Намагничивание стали. Магнитная проницаемость

Read in English!

§ 40. Намагничивание стали. Магнитная проницаемость

Для усиления магнитного поля и придания ему определенной формы в различных электрических машинах и аппаратах широко применяют ферромагнитные материалы: железо, кобальт, никель и их сплавы — сталь и др.
Если ферромагнитный материал поместить в катушку и пропустить по ее виткам электрический ток, то под воздействием магнитного поля, созданного током, материал намагнитится. Это значит, что в материале образуется собственное магнитное поле, полученное в результате сложения магнитных полей (магнитных моментов) отдельных атомов.
Изменение силы тока в катушке приводит к изменению напряженности ее магнитного поля H, что вызывает изменение магнитной индукции В в сердечнике этой катушки.
На рис. 36 показаны графики изменения магнитной индукции в зависимости от напряженности намагничивающего магнитного поля. Такие графики называются кривыми намагничивания. Для различных материалов и их марок кривые намагничивания различны. При небольших значениях напряженности поля Н магнитная индукция в материале быстро увеличивается, намагничивание происходит примерно пропорционально изменению напряженности, а затем, по мере увеличения напряженности магнитного поля, возрастание магнитной индукции материала замедляется.

Состояние материала, при котором дальнейшее увеличение напряженности магнитного поля не приводит к возрастанию его намагниченности, называется магнитным насыщением.
Магнитные свойства материалов характеризуются их абсолютной магнитной проницаемостью μ_а. Она определяется отношением магнитной индукции В к напряженности магнитного поля Н и измеряется в генри/метр (гн/м)

Абсолютная магнитная проницаемость вакуума μ_а = 4π · 10^-7 гн/м. Для воздуха и других неферромагнитных материалов она незначительно отличается от μ_а и при технических расчетах принимается равной 4π · 10^-7 гн/м.
Так как абсолютная магнитная проницаемость для вакуума и указанных выше материалов практически одинакова, то μ_а называется магнитной постоянной μ₀.
Абсолютная магнитная проницаемость μ_а ферромагнитных материалов непостоянна и во много раз превышает магнитную проницаемость вакуума.
Число, показывающее, во сколько раз абсолютная магнитная проницаемость μ_а ферромагнитного материала больше магнитной постоянной μ₀, называется относительной магнитной проницаемостью μ или сокращенно магнитной проницаемостью (табл. 5).

Пример. Сталь в определенных условиях обладает абсолютной магнитной проницаемостью (μ_а = 0,0008792 гн/м. Вычислить относительную магнитную проницаемость μ этой стали.
Решение. Магнитная постоянная μ₀ = 4π · 10^-7 гн/м, тогда относительная магнитная проницаемость

Как видно из кривых намагничивания (см. рис. 36), способность материалов намагничиваться — их магнитная проницаемость — в слабых магнитных полях велика, а затем с ростом индукции постепенно уменьшается.
Следовательно, магнитная проницаемость ферромагнитных материалов — величина изменяющаяся, зависящая от степени их намагничивания.

Таблица 5

Наибольшая относительная магнитная проницаемость некоторых материалов

Материал	μ
Кобальт Сталь Трансформаторная Никель Пермаллой С	174 7500 1120 115 000

При одной и той же напряженности магнитного поля магнитная индукция в стали больше, чем в чугуне. Это объясняется тем, что магнитная проницаемость стали больше магнитной проницаемости чугуна.
Магнитная индукция прямо пропорциональна напряженности поля H и абсолютной магнитной проницаемости μ_а намагничиваемого материала:

B = μ_аH. (35)

Пример. Напряженность магнитного поля катушки H = 750 а/м, а абсолютная магнитная проницаемость сердечника μ_а = 0,0008792 гн/м. Определить магнитную индукцию сердечника.
Решение. Магнитная индукция В = μ_а Н = 0,0008792 · 750 = 0,65 тл. Так как 1 тл = 10 000 гс, то 0,65 тл = 6500 гс.

Источник.

*******

Поясню, что же в данном вопросе "удивительного", про которое все знают и никто в упор не видит, что это - Сверх Единичность. Представим  обмотку тороидального трансформатора с сердечником из железа и на воздушном каркасе.

Напряжённость магнитного поля H, которое создаётся в кольцевом сердечнике при протекании по обмотке тока I, можно рассчитать по формуле:  H = N*I/l,  где:  N - количество витков;  I - сила тока в проводе, Ампер;  l - длина кольца по средней линии, метры.  

Допустим, у нас 75 витков, с силой тока в проводе равной 1 Амперу и длиной  средней линии кольцевого сердечника 100 мм (0,1 метр):    

H = N*I/l = 75 * 1 / 0,1 = 750 А/м 

Напряжение источника U= 5 В, мощность равна 

P=UI = 5 * 1 = 5 Вт  

Абсолютная магнитная проницаемость: воздуха = 1,25663753*10⁻⁶ (0,000001257) гн/м, сердечника = 0,0008792  гн/м остается только рассчитать магнитную индукцию при напряженности магнитного поля обмотки равной 750 А/м:

Без сердечника: B = μ_аH = 0,00000125663753 *750 = 0,000942478 Тл,

С сердечником: B = μ_аH = 0,0008792 *750 = 0,6594 Тл.

При одной и той же затрачиваемой мощности источника 5 Вт, мы получили увеличение результирующей магнитной индукции в 700 раз.