przyłożonego z zewnątrz pola magnetycznego. Ta część jest pokazana na powyższym rysunku, jak możemy obserwować od punktu początkowego do punktu „a”.
• Kiedy wszystkie domeny są wyrównane ze względu na rosnące pole zewnętrzne, materiał zostaje nasycony magnetycznie, czyli pojawia się zjawisko nasycenia. Poza tym, jeśli wzrasta natężenie magnetyczne (H), to gęstość strumienia magnetycznego (B) nie zmienia się, pozostaje taka sama, jak widać na rysunku, że po osiągnięciu punktu „a” B staje się stałe.
• Teraz, jeśli natężenie magnetyczne (H) jest zmniejszone, gęstość strumienia magnetycznego (B) również maleje, ale pozostaje w tyle za intensywnością magnetyczną (H). Stąd na rysunku możemy zauważyć, że gdy natężenie magnetyczne (H) osiąga zero w punkcie „b”, to gęstość strumienia magnetycznego (B) nie spada do zera. Wartość gęstości strumienia magnetycznego (B) jest zachowywana przez materiał, gdy natężenie magnetyczne (H) jest równe „0” i jest określane jako „retencja”.
• Ponadto, jeśli kierunek zewnętrznego pola magnetycznego zostanie odwrócony, a wielkość natężenia pola magnetycznego (H) zostanie zwiększona, materiał zacznie rozmagnesowywać. Obserwacja w punkcie „c”, gęstość strumienia magnetycznego (B) okazała się równa „0”. Ta wartość natężenia magnetycznego (H), która jest potrzebna do zmniejszenia gęstości strumienia magnetycznego (B) do zera, nazywana jest „koercją”.
• Teraz, gdy pole magnetyczne zastosowane w odwrotnym kierunku jest dalej zwiększane, materiał ponownie staje się nasycony, ale w przeciwnym kierunku, jak widać na schemacie w punkcie „d”.
• Kiedy to odwrotne pole magnetyczne jest zmniejszone, gęstość strumienia magnetycznego (B) ponownie pozostaje w tyle za natężeniem magnetycznym (H), aw punkcie „e” natężenie magnetyczne (H) staje się zerowe, ale gęstość strumienia magnetycznego (B) nie spada do zera .
• Ponownie, gdy aktualny kierunek pola magnetycznego jest odwrócony, a natężenie magnetyczne (H) ponownie wzrasta od zera, cykl się powtarza.

Obszar objęty pętlą przedstawia straty energii podczas pełnego cyklu namagnesowania i rozmagnesowania.

Przepuszczalność wolnej przestrzeni

Przepuszczalność wolnej przestrzeni, μ_o, jest stałym parametrem reprezentowanym przez dokładną wartość 4π x 10^-7 H / m służy do powietrza. Ta stała μo występuje w równaniach Maxwella, które opisują i wiążą pola elektryczne i magnetyczne wraz z właściwościami elektromagnetyczny promieniowanie, tj. pomaga odnieść i zdefiniować wielkości takie jak przepuszczalność, gęstość namagnesowania, natężenie magnetyczne itp.

W tym artykule szczegółowo omówiono histerezę magnetyczną. ale oprócz tego musimy wyjaśnić kilka pojęć związanych z namagnesowaniem, takich jak przepuszczalność, retencja w wolnej przestrzeni i w innym ośrodku.

Intensywność namagnesowania

Materiał magnetyczny w polu magnetycznym generuje indukowany moment dipolowy w tym materiale, a ten moment na jednostkę objętości jest rozpoznawany jako intensywność namagnesowania (I) lub gęstość namagnesowania.

  = 

Gdzie   jest momentem dipolowym wywołanym siecią. Jej Jednostką jest Am^-1

Co to jest intensywność magnetyczna?

Aby namagnesować materiał magnetyczny, należy przyłożyć pole magnetyczne. Stosunek tego pola magnetycznego do przepuszczalności wolnej przestrzeni jest znany jako natężenie magnetyczne H.

  = 

Gdzie , zewnętrzne pole magnetyczne jest również nazywane gęstością strumienia magnetycznego.

Jednostką natężenia pola magnetycznego jest Am^-1 taka sama jak intensywność namagnesowania.

Co to jest podatność magnetyczna?

Stosunek wielkości natężenia namagnesowania do natężenia magnetycznego jest znany jako podatność magnetyczna (). Podatność magnetyczną można wytłumaczyć stopniem łatwości, z jaką można namagnesować materiał magnetyczny. W związku z tym materiał o wyższej wartości podatności magnetycznej będzie łatwiej namagnesowany w porównaniu z innymi, które mają mniejszą wartość podatności magnetycznej.

  =   gdzie symbole mają swoje zwykłe znaczenie.

Podatność magnetyczna jest wielkością skalarną i nie ma wymiaru, a zatem nie ma jednostki.

Co to jest przenikalność magnetyczna?

Przenikalność magnetyczna to stosunek wartości pola magnetycznego netto wewnątrz materiału do wartości natężenia magnetycznego. Tutaj pole magnetyczne netto wewnątrz materiału jest dodatkiem wektorowym przyłożonego pola magnetycznego i pola magnetycznego do namagnesowania tej materii. Przenikalność magnetyczną można po prostu wyjaśnić jako miarę zakresu, w jakim pole magnetyczne może przenikać (przenikać) przez dany materiał magnetyczny.

 =  

Przenikalność magnetyczna jest wielkością skalarną, a jej jednostką jest   

Innym terminem związanym z przenikalnością magnetyczną jest przenikalność względna, którą można zdefiniować jako stosunek przepuszczalności ośrodka do przepuszczalności wolnej przestrzeni.

Relacja między B i H.

Całkowite pole magnetyczne B, zwane również gęstością strumienia, to suma linii pola magnetycznego utworzonych w określonym obszarze. Jest reprezentowany przez symbol B.

Jako natężenie magnetyczne H, które jest wprost proporcjonalne do zewnętrznego pola magnetycznego, można zatem stwierdzić, że natężenie pola magnetycznego lub natężenie magnetyczne H można zwiększyć zwiększając albo wielkość prądu, albo liczbę zwojów cewki, w której materiał jest zachowany.

Wiemy, że B = μH lub B = H

μ_r nie ma stałej wartości, a raczej zależy od natężenia pola, dlatego dla materiałów magnetycznych stosunek gęstości strumienia lub całkowitego pola magnetycznego do natężenia pola magnetycznego lub natężenia magnetycznego znanego przez B / H.

W związku z tym otrzymujemy nieliniową krzywą, gdy wykreślimy strumień magnetyczny (B) i intensywność magnetyczną (H) odpowiednio na osi X i osi Y. Ale dla cewek bez materiału wewnątrz, tj. Strumień magnetyczny nie jest indukowany wewnątrz żadnego materiału, ale jest indukowany w próżni lub w przypadku dowolnego rdzenia z materiału niemagnetycznego, takiego jak drewno, tworzywa sztuczne itp.

Możemy zaobserwować, że gęstość strumienia dla powyższych materiałów, tj. Żelaza i stali, staje się stała wraz ze wzrostem natężenia pola magnetycznego i jest to znane jako nasycenie, ponieważ gęstość strumienia magnetycznego nasyca się przy wyższych wartościach natężenia magnetycznego. Kiedy natężenie magnetyczne jest niskie, a zatem przyłożona siła magnetyczna jest mała, tylko kilka atomów w materiale zostaje wyrównanych. Wraz ze wzrostem intensywności magnetycznej pozostałe można również łatwo wyrównać.

Jednak wraz ze wzrostem H, ponieważ coraz więcej strumienia zostaje zatłoczone w tym samym polu przekroju materiału ferromagnetycznego, bardzo niewiele atomów jest dostępnych w tym materiale do wyrównania; dlatego jeśli zwiększymy H, strumień magnetyczny (B) nie wzrośnie już dalej, a zatem zostanie nasycony. Jak wspomniano wcześniej, nasycenie zjawiska jest ograniczone do elektromagnesów z rdzeniem żelaznym.

Retencja i koercja w pętli histerezy

Retencja

Retencja materiału jest miarą ilości pola magnetycznego pozostającego w materiale po usunięciu zewnętrznego pola magnetycznego. Można to również zdefiniować jako zdolność materiału do zachowania części swojego magnetyzmu nawet po zatrzymaniu procesu magnesowania. Retencyjnie zależy od właściwości materiałów.

Po namagnesowaniu materiału magnetycznego niektóre elektrony w atomach pozostają ustawione zgodnie z pierwotnym kierunkiem pola magnetycznego i zachowują się jak małe magnesy z własnymi momentami dipolowymi i nie powracają do całkowicie przypadkowego wzoru, jak reszta z nich. Z tego powodu w materiałach pozostaje pewna ilość pola magnetycznego lub ogólnego magnetyzmu. Materiały ferromagnetyczne mają stosunkowo wysoką retencję w porównaniu do innych materiałów magnetyzujących, co czyni je idealnymi do budowy magnesów trwałych.

Pozostały magnetyzm

Magnetyzm szczątkowy to wielkość gęstości strumienia magnetycznego, która może być zatrzymana przez materiał magnetyczny, a zdolność do jej zatrzymywania jest określana jako Retencja materiału.

Siła przymusu

Siłę przymusu można zdefiniować jako wielkość siły magnesującej wymaganej do wyeliminowania magnetyzmu szczątkowego zatrzymywanego przez materiał.

W dalszych rozdziałach omówimy rodzaje magnesów, magnesów trwałych i elektromagnesów w oparciu o właściwości i charakter materiałów.

Więcej artykułów związanych z elektroniką kliknij tutaj

Przeczytaj także:

• Strumień i powierzchnia magnetyczna
• Czy pole magnetyczne jest zerowe
• Czy igła jest magnetyczna
• Czy strumień magnetyczny jest ujemny?
• Czy Jowisz jest magnetyczny
• Czy złoto jest magnetyczne?
• Jest magnesem neodymowym
• Czy kobalt jest magnetyczny
• Strumień magnetyczny i napięcie
• Czy aluminium jest magnetyczne