Классификация веществ по магнитным свойствам. Классификация веществ по магнитным свойствам реферат

2. Классификация веществ по магнитным свойствам

По реакции на внешнее магнитное поле и характеру магнитного упорядочения все вещества делятся на пять групп: диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики, антиферромагнетики и ферримагнетики (ферриты).

К диамагнетикам относятся вещества, в которых магнитная проницаемость меньше единицы и не зависит от напряженности внешнего магнитного поля. Обычно магнитная проницаемость близка к единице. Диамагнетизм обусловлен небольшим изменением угловой скорости орбитального обращения электронов при внесении атома в магнитное поле и присутствует в любом веществе.

Парамагнетики - это вещества с магнитной проницаемостью, немного больше единицы и не зависящей от напряженности внешнего магнитного поля. Парамагнетизм обусловлен преобладающей ориентацией магнитных моментов отдельных атомов, которые находятся в тепловом хаотичном движении, в одном направлении при внесении вещества в магнитное поле (рис. 4.3, а).

Ферромагнетики - вещества со значительной магнитной проницаемостью, которая сильно зависит от напряженности внешнего магнитного поля. Ферромагнетизму присуща внутренняя упорядоченность, которая выражается в существовании макроскопических областей, внутри которых существует параллельная ориентация магнитных моментов атомов даже при отсутствии внешнего магнитного поля (рис. 4.3, б). Такие области называются доменами. Важнейшая особенность ферромагнетиков - их способность намагничиваться до насыщения в относительно слабых магнитных полях.

В антиферромагнетиках, в отличие от ферромагнетиков, ниже некоторой критической температуры Нееля возникает антипараллельная ориентация элементарных магнитных моментов одинаковых атомов или ионов (см. рис. 4.3, в). Поэтому, несмотря на магнитное упорядочение, суммарная намагниченность антиферромагнетика при отсутствии магнитного поля равняется нулю.

К ферримагнетикам (ферритам) относятся вещества, магнитные свойства которых обусловлены нескомпенсированным антиферромагнетизмом (см. рис. 4.3, г). Они имеют свойства, характерные для ферромагнетиков, но отличаются от них больше высоким удельным сопротивлением и низкой индукцией насыщения. Их высокое удельное сопротивление обусловлено тем, что это оксиды металлов: MeО•Fe2O3, где Me - символ двухвалентного металла. Низкая индукция насыщения связана с антипараллельной ориентацией магнитных моментов отдельных атомов.

В технике получили применение в качестве магнитных материалов только ферромагнетики и ферриты.

Известно, что магнитные свойства вещества определяются спиновыми и орбитальными магнитными моментами электронов, а также магнитными моментами ядер атомов. Для того чтобы атом имел результирующий магнитный момент, отличный от нуля во время отсутствия магнитного поля, должны быть нескомпенсированы магнитные моменты спинов электронов. Это возможно только в атомах с незаполненными внешними оболочками. К ним относятся атомы элементов переходной группы: железа, никеля, кобальта и редкоземельных элементов.

Однако наличие магнитных моментов атомов еще не является достаточным условием для существования ферромагнетизма. Явление ферромагнетизма возможно при наличии взаимной ориентации постоянных магнитных моментов групп атомов в одном направлении. Поэтому между магнитными моментами отдельных соседних атомов должно существовать сильное взаимодействие. Подобное обменное взаимодействие нельзя описать с помощью классических моделей, оно представляет собой квантовый эффект,

При взаимодействии атомов с нескомпенсированными спинами с моментом количества движения иобменная энергия пропорциональна этим моментам:

(4.16)

где А - обменный интеграл.

Если расстояние между атомами мало, то обменный интеграл отрицательный и энергетически выгодным является размагниченное состояние вещества, т.е. антипараллельная ориентация соседних спинов атомов. Если обменный интеграл значителен и положителен, что возможно при большем расстоянии между атомами, то минимуму энергии системы отвечает намагниченное до насыщения состояние вещества, т.е. параллельная ориентация спинов у соседних атомов. Если же обменный интеграл мал (расстояние между атомами большое), то преобладающая ориентация спинов отдельных атомов отсутствует и вещество имеет слабые магнитные свойства (рис.4.4). На основании изложенного критерий перехода от антиферромагнитного состояния к ферромагнитному состоянию: а/d > 1,5. Это позволяет создавать ферромагнитные сплавы, которые состоят даже из целиком немагнитных материалов - сплавы Гейслера, например Cu2MnAl.

Наличие ферромагнитных свойств у таких сплавов легко объяснить из рис. 4.4. Небольшое увеличение межатомных расстояний между ионами марганца за счет внедрения в решетку немагнитных компонентов приводит к появлению ферромагнетизма.

studfiles.net

Магнитные свойства вещества - реферат

Описание.

Классификация веществ по магнитным свойствам.

Классификация магнитных материалов.

Основные требования к материалам.

Ферромагнетики.

Диамагнетики и парамагнетики в магнитном поле.

Литература.

Классификация веществ по магнитным свойствам

По реакции на внешнее магнитное поле и характеру внутреннего магнитного упорядочения все вещества в природе можно подразделить на пять групп: диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики, антиферромагнетики и ферримагнетики. Перечисленным видам магнетиков соответствуют пять различных видов магнитного состояния вещества: диамагнетизм, парамагнетизм, ферромагнетизм, антиферромагнетизм и ферримагнетизм.

Выдержка из работы.

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Костанайский  Государственный Университет им. Ахмета Байтурсынова

Реферат по теме:

«Магнитные  свойства вещества»

Выполнил: студент группы 08-101-31

Специальности 050718

Литвиненко  Р.В.

Проверил: Сапа В.Ю.

Костанай 2009-2010год.

План.

1. Классификация веществ по магнитным свойствам.

2. Классификация магнитных материалов.

3. Основные  требования к материалам.

4. Ферромагнетики.

5. Диамагнетики  и парамагнетики в магнитном  поле.

6. Литература.

Классификация веществ по магнитным свойствам

По реакции  на внешнее магнитное поле и характеру  внутреннего магнитного упорядочения все вещества в природе можно  подразделить на пять групп: диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики, антиферромагнетики и ферримагнетики. Перечисленным видам магнетиков соответствуют пять различных видов магнитного состояния вещества: диамагнетизм, парамагнетизм, ферромагнетизм, антиферромагнетизм и ферримагнетизм.

К диамагнетикам  относят вещества, у которых магнитная  восприимчивость отрицательна и не зависит от напряженности внешнего магнитного поля. К диамагнетикам относятся инертные газы, водород, азот, многие жидкости (вода, нефть и ее производные), ряд металлов (медь, серебро, золото, цинк, ртуть, галлий и др.), большинство полупроводников (кремний, германий, соединения АЗВ5, А2В6) и органических соединений, щелочно-галоидные кристаллы, неорганические стекла и др. Диамагнетиками являются все вещества с ковалентной химической связью и вещества в сверхпроводящем состоянии. 

К парамагнетикам относят вещества с положительной магнитной восприимчивостью, не зависящей от напряженности внешнего магнитного поля. К числу парамагнетиков относят кислород, окись азота, щелочные и щелочноземельные металлы, некоторые переходные металлы, соли железа, кобальта, никеля и редкоземельных элементов. 

К ферромагнетикам  относят вещества с большой положительной  магнитной восприимчивостью (до 106), которая сильно зависит от напряженности магнитного поля и температуры. 

Антиферромагнетиками  являются вещества, в которых ниже некоторой температуры спонтанно возникает антипараллельная ориентация элементарных магнитных моментов одинаковых атомов или ионов кристаллической решетки. При нагревании антиферромагнетик испытывает фазовый переход в парамагнитное состояние. Антиферромагнетизм обнаружен у хрома, марганца и ряда редкоземельных элементов (Се, Nd, Sm, Тm и др.). Типичными антиферромагнетиками являются простейшие химические соединения на основе металлов переходной группы типа окислов, галогенидов, сульфидов, карбонатов и т.п. 

К ферримагнетикам  относят вещества, магнитные свойства которых обусловлены нескомпенсированным  антиферромагнетизмом. Подобно ферромагнетикам  они обладают высокой магнитной  восприимчивостью, которая существенно  зависит от напряженности магнитного поля и температуры. Наряду с этим ферримагнетики характеризуются и рядом существенных отличий от ферромагнитных материалов. 

Свойствами ферримагнетиков  обладают некоторые упорядоченные  металлические сплавы, но, главным  образом,- различные оксидные соединения, среди которых наибольший практический интерес представляют ферриты.

Классификация магнитных материалов

Применяемые в  электронной технике магнитные  материалы подразделяют на две основные группы: магнитотвердые и магнитомягкие. В отдельную группу выделяют материалы специального назначения. 

К магнитотвердым относят материалы с большой коэрцитивной силой Нс. Они перемагничиваются лишь в очень сильных магнитных полях и служат для изготовления постоянных магнитов. 

К магнитомягким относят материалы с малой коэрцитивной силой и высокой магнитной проницаемостью. Они обладают способностью намагничиваться до насыщения в слабых магнитных полях, характеризуются узкой петлей гистерезиса и малыми потерями на перемагничивание. Магнитомягкие материалы используются в основном в качестве различных магнитопроводов: сердечников дросселей, трансформаторов, электромагнитов, магнитных систем электроизмерительных приборов и т. п. 

Условно магнитомягкими считают материалы, у которых  Нс < 800 А/м, а магнитотвердыми - с Нс > 4 кА/м. Необходимо, однако, отметить, что у лучших магнитомягких материалов коэрцитивная сила может составлять менее 1 А/м, а лучших магнитотвердых материалах ее значение превышает 500 кА/м. По масштабам применения в электронной технике среди материалов специального назначения следует выделить материалы с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ), ферриты для устройств сверхвысокочастотного диапазона и магнитострикционные материалы. 

Внутри каждой группы деление магнитных материалов по родам и видам отражает различия в их строении и химическом составе, учитывает технологические особенности и некоторые специфические свойства. 

Свойства магнитных  материалов определяются формой кривой намагничивания и петли гистерезиса. Магнитомягкие материалы применяются  для получения больших значений магнитного потока. Величина магнитного потока ограничена магнитным насыщением материала, а потому основным требованием к магнитным материалам сильноточной электротехники и электроники является высокая индукция насыщения. Свойства магнитных материалов зависят от их химического состава, от чистоты используемого исходного сырья и технологии производства. В зависимости от исходного сырья и технологии производства магнитомягкие материалы делятся на три группы: монолитные металлические материалы, порошковые металлические материалы (магнитодиэлектрические) и оксидные магнитные материалы, кратко называемые ферритами.

Основные  требования к материалам

Помимо высокой  магнитной проницаемости и малой  коэрцитивной силы магнитомягкие материалы должны обладать большой индукцией насыщения, т.е. пропускать максимальный магнитный поток через заданную площадь поперечного сечения магнитопровода. Выполнение этого требования позволяет уменьшить габаритные размеры и массу магнитной системы. 

Магнитный материал, используемый в переменных полях, должен иметь, возможно, меньшие потери на перемагничивание, которые складываются в основном из потерь на гистерезис и вихревые токи. 

Для уменьшения потерь на вихревые токи в трансформаторах  выбирают магнитомягкие материалы с повышенным удельным сопротивлением. Обычно магнитопроводы собирают из отдельных изолированных друг от друга тонких листов. Широкое применение получили ленточные сердечники, навиваемые из тонкой ленты с межвитковой изоляцией из диэлектрического лака. К листовым и ленточным материалам предъявляется требование высокой пластичности, благодаря которой облегчается процесс изготовления изделий из них. 

Важным требованием  к магнитомягким материалам является обеспечение стабильности их свойств, как во времени, так и по отношению к внешним воздействиям, таким, как температура и механические напряжения. Из всех магнитных характеристик наибольшим изменениям в процессе эксплуатации материала подвержены магнитная проницаемость (особенно в слабых полях) и коэрцитивная сила.

Ферромагнетики.

Разделение веществ  на диа-, пара- и ферромагнетики носит в значительной степени условный характер, т.к. первые два вида веществ отличаются по магнитным свойствам от вакуума менее чем на 0,05%. На практике все вещества обычно разделяют на ферромагнитные (ферромагнетики) и неферромагнитные, для которых относительная магнитная проницаемость m может быть принятой равной 1,0.

К ферромагнетикам  относятся железо, кобальт, никель и  сплавы на их основе. Они имеют магнитную проницаемость, превышающую проницаемость вакуума в несколько тысяч раз. Поэтому все электротехнические устройства, использующие магнитные поля для преобразования энергии, обязательно имеют конструктивные элементы, изготовленные из ферромагнитного материала и предназначенные для проведения магнитного потока. Такие элементы называются магнитопроводы.

Кроме высокой  магнитной проницаемости ферромагнетики обладают сильно выраженной нелинейной зависимостью индукции B от напряженности магнитного поля H, а при перемагничивании связь между B и H становится неоднозначной. Функции B(H) имеют особое значение, т.к. только с их помощью можно исследовать электромагнитные процессы в цепях, содержащих элементы, в которых магнитный поток проходит в ферромагнитной среде. Эти функции бывают двух видов: кривые намагничивания и петли гистерезиса.

Рассмотрим процесс  перемагничивания ферромагнетика. Пусть  первоначально он был полностью  размагничен. Сначала индукция быстро возрастает за счет того, что магнитные диполи ориентируются по силовым линиям поля, добавляя свой магнитный поток к внешнему. Затем ее рост замедляется по мере того, как количество неориентированных диполей уменьшается и, наконец, когда практически все они ориентируются по внешнему полю рост индукции прекращается и наступает режим насыщения (рис. 1). 

Если в процессе намагничивания довести напряженность  поля до некоторого значения, а затем  начать уменьшать, то уменьшение индукции будет происходить медленнее, чем  при намагничивании и новая кривая будет отличаться от первоначальной. Кривая изменения индукции при увеличении напряженности поля для предварительно полностью размагниченного вещества называется начальной кривой намагничивания. На рис. 1 она показана утолщенной линией.

После нескольких (около 10) циклов изменения напряженности от положительного до отрицательного максимальных значений зависимость B=f(H) начнет повторяться и приобретет характерный вид симметричной замкнутой кривой, называемой петлей гистерезиса. Гистерезисом называют отставание изменения индукции от напряженности магнитного поля. Явление гистерезиса характерно вообще для всех процессов, в которых наблюдается зависимость какой-либо величины от значения другой не только в текущем, но и в предыдущем состоянии, т.е. B2=f(h3, h2) - где h3 и h2 - соответственно текущее и предыдущее значения напряженности.

Петли гистерезиса  можно получить при различных  значениях максимальной напряженности  внешнего поля Hm (рис. 2). Геометрическое место точек вершин симметричных циклов гистерезиса называется основной кривой намагничивания. Основная кривая намагничивания практически совпадает с начальной кривой.

Симметричная  петля гистерезиса, полученная при  максимальной напряженности поля Hm (рис. 2), соответствующей насыщению ферромагнетика , называется предельным циклом.

Для предельного  цикла устанавливают также значения индукции Br при H = 0, которое называется остаточной индукцией, и значение Hc при B = 0, называемое коэрцитивной силой. Коэрцитивная (удерживающая) сила показывает, какую напряженность внешнего поля следует приложить к веществу, чтобы уменьшить остаточную индукцию до нуля.

Форма и характерные  точки предельного цикла определяют свойства ферромагнетика. Вещества с  большой остаточной индукцией, коэрцитивной силой и площадью петли гистерезиса (кривая 1 рис. 3) называются магнитнотвердыми. Они используются для изготовления постоянных магнитов. Вещества с малой остаточной индукцией и площадью петли гистерезиса (кривая 2 рис. 3) называются магнитномягкими и используются для изготовления магнитопроводов электротехнических устройств, в особенности работающих при периодически изменяющемся магнитном потоке. 

При перемагничивании ферромагнетика в нем происходят необратимые преобразования энергии  в тепло.

Пусть магнитное  поле создается обмоткой, по которой  протекает ток i. Тогда работа источника питания обмотки, затрачиваемая на элементарное изменение магнитного потока равна

Узнать стоимость уникальной работы в Zaochnik.com

• Самые низкие цены на рынке
• 100% гарантия качества
• Опыт работ более 10 лет

• Официальный договор
• Проверка на Антиплагиат
• Соблюдения сроков

• Соответсвие ГОСТу
• Бесплатная доработка
• Персональный менеджер

dipland.ru

1. Магнитные материалы.

1.1. Классификация веществ по магнитным свойствам

По реакции на внешнее магнитное поле и характеру внутреннего магнитного упорядочения все вещества в природе можно подразделить на пять групп: диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики, антиферромагнетики и ферримагнетики. Перечисленным видам магнетиков соответствуют пять различных видов магнитного состояния вещества: диамагнетизм, парамагнетизм, ферромагнетизм, антиферромагнетизм и ферримагнетизм.

К диамагнетикам относят вещества, у которых магнитная восприимчивость отрицательна и не зависит от напряженности внешнего магнитного поля. К диамагнетикам относятся инертные газы, водород, азот, многие жидкости (вода, нефть и ее производные), ряд металлов (медь, серебро, золото, цинк, ртуть, галлий и др.), большинство полупроводников и органических соединений, щелочно-галоидные кристаллы, неорганические стекла и др. Диамагнетиками являются все вещества с ковалентной химической связью и вещества в сверхпроводящем состоянии.

К парамагнетикам относят вещества с положительной магнитной восприимчивостью, не зависящей от напряженности внешнего магнитного поля. К числу парамагнетиков относят кислород, окись азота, щелочные и щелочноземельные металлы, некоторые переходные металлы, соли железа, кобальта, никеля и редкоземельных элементов.

К ферромагнетикам относят вещества с большой положительной магнитной восприимчивостью, которая сильно зависит от напряженности магнитного поля и температуры.

Антиферромагнетиками являются вещества, в которых ниже некоторой температуры спонтанно возникает антипараллельная ориентация элементарных магнитных моментов одинаковых атомов или ионов кристаллической решетки. При нагревании антиферромагнетик испытывает фазовый переход в парамагнитное состояние. Антиферромагнетизм обнаружен у хрома, марганца и ряда редкоземельных элементов (Ce, Nd, Sm, Tm и др.). Типичными антиферромагнетиками являются простейшие химические соединения на основе металлов переходной группы типа окислов, галогенидов, сульфидов, карбонатов и т.п.

К ферримагнетикам относят вещества, магнитные свойства которых обусловлены нескомпенсированным антиферромагнетизмом. Подобно ферромагнетикам они обладают высокой магнитной восприимчивостью, которая существенно зависит от напряженности магнитного поля и температуры. Наряду с этим ферримагнетики характеризуются и рядом существенных отличий от ферромагнитных материалов.

Свойствами ферримагнетиков обладают некоторые упорядоченные металлические сплавы, но, главным образом,- различные оксидные соединения, среди которых наибольший практический интерес представляют ферриты.

1.2. Классификация магнитных материалов.

Применяемые в электронной технике магнитные материалы подразделяют на две основные группы: магнитотвердые и магнитомягкие. В отдельную группу выделяют материалы специального назначения .

К магнитотвердым относят материалы с большой коэрцитивной силой Нс. Они перемагничиваются лишь в очень сильных магнитных полях и служат для изготовления постоянных магнитов.

К магнитомягким относят материалы с малой коэрцитивной силой и высокой магнитной проницаемостью. Они обладают способностью намагничиваться до насыщения в слабых магнитных полях, характеризуются узкой петлей гистерезиса и малыми потерями на перемагничивание. Магнитомягкие материалы используются в основном в качестве различных магнитопроводов: сердечников дросселей, трансформаторов, электромагнитов, магнитных систем электроизмерительных приборов и т. п.

Условно магнитомягкими считают материалы, у которых Нс < 800 А/м, а магнитотвердыми - с Нс > 4 кА/м. Необходимо, однако, отметить, что у лучших магнитомягких материалов коэрцитивная сила может составлять менее 1 А/м, а лучших магнитотвердых материалах ее значение превышает 500 кА/м. По масштабам применения в электронной технике среди материалов специального назначения следует выделить материалы с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ), ферриты для устройств сверхвысокочастотного диапазона и магнитострикционные материалы.

Внутри каждой группы деление магнитных материалов по родам и видам отражает различия в их строении и химическом составе, учитывает технологические особенности и некоторые специфические свойства.

Свойства магнитных материалов определяются формой кривой намагничивания и петли гистерезиса. Магнитомягкие материалы применяются для получения больших значений магнитного потока. Величина магнитного потока ограничена магнитным насыщением материала, а потому основным требованием к магнитным материалам сильноточной электротехники и электроники является высокая индукция насыщения. Свойства магнитных материалов зависят от их химического состава, от чистоты используемого исходного сырья и технологии производства. В зависимости от исходного сырья и технологии производства магнитомягкие материалы делятся на три группы: монолитные металлические материалы, порошковые металлические материалы (магнитодиэлектрические) и оксидные магнитные материалы, кратко называемые ферритами.

studfiles.net

Классификация веществ по магнитным свойствам — реферат

  По реакции на внешнее магнитное поле и характеру внутреннего магнитного упорядочения все вещества в природе можно подразделить на пять групп: диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики, антиферромагнетики и ферримагнетики. Перечисленным видам магнетиков соответствуют пять различных видов магнитного состояния вещества: диамагнетизм, парамагнетизм, ферромагнетизм, антиферромагнетизм и ферримагнетизм. 

К диамагнетикам  относят вещества, у которых магнитная  восприимчивость отрицательна и не зависит от напряженности внешнего магнитного поля. К диамагнетикам относятся инертные газы, водород, азот, многие жидкости (вода, нефть и ее производные), ряд металлов (медь, серебро, золото, цинк, ртуть, галлий и др.), большинство полупроводников (кремний, германий, соединения АЗВ5, А2В6) и органических соединений, щелочно-галоидные кристаллы, неорганические стекла и др. Диамагнетиками являются все вещества с ковалентной химической связью и вещества в сверхпроводящем состоянии. 

К парамагнетикам относят вещества с положительной  магнитной восприимчивостью, не зависящей  от напряженности внешнего магнитного поля. К числу парамагнетиков относят  кислород, окись азота, щелочные и  щелочноземельные металлы, некоторые  переходные металлы, соли железа, кобальта, никеля и редкоземельных элементов. 

К ферромагнетикам  относят вещества с большой положительной магнитной восприимчивостью (до 106), которая сильно зависит от напряженности магнитного поля и температуры. 

Антиферромагнетиками  являются вещества, в которых ниже некоторой температуры спонтанно возникает антипараллельная ориентация элементарных магнитных моментов одинаковых атомов или ионов кристаллической решетки. При нагревании антиферромагнетик испытывает фазовый переход в парамагнитное состояние. Антиферромагнетизм обнаружен у хрома, марганца и ряда редкоземельных элементов (Се, Nd, Sm, Тm и др.). Типичными антиферромагнетиками являются простейшие химические соединения на основе металлов переходной группы типа окислов, галогенидов, сульфидов, карбонатов и т.п. 

К ферримагнетикам  относят вещества, магнитные свойства которых обусловлены нескомпенсированным  антиферромагнетизмом. Подобно ферромагнетикам  они обладают высокой магнитной  восприимчивостью, которая существенно  зависит от напряженности магнитного поля и температуры. Наряду с этим ферримагнетики характеризуются и рядом существенных отличий от ферромагнитных материалов. 

Свойствами ферримагнетиков  обладают некоторые упорядоченные  металлические сплавы, но, главным  образом,- различные оксидные соединения, среди которых наибольший практический интерес представляют ферриты

Применяемые в  электронной технике магнитные  материалы подразделяют на две основные группы: магнитотвердые и магнитомягкие. В отдельную группу выделяют материалы  специального назначения. 

К магнитотвердым относят материалы с большой  коэрцитивной силой Нс. Они перемагничиваются  лишь в очень сильных магнитных  полях и служат для изготовления постоянных магнитов. 

К магнитомягким  относят материалы с малой  коэрцитивной силой и высокой магнитной проницаемостью. Они обладают способностью намагничиваться до насыщения в слабых магнитных полях, характеризуются узкой петлей гистерезиса и малыми потерями на перемагничивание. Магнитомягкие материалы используются в основном в качестве различных магнитопроводов: сердечников дросселей, трансформаторов, электромагнитов, магнитных систем электроизмерительных приборов и т. п.

Условно магнитомягкими считают материалы, у которых  Нс < 800 А/м, а магнитотвердыми - с  Нс > 4 кА/м. Необходимо, однако, отметить, что у лучших магнитомягких материалов коэрцитивная сила может составлять менее 1 А/м, а лучших магнитотвердых материалах ее значение превышает 500 кА/м. По масштабам применения в электронной технике среди материалов специального назначения следует выделить материалы с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ), ферриты для устройств сверхвысокочастотного диапазона и магнитострикционные материалы. 

Внутри каждой группы деление магнитных материалов по родам и видам отражает различия в их строении и химическом составе, учитывает технологические особенности и некоторые специфические свойства. 

Свойства магнитных  материалов определяются формой кривой намагничивания и петли гистерезиса. Магнитомягкие материалы применяются  для получения больших значений магнитного потока. Величина магнитного потока ограничена магнитным насыщением материала, а потому основным требованием к магнитным материалам сильноточной электротехники и электроники является высокая индукция насыщения. Свойства магнитных материалов зависят от их химического состава, от чистоты используемого исходного сырья и технологии производства. В зависимости от исходного сырья и технологии производства магнитомягкие материалы делятся на три группы: монолитные металлические материалы, порошковые металлические материалы (магнитодиэлектрические) и оксидные магнитные материалы, кратко называемые ферритами.

Помимо высокой  магнитной проницаемости и малой  коэрцитивной силы магнитомягкие материалы  должны обладать большой индукцией  насыщения, т.е. пропускать максимальный магнитный поток через заданную площадь поперечного сечения магнитопровода. Выполнение этого требования позволяет уменьшить габаритные размеры и массу магнитной системы. 

Магнитный материал, используемый в переменных полях, должен иметь, возможно, меньшие потери на перемагничивание, которые складываются в основном из потерь на гистерезис и вихревые токи. 

Для уменьшения потерь на вихревые токи в трансформаторах  выбирают магнитомягкие материалы  с повышенным удельным сопротивлением. Обычно магнитопроводы собирают из отдельных изолированных друг от друга тонких листов. Широкое применение получили ленточные сердечники, навиваемые из тонкой ленты с межвитковой изоляцией из диэлектрического лака. К листовым и ленточным материалам предъявляется требование высокой пластичности, благодаря которой облегчается процесс изготовления изделий из них. 

Важным требованием  к магнитомягким материалам является обеспечение стабильности их свойств, как во времени, так и по отношению  к внешним воздействиям, таким, как  температура и механические напряжения. Из всех магнитных характеристик наибольшим изменениям в процессе эксплуатации материала подвержены магнитная проницаемость (особенно в слабых полях) и коэрцитивная сила. 

Отличие ферро- и антиферромагнетиков 

  Ферромагнетики — вещества (как правило, в твёрдом кристаллическом или аморфном состоянии), в которых ниже определённой критической температуры (точки Кюри) устанавливается дальний ферромагнитный порядок магнитных моментов атомов или ионов (в неметаллических кристаллах) или моментов коллективизированных электронов (в металлических кристаллах). Ландау предсказал существование диамагнетизма свободных электронов. 

Свойства  ферромагнетиков 

Ферромагнетики  сильно втягиваются в область  более сильного магнитного поля.

Магнитная восприимчивость ферромагнетиков положительна и значительно больше единицы.

При не слишком  высоких температурах ферромагнетики обладают самопроизвольной (спонтанной) намагниченностью, которая сильно изменяется под влиянием внешних воздействий.

Представители ферромагнетиков 

Среди химических элементов ферромагнитны переходные элементы Fe, Со и Ni (3 d-металлы) и редкоземельные металлы Gd, Tb, Dy, Ho, Er. (См. Таблица 1) 

Таблица 1. —  Ферромагнитные металлы

¹ Js0 — величина намагниченности единицы объёма при абсолютном нуле температуры, называемая спонтанной намагниченностью.

² Tc — критическая  температура, связанная с фазовым  переходом из парамагнитного в ферромагнитное состояние, называемая точкой Кюри. 

Для 3d-металлов и Gd характерна коллинеарная ферромагнитная атомная структура, а для остальных  редкоземельных ферромагнетиков — неколлинеарная (спиральная и др.; см. Магнитная структура). 

Среди соединений 

Ферромагнитны также многочисленные металлические  бинарные и более сложные (многокомпонентные) сплавы и соединения упомянутых металлов между собой и с другими  неферромагнитными элементами, сплавы и соединения Cr и Mn с неферромагнитными элементами (так называемые Гейслеровы сплавы), соединения ZrZn2 и ZrxM1-xZn2 (где М — это Ti, Y, Nb или Hf), Au4V, Sc3In и др. (Таблица 2), а также некоторые соединения металлов группы актиноидов (например, Uh4).Соединение Tc, К       

Особую группу ферромагнетиков образуют сильно разбавленные растворы замещения парамагнитных атомов, например Fe или Со в диамагнитной матрице Pd. В этих веществах атомные магнитные моменты распределены неупорядоченно (при наличии ферромагнитного порядка отсутствует атомный порядок). Ферромагнитный порядок обнаружен также в аморфных (метастабильных) металлических сплавах и соединениях, аморфных полупроводниках, в обычных органических и неорганических стёклах, халькогенидах (сульфидах, селенидах, теллуридах) и т. п. Число известных неметаллических ферромагнетиков пока невелико. Это, например, ионные соединения типа La1-x CaxMnO5(0,4 > x > 0,2), EuO, Eu2SiO4, EuS, EuSe, EuI2, CrB3 и т. п. У большинства из них точка Кюри лежит ниже 1 К. Только у соединений Eu, халькогенидов, CrB3 значение Q ~ 100 К. 

Антиферромагнетики  

Антиферромагнетик - вещества, в которых ниже некой положительной температуры спонтанно возникает антипараллельная ориентация элементарных магнитных моментов.

Среди элементов  антиферромагнетиками являются твёрдый  кислород (a-модификация при ), хром ( ), а также ряд редкоземельных металлов. В последних обычно наблюдаются сложные антиферромагнитные структуры в температурной области между   и ( ). При более низких температурах они становятся ферромагнетиками. Данные о наиболее известных антиферромагнетиках - редких землях - приведены в таблице 3. 

Таблица 3. Данные о наиболее известных антиферромагнетиках.

Антиферромагнетики  среди химических соединений 

Число известных  химических соединений, которые становятся антиферромагнетиками при определённых температурах, приближается к тысяче. Ряд наиболее простых антиферромагнетиков  и их температуры   приведены в таблице 2. Большая часть антиферромагнетиков обладает значениями , лежащими существенно ниже комнатной температуры. Для всех гидратированных солей не превышает , например  у .    

freepapers.ru

Классификация веществ по магнитным свойствам — реферат

Предотвратить процесс перемагничивания за счет движения доменных стенок можно, напрмер, создав структуру, в которой мелкие однодоменные частицы ферромагнитного вещества окружены прослойками парамагнитного вещества. В таком случае перемагничивание может быть осуществлено за счет вращения вектора домена, что осуществимо только в сравнительно больших полях. Такая структура, состоящая из однодоменных частиц, образуется либо при мелком размоле ферромагнетика, с последующими смешиванием его с парамагнитным связующим веществом и спеканием, или же при использовании разделения однородного твердого раствора на две фазы (парамагнитную и ферромагнитную). Для затруднения вращения вектора домена используют вещества с очень сильной магнитной анизотропией (некоторые типы ферритов) или обеспечивают вытянутую форму доменов (в сплавах). Все параметры увеличиваются при одинаковой ориентации осей легкого намагничивания (или в ряде случаев длинных осей доменов) вдоль одного направления. Магнитотвердые материалы намагничиваются до насыщения и перемагничиваются в сравнительно сильных магнитных полях.  

Применяют магнитотвердые материалы для производства постоянных магнитов. Они являются источниками  постоянных магнитных полей, используемых в различной аппаратуре в электро- и радиотехнике, автоматике, приборостроении, электронике, в устройствах электромагнитной записи, фокусирующих устройствах для телевизоров, микрофонах, электроизмерительных приборах, микроэлектронике, СВЧ-приборах и т.д. Их используют в электрических машинах малой мощности, для записи и хранения цифровой, звуковой и видеоинформации и др. Преимущества постоянных магнитов по сравнению с электромагнитами постоянного тока - повышенная работоспособность; экономия материалов и потребления энергии; экономическая и техническая выгода применения. 

Важнейшее требование к постоянному магниту — получение максимальной магнитной энергии в рабочем зазоре, поэтому удельная магнитная энергия Wm (энергия, отнесенная к единице объема магнита) — одна из важнейших характеристик магнитотвердых материалов. Она пропорциональна произведению: 

Wm = (B.H)max/2,  

Где B и H — максимальные значения остаточной индукции внутри магнита и размагничивающей напряженности, соответственно. 

Иногда магнитотвердые вещества характеризую произведением (B.H)max, которое называется энергетическим произведением. 

Максимальная удельная магнитная энергия Wm изменяется в широком диапазоне для различных материалов и составляет 1кДж/м3 для хромистых сталей, закаленных на мартенсит, и 80 кДж/м3 для сплавов кобальта с редкоземельными элементами. 

Коэффициент выпуклости характеризует форму кривой размагничивания и равен (B.H)max/(Br Hc) 

С усилением  прямоугольности петли гистерезиса  коэффициент выпуклости приближается к единице.  

Чем больше остаточная индукция, коэрцитивная сила и коэффициент  выпуклости, тем больше максимальная энергия магнита. Магнитотвердые материалы намагничиваются с трудом, но зато длительное время сохраняют сообщенную энергию. Намагничивание происходит в основном за счет вращения вектора намагниченности.  

По составу  и способу получения магнитотвердые материалы подразделяются на легированные стали, закаленные на мартенсит, литые высококоэрцитивные сплавы, порошковые магнитотвердые материалы, магнитотвердые ферриты, пластически деформируемые сплавы, сплавы для магнитных носителей информации.                        

Содержание: 

Классификация веществ по магнитным свойствам

Отличие ферро- и антиферромагнетиков

Процессы, происходящие в ферромагнетике при его намагничивании внешним магнитным полем.

Кривая намагничивания магнитного материала

Явление магнитострикции

Ферриты и их свойства

Ферриты для  устройств СВЧ

Точка Кюри

Магнитодиэлектрики

Магнитный гистерезис

Пермаллои

Высоконикелевые и низконикилевые пермолои

Магнитные материалы  с прямоугольной петлей гистерезиса

Электротехническая сталь. Влияние кремния на ее свойства

Магнитотвердые материалы

freepapers.ru

Классификация веществ по магнитным свойствам.

Применяют для производства элементов (деталей), используемые для сборки электронных схем и осуществляемых прохождение электрического тока, его электрическую изоляцию, генерацию (размножение), усиление, выпрямление, модуляцию и т.п.

Элементы, необходимые для осуществления этих операций: диоды, тиристоры, транзисторы, резисторы, электронные лампы, электромеханические преобразователи

Используют для изготовления несущих конструкций и вспомогательных деталей и узлов

Обладает способностью поляризоваться под действием приложенного электрического поля и подразделяются:

Пассивные диэлектрики.

Применяются:

1. Для создание эл. изоляции токопроводящих частей. Они препятствуют прохождение тока другими, нежелательными путями и являются материалами электроизоляционными.

2. В конденсаторах для создания определенной электрической емкости.

Активные диэлектрики.

Применяются:

для изготовления активных элементов электрических схем. Служат для генерации, усиления, преобразования электрического сигнала.

По величине удельной электропроводности занимают промежуточное положение между диэлектриками и проводниками. Характерной их особенностью является существенная зависимость электропроводности от интенсивности внешнего энергетического воздействия: напряженности электрического поля, температуры, освещенности, длины волны падающего света, давления и т.п.

Проводники подразделяются на 4 подкласса:

1. Материалы высокой проводимости. Используются там, где необходимо, чтобы ток протекал с минимальными потерями. К таким материалам относят металлы: Cu, Al, Fe, Ag, Au, Pt и сплавы на их основе. Из них изготавливают провода, кабели, токопроводящие части электроустановок.

2. Сверхпроводники – материалы, у которых при температурах ниже некоторой критической Ткр сопротивление электрическому току становится равным 0.

3. Криопроводники – это материалы высокой проводимости, работающие при криогенных температурах (температуре кипения жидкости азота – 195оС).

4. Проводниковые материалы высокого сопротивления – металлические сплавы, образующие твердые растворы.

Предназначенные для работы в магнитном поле при непосредственном взаимодействии с этим полем. К ним относят ферромагнетики и ферриты. Собственное магнитное поле в сотни и тысячи раз больше, чем вызывающее его внешнее магнитное поле. Они способны сильно намагничиваться даже в слабых полях, а некоторые из них сохраняют намагниченность и после снятия внешнего магнитного поля. К наиболее широко используемым в технике магнитным материалам относятся Fe, Co, Ni.

При отсутствии в нем свободных электронов при 00К приложенная к нему разность потенциалов не вызовет тока. Если же извне подвести энергию, достаточную для переброса электронов через запрещенную зону, то став свободным, он начнет перемещаться, создавая при этом электропроводность.

Под действием приложенной разности потенциалов в заполненной зоне, откуда ушел электрон образуется электронная дырка, поэтому в ПП начнется движение электронов, заполняющих образовавшуюся дырку, причем под действием электрического поля дырка начнет перемещаться по направлению поля.

Заполненая электронная зона вплотную прилегает к вВЗ и может ее перекрывать.