Hiszterézis hurok: 7 fontos tény, amit tudnia kell

Tartalom:

  • Bevezetés
  • Mágneses hiszterézis
  • A hiszterézis hurok meghatározása
  • A hiszterézis jelentése
  • Egy egyszerű hiszterézis hurok
  • Hiszterézis hurok különböző paraméterekkel
  • A hiszterézis görbe magyarázata
  • A szabad tér áteresztőképessége
  • A mágnesezés intenzitása
  • Mi a mágneses intenzitás?
  • Mi a mágneses szuszceptibilitás?
  • B és H kapcsolata
  • Retentivitás és koercitivitás a hiszterézis hurokban
  • Maradék mágnesesség
  • Kényszerítő erő

Hiszterézis hurok

A hiszterézis hurok meghatározása

A mágneses hiszterézis gyakori jelenség, ha egy mágneses anyagot mágneseznek, és egy teljes mágnesezési ciklust teljesítenek. Ha a mágneses fluxussűrűséget vagy mágnesezési sűrűséget (B) a mágnesező tér (H) mágneses intenzitásával szemben ábrázoljuk egy teljes mágnesezési és lemágnesezési ciklusra, akkor a kapott hurkot hiszterézis huroknak nevezzük. A hiszterézis hurok görbéje az anyag jellegétől függően eltérő alakú és méretű lehet.

A hiszterézis jelentése

Ez a görög „Hysterein” szóból ered, a hiszterézis szóból származik, ami lemaradást jelent.

Hiszterézis görbe

hiszterézis hurok
Hiszterézis hurok, amely egy teljes mágnesezési és lemágnesezési ciklust ábrázol

Hiszterézis hurok különböző paraméterekkel

hiszterézis hurok
Hiszterézis hurok különböző paraméterekkel
Kép: Craxd1BH görbe és hurokCC BY-SA 3.0

A hiszterézis görbe magyarázata

  • A mágnesező tér (H) intenzitásának növelésével az anyag (B) mágneses fluxussűrűsége is növekszik, mivel egyre több tartomány kerül a külsőleg alkalmazott mágneses tér irányába. Ez a rész a fenti ábrán látható, ahogy azt a kiindulóponttól az „a” pontig láthatjuk.
  • Amikor a növekvő külső tér hatására az összes tartomány egybeesik, az anyag mágnesesen telítődik, azaz fellép a telítés jelensége. Ezen túlmenően, ha a mágneses intenzitást (H) növeljük, a mágneses fluxussűrűség (B) nem változik, ugyanaz marad, mint ahogy az ábrán is észrevehetjük, hogy az „a” pont elérése után B állandóvá válik.
  • Most, ha a mágneses intenzitást (H) csökkentjük, a mágneses fluxussűrűség (B) is csökken, de elmarad a mágneses intenzitástól (H). Ezért az ábrán észrevehetjük, hogy amikor a mágneses intenzitás (H) nullává válik a „b” pontban, akkor a mágneses fluxussűrűség (B) nem csökken nullára. A mágneses fluxussűrűség (B) értékét az anyag megtartja, ha a mágneses intenzitás (H) egyenlő '0'-val, ezt a 'retentivitás' elismeri.
  • Továbbá, ha a külső mágneses tér irányát megfordítjuk és a mágneses intenzitás nagyságát (H) növeljük, az anyag demagnetizálódik. A „c” pontban végzett megfigyelés, a mágneses fluxussűrűség (B) „0”-nak bizonyul. A mágneses intenzitásnak (H) ezt az értékét, amely a mágneses fluxussűrűség (B) nullára csökkentéséhez szükséges, „koercitivitásnak” nevezzük.
  • Most, ahogy a fordított irányban alkalmazott mágnesező tér tovább növekszik, az anyag ismét telítődik, de az ellenkező irányba, amint az a diagramon a „d” pontban látható.
  • Ha ezt a fordított mágneses mezőt csökkentjük, a mágneses fluxussűrűség (B) ismét elmarad a mágneses intenzitástól (H), és az „e” pontban a mágneses intenzitás (H) nullává válik, de a mágneses fluxussűrűség (B) nem csökken nullára. .
  • Amikor az aktuális mágneses tér iránya megfordul, és a mágneses intenzitás (H) ismét nulláról megnő, a ciklus megismétlődik.

A hurok által bezárt terület a mágnesezés és lemágnesezés teljes ciklusa során fellépő energiaveszteséget jelenti.

A szabad tér áteresztőképessége

A szabad tér áteresztőképessége, μo, egy állandó paraméter, amelyet 4π x 10 pontos érték képvisel-7 H / m levegőre használják. Ez az állandó μo megjelenik a Maxwell-egyenletekben, amelyek leírják és összefüggésbe hozzák az elektromos és mágneses tereket, valamint a elektromágneses sugárzás, azaz segít összefüggésbe hozni és meghatározni az olyan mennyiségeket, mint a permeabilitás, mágnesezési sűrűség, mágneses intenzitás stb.

A mágneses hiszterézist ebben a cikkben részletesen tárgyaljuk. de ezen túlmenően néhány olyan mágnesezéssel kapcsolatos fogalmat kell tisztáznunk, mint a permeabilitás, retentivitás szabad térben és különböző közegekben.

A mágnesezés intenzitása

A mágneses térben lévő mágneses anyag indukált dipólusmomentumot generál ebben az anyagban, és ezt az egységnyi térfogatra jutó momentumot a mágnesezés intenzitása (I) vagy mágnesezési sűrűségként ismerjük el.

  image008image009

Hol image011  a nettó indukált dipólusmomentum. Egysége az Am-1

Mi a mágneses intenzitás?

Egy mágneses anyag mágnesezéséhez mágneses teret kell alkalmazni. Ennek a mágneses térnek a szabad tér permeabilitásához viszonyított arányát H mágneses intenzitásnak nevezzük.

 image016image017

Hol image019, a külső mágneses teret mágneses fluxussűrűségnek is nevezik.

A mágneses intenzitás mértékegysége Am-1 megegyezik a mágnesezettség intenzitásával.

Mi a mágneses szuszceptibilitás?

A mágnesezettség intenzitása és a mágneses intenzitás nagyságának arányát mágneses szuszceptibilitásnak nevezzük (image023). A mágneses szuszceptibilitás azzal magyarázható, hogy milyen könnyedséggel lehet mágnesezni egy mágneses anyagot. Ezért a nagyobb mágneses szuszceptibilitású anyagok könnyebben mágnesezhetők, mint a többi, kisebb mágneses szuszceptibilitású anyag.

 image023 = image026   ahol a szimbólumoknak szokásos jelentése van.

A mágneses szuszceptibilitás egy skaláris mennyiség, és nincs dimenziója, tehát nincs egysége.

Mi a mágneses permeabilitás?

A mágneses permeabilitás az anyagon belüli nettó mágneses tér értékének és a mágneses intenzitás értékének aránya. Itt az anyagon belüli nettó mágneses tér az alkalmazott mágneses tér és az anyag mágnesezésére szolgáló mágneses mező vektoros összeadása. A mágneses permeabilitás egyszerűen magyarázható annak mértékével, hogy a mágnesező tér milyen mértékben képes áthatolni (áthatolni) egy adott mágneses anyagot.

image028 =  image029

A mágneses permeabilitás skaláris mennyiség, mértékegysége pedig az   image033

A mágneses permeabilitás másik fogalma a relatív permeabilitás, amely egy közeg permeabilitásának és a szabad tér permeabilitásának arányaként definiálható.

image034

B és H kapcsolata

A teljes B mágneses mező, amelyet fluxussűrűségnek is neveznek, egy meghatározott területen belül létrehozott mágneses erővonalak összessége. Ezt a B szimbólum jelöli.

H mágneses intenzitásként, amely egyenesen arányos a külső mágneses térrel, így kijelenthető, hogy a mágneses térerősség vagy a H mágneses intenzitás növelhető akár az áram nagyságának, akár a tekercs menetszámának növelésével. anyagot őriznek.

Tudjuk, hogy B = μH vagy B = image036H

μr nem állandó értéke, hanem a tér intenzitásától függ, ezért mágneses anyagoknál a fluxussűrűség vagy a teljes mágneses tér és a mágneses térerősség aránya vagy a B/H által ismert mágneses intenzitás.

Ezért nemlineáris görbét kapunk, amikor a mágneses fluxust (B) és a mágneses intenzitást (H) az X tengelyen, illetve az Y tengelyen ábrázoljuk. De olyan tekercseknél, amelyekben nincs anyag, azaz a mágneses fluxus nem indukálódik semmilyen anyag belsejében, hanem vákuumban indukálódik, vagy bármilyen nem mágneses anyagú mag esetében, mint például fa, műanyag stb.

Mágnesezési görbék
BH görbe különböző anyagokhoz 9 ferromágneses anyagból, telítettséget mutatva. 1. Acéllemez, 2. Szilíciumacél, 3. Öntött acél, 4. Volfrámacél, 5. Mágnesacél, 6. Öntöttvas, 7. Nikkel, 8. Kobalt, 9. Magnetit, Képhitel – Charles Proteus Steinmetz, Mágnesezési görbék, közkincsként megjelölve, további részletek a Wikimedia Commons

Megfigyelhető, hogy a fenti anyagok, azaz a vas és az acél fluxussűrűsége a mágneses tér intenzitásának növekedésével állandóvá válik, és ezt telítésnek nevezzük, mivel a mágneses fluxussűrűség telítődik magasabb mágneses intenzitás esetén. Ha a mágneses intenzitás alacsony, és ezért az alkalmazott mágneses erő alacsony, az anyagban csak néhány atom kerül egy vonalba. A mágneses intenzitás növekedésével a többi is könnyen beállítható.

Azonban a H növekedésével, ahogy egyre több fluxus zsúfolódik a ferromágneses anyag ugyanazon keresztmetszeti területére, nagyon kevés atom áll rendelkezésre az anyagon belül, hogy illeszkedjenek; így ha növeljük a H-t, akkor a (B) mágneses fluxus nem növekszik tovább, így telítődik. Mint korábban említettük, a telítettség jelensége a vasmagos elektromágnesekre korlátozódik.

Retentivitás és koercitivitás a hiszterézis hurokban

Retentivitás

Az anyag visszatartó képessége az anyagban maradó mágneses tér mértékének mértéke, amikor a külső mágnesező mezőt eltávolítják. Meghatározható úgy is, mint egy anyag azon képessége, hogy a mágnesezési folyamat leállítása után is megőrizze mágnesességének egy részét. Az anyag jellemzőitől függ.

A mágneses anyag felmágnesezése után az atomokban lévő elektronok egy része az eredeti mágnesező tér irányába igazodik, és apró mágnesként viselkedik saját dipólusmomentumaikkal, és nem tér vissza teljesen véletlenszerű mintázatba, mint a többi. Emiatt némi mágneses tér vagy általános mágnesesség marad az anyagokban. A ferromágneses anyagok viszonylag magas retentivitásúak más mágnesező anyagokhoz képest, így tökéletesek állandó mágnesek készítésére.

Maradék mágnesesség

A maradék mágnesesség a mágneses fluxussűrűségnek az a mértéke, amelyet egy mágneses anyag megtarthat, és a megtartásának képességét az anyag retentivitásának nevezik.

Kényszerítő erő

A kényszerítő erőt úgy határozhatjuk meg, mint annak a mágnesező erőnek a mértékét, amely az anyag által visszatartott maradék mágnesesség megszüntetéséhez szükséges.

A további részekben a mágnesek típusairól, az állandó mágnesekről és az elektromágnesekről lesz szó az anyagok tulajdonságai és jellege alapján.

További elektronikával kapcsolatos cikkért kattints ide

Is Read: