คุณสมบัติของวัสดุแม่เหล็กไฟฟ้าและการประยุกต์ใช้ในเทคโนโลยี

รอบเส้นลวดที่มีกระแสไฟฟ้าแม้ในสุญญากาศก็มี สนามแม่เหล็ก… และถ้าสารใดถูกนำเข้าสู่สนามนี้ สนามแม่เหล็กก็จะเปลี่ยนไป เนื่องจากสารใดๆ ในสนามแม่เหล็กจะถูกทำให้เป็นแม่เหล็ก นั่นคือจะได้โมเมนต์แม่เหล็กมากหรือน้อย ซึ่งหมายถึงผลรวมของโมเมนต์แม่เหล็กเบื้องต้นที่เกี่ยวข้องกับ ส่วนประกอบของสารนั้น

สาระสำคัญของปรากฏการณ์นี้อยู่ที่ข้อเท็จจริงที่ว่าโมเลกุลของสารหลายชนิดมีโมเมนต์แม่เหล็กในตัวเอง เนื่องจากประจุเคลื่อนที่ภายในโมเลกุล ซึ่งก่อตัวเป็นกระแสวงกลมมูลฐาน และด้วยเหตุนี้จึงมีสนามแม่เหล็กตามมาด้วย หากไม่มีการใช้สนามแม่เหล็กภายนอกกับสาร โมเมนต์แม่เหล็กของโมเลกุลจะถูกวางแบบสุ่มในอวกาศ และสนามแม่เหล็กทั้งหมด (รวมถึงโมเมนต์แม่เหล็กทั้งหมดของโมเลกุล) ของตัวอย่างดังกล่าวจะเป็นศูนย์

หากนำตัวอย่างเข้าสู่สนามแม่เหล็กภายนอก การวางแนวของโมเมนต์แม่เหล็กมูลฐานของโมเลกุลจะได้รับทิศทางพิเศษภายใต้อิทธิพลของสนามภายนอก เป็นผลให้โมเมนต์แม่เหล็กทั้งหมดของสารจะไม่เป็นศูนย์อีกต่อไป เนื่องจากสนามแม่เหล็กของแต่ละโมเลกุลภายใต้เงื่อนไขใหม่จะไม่ชดเชยซึ่งกันและกัน ดังนั้น สารนี้จึงสร้างสนามแม่เหล็ก B

หากโมเลกุลของสารในตอนแรกไม่มีช่วงเวลาแม่เหล็ก (มีสารดังกล่าว) จากนั้นเมื่อตัวอย่างดังกล่าวถูกนำเข้าสู่สนามแม่เหล็ก กระแสวงกลมจะถูกเหนี่ยวนำเข้ามา นั่นคือ โมเลกุลจะได้รับช่วงเวลาแม่เหล็ก ซึ่งอีกครั้ง เป็นผลให้นำไปสู่การปรากฏตัวของสนามแม่เหล็กทั้งหมด B.

สารที่รู้จักส่วนใหญ่จะถูกทำให้เป็นแม่เหล็กอย่างอ่อนในสนามแม่เหล็ก แต่ยังมีสารที่มีคุณสมบัติแม่เหล็กแรงที่ต่างกัน พวกเขาเรียกว่า เฟอร์โรแมกเนติกส์… ตัวอย่างของแม่เหล็กเฟอร์โรแม่เหล็ก: เหล็ก โคบอลต์ นิกเกิล และโลหะผสมของพวกมัน

แม่เหล็กเฟอร์โรแมกเนตรวมถึงของแข็งที่อุณหภูมิต่ำมีการดึงดูดแม่เหล็กที่เกิดขึ้นเอง (เกิดขึ้นเอง) ซึ่งแปรผันอย่างมากภายใต้อิทธิพลของสนามแม่เหล็กภายนอก การเสียรูปทางกล หรืออุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลง นี่คือพฤติกรรมของเหล็กและเหล็ก นิกเกิล โคบอลต์ และโลหะผสม ความสามารถในการซึมผ่านของแม่เหล็กสูงกว่าสุญญากาศหลายพันเท่า

ด้วยเหตุนี้ในวิศวกรรมไฟฟ้า การนำฟลักซ์แม่เหล็กและการแปลงพลังงานจึงถูกนำมาใช้แบบดั้งเดิม แกนแม่เหล็กทำจากวัสดุเฟอร์โรแมกเนติก.

ในสารดังกล่าว คุณสมบัติทางแม่เหล็กจะขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางแม่เหล็กของตัวพาพื้นฐานของแม่เหล็ก— อิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ภายในอะตอม… แน่นอน อิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ในวงโคจรในอะตอมรอบนิวเคลียสของพวกมันก่อให้เกิดกระแสแบบวงกลม (ไดโพลแม่เหล็ก) แต่ในกรณีนี้ อิเล็กตรอนยังหมุนรอบแกนของพวกมันด้วย ทำให้เกิดโมเมนต์แม่เหล็กแบบหมุน ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการดึงดูดแม่เหล็กของแม่เหล็กเฟอร์โรแมกเนติก

คุณสมบัติของแม่เหล็กไฟฟ้าจะปรากฏเฉพาะเมื่อสารอยู่ในสถานะผลึก นอกจากนี้ คุณสมบัติเหล่านี้ยังขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเป็นอย่างมาก เนื่องจากการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนจะขัดขวางการวางแนวที่เสถียรของโมเมนต์แม่เหล็กเบื้องต้น ดังนั้นสำหรับแม่เหล็กเฟอร์โรแม่เหล็กแต่ละอัน จะมีการกำหนดอุณหภูมิเฉพาะ (จุดคูรี) ซึ่งโครงสร้างการดึงดูดแม่เหล็กจะถูกทำลายและสารจะกลายเป็นพาราแมกเนติก ตัวอย่างเช่นสำหรับเหล็กคือ 900 ° C

แม้ในสนามแม่เหล็กอ่อน แม่เหล็กเฟอร์โรแมกเนตยังสามารถทำให้อิ่มตัวได้ นอกจากนี้ ความสามารถในการซึมผ่านของแม่เหล็กขึ้นอยู่กับขนาดของสนามแม่เหล็กภายนอกที่ใช้

ในช่วงเริ่มต้นของกระบวนการทำให้เป็นแม่เหล็ก การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ข แข็งแกร่งขึ้นใน ferromagnetic ซึ่งหมายความว่า การซึมผ่านของแม่เหล็ก มันเยี่ยมมาก แต่เมื่อความอิ่มตัวเกิดขึ้นการเพิ่มการเหนี่ยวนำแม่เหล็กของสนามภายนอกจะไม่ทำให้สนามแม่เหล็กของเฟอร์โรแมกเนติกเพิ่มขึ้นอีกต่อไป ดังนั้น ความสามารถในการซึมผ่านของแม่เหล็กของตัวอย่างจึงลดลง ตอนนี้มีแนวโน้มเป็น 1

คุณสมบัติที่สำคัญของแม่เหล็กเฟอร์โรแมกเนตคือ ส่วนที่เหลือ… สมมติว่ามีการวางแท่งแม่เหล็กไฟฟ้าไว้ในขดลวด และโดยการเพิ่มกระแสในขดลวด กระแสไฟฟ้าจะเข้าสู่สภาวะอิ่มตัว จากนั้นกระแสในขดลวดก็ดับลง นั่นคือ สนามแม่เหล็กของขดลวดถูกลบออก

สังเกตได้ว่าแท่งไฟฟ้าไม่ได้ถูกลดอำนาจแม่เหล็กให้อยู่ในสถานะที่เริ่มต้น สนามแม่เหล็กของมันจะมากขึ้น นั่นคือจะมีการเหนี่ยวนำเหลืออยู่ ก้านถูกหมุนในลักษณะนี้ ให้เป็นแม่เหล็กถาวร.

ในการล้างอำนาจแม่เหล็กของแท่งกลับนั้นจำเป็นต้องใช้สนามแม่เหล็กภายนอกที่มีทิศทางตรงกันข้ามและมีการเหนี่ยวนำเท่ากับการเหนี่ยวนำที่เหลือ ค่าของโมดูลัสของการเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กที่ต้องใช้กับแม่เหล็กเฟอร์โรแมกเนติก (แม่เหล็กถาวร) เพื่อล้างอำนาจแม่เหล็กเรียกว่า บีบบังคับ.

ปรากฏการณ์เมื่อในระหว่างการทำให้เป็นแม่เหล็กของแม่เหล็กเฟอร์โรแมกเนติกการเหนี่ยวนำในนั้นล่าช้ากว่าการเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กที่ใช้เรียกว่า ฮิสเทรีซิสแม่เหล็ก (ดู - ฮิสเทรีซิสคืออะไร).

เส้นโค้งการสะกดจิต (ลูปฮิสเทอรีซิส) สำหรับวัสดุเฟอร์โรแมกเนติกส์ที่แตกต่างกันนั้นแตกต่างกัน

วัสดุบางชนิดมีลูปฮิสเทรีซิสกว้าง — วัสดุเหล่านี้เป็นวัสดุที่มีการดึงดูดแม่เหล็กตกค้างสูง พวกเขาเรียกว่าวัสดุแข็งทางแม่เหล็ก วัสดุแม่เหล็กแข็งใช้ในการผลิตแม่เหล็กถาวร

ในทางตรงกันข้าม วัสดุแม่เหล็กอ่อนจะมีวงฮิสเทรีซิสที่แคบ การดึงดูดแม่เหล็กตกค้างต่ำ และถูกทำให้เป็นแม่เหล็กได้ง่ายในสนามที่อ่อนแอ วัสดุเหล่านี้เป็นวัสดุแม่เหล็กอ่อนที่ใช้เป็นแกนแม่เหล็กของหม้อแปลง สเตเตอร์ของมอเตอร์ ฯลฯ

แม่เหล็กเฟอร์โรแมกเนติกมีบทบาทสำคัญอย่างมากในด้านเทคโนโลยีในปัจจุบัน วัสดุแม่เหล็กอ่อน (เฟอร์ไรต์ เหล็กไฟฟ้า) ใช้ในมอเตอร์ไฟฟ้าและเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ในหม้อแปลงไฟฟ้าและโช้ก ตลอดจนวิศวกรรมวิทยุ เฟอร์ไรต์ทำจาก แกนตัวเหนี่ยวนำ.

วัสดุแม่เหล็กแข็ง (เฟอร์ไรต์ของแบเรียม โคบอลต์ สตรอนเทียม นีโอไดเมียม-เหล็ก-โบรอน) ถูกนำมาใช้เพื่อผลิตแม่เหล็กถาวร แม่เหล็กถาวรใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์ไฟฟ้าและอะคูสติก ในมอเตอร์และเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ในเข็มทิศแม่เหล็ก ฯลฯ