Classificazione e caratteristiche fondamentali dei materiali magnetici

Tutte le sostanze in natura sono magnetiche nel senso che hanno determinate proprietà magnetiche e interagiscono in un certo modo con un campo magnetico esterno.

I materiali utilizzati nella tecnologia sono chiamati magnetici, tenendo conto delle loro proprietà magnetiche. Le proprietà magnetiche della sostanza dipendono dalle proprietà magnetiche delle microparticelle, dalla struttura di atomi e molecole.

Classificazione dei materiali magnetici

I materiali magnetici si dividono in debolmente magnetici e fortemente magnetici.

Essendo debolmente magnetici includono diamagneti e paramagneti.

Forti magnetici - ferromagneti, che a loro volta possono essere magneticamente morbidi e magneticamente duri. Formalmente, la differenza nelle proprietà magnetiche dei materiali può essere caratterizzata dalla relativa permeabilità magnetica.

I diamagneti si riferiscono a materiali i cui atomi (ioni) non hanno momento magnetico risultante. Esternamente, i diamagneti si manifestano essendo respinti dal campo magnetico. Questi includono zinco, rame, oro, mercurio e altri materiali.

I paramagneti sono chiamati materiali, i cui atomi (ioni) determinano un momento magnetico indipendente dal campo magnetico esterno. Esternamente, i paramagneti si manifestano attraverso l'attrazione campo magnetico disomogeneo… Questi includono alluminio, platino, nichel e altri materiali.

I ferromagneti sono chiamati materiali in cui il loro campo magnetico (interno) può essere centinaia e migliaia di volte superiore al campo magnetico esterno che lo ha causato.

Ogni corpo ferromagnetico è diviso in regioni: piccole aree di magnetizzazione spontanea (spontanea). In assenza di un campo magnetico esterno, le direzioni dei vettori magnetizzanti di diverse regioni non coincidono e la risultante magnetizzazione dell'intero corpo può essere zero.

Esistono tre tipi di processi di magnetizzazione ferromagnetica:

1. Il processo di spostamento reversibile dei domini magnetici. In questo caso, c'è uno spostamento dei confini delle regioni orientate più vicine alla direzione del campo esterno. Quando il campo viene rimosso, i domini si spostano nella direzione opposta. La regione di spostamento del dominio reversibile si trova nella parte iniziale della curva di magnetizzazione.

2. Il processo di spostamento irreversibile dei domini magnetici. In questo caso, lo spostamento dei confini tra i domini magnetici non viene rimosso con la diminuzione del campo magnetico. Le posizioni iniziali dei domini possono essere raggiunte nel processo di inversione della magnetizzazione.

Lo spostamento irreversibile dei confini del dominio porta all'aspetto isteresi magnetica — il ritardo dell'induzione magnetica da intensità di campo.

3. Processi di rotazione del dominio. In questo caso, il completamento dei processi di spostamento dei confini del dominio porta alla saturazione tecnica del materiale.Nella regione di saturazione, tutte le regioni ruotano nella direzione del campo. Il ciclo di isteresi che raggiunge la regione di saturazione è chiamato confine.

Il circuito di isteresi limite ha le seguenti caratteristiche: Bmax — induzione di saturazione; Br — induzione residua; Hc: forza ritardante (coercitiva).

Materiali con valori Hc bassi (ciclo di isteresi stretto) e alti permeabilità magnetica sono chiamati magnetici morbidi.

I materiali con alti valori di Hc (ampio ciclo di isteresi) e bassa permeabilità magnetica sono chiamati materiali magneticamente duri.

Durante la magnetizzazione di un ferromagnete in campi magnetici alternati, si osservano sempre perdite di energia termica, ovvero il materiale si riscalda. Queste perdite sono dovute all'isteresi e perdite di corrente parassita… La perdita di isteresi è proporzionale all'area del ciclo di isteresi. Le perdite di correnti parassite dipendono dalla resistenza elettrica del ferromagnete. Maggiore è la resistenza, minori sono le perdite di correnti parassite.

Materiali magneticamente morbidi e magneticamente duri

I materiali magnetici morbidi includono:

1. Ferro tecnicamente puro (acciaio elettrico a basso tenore di carbonio).

2. Acciai elettrotecnici al silicio.

3. Leghe ferro-nichel e ferro-cobalto.

4. Ferriti magnetiche morbide.

Le proprietà magnetiche dell'acciaio a basso tenore di carbonio (ferro tecnicamente puro) dipendono dal contenuto di impurità, dalla distorsione del reticolo cristallino dovuta alla deformazione, dalla granulometria e dal trattamento termico. A causa della sua bassa resistività, il ferro commercialmente puro viene utilizzato abbastanza raramente nell'ingegneria elettrica, principalmente per i circuiti di flusso magnetico CC.

L'acciaio al silicio elettrotecnico è il principale materiale magnetico per il consumo di massa. È una lega ferro-silicio. La lega con il silicio consente di ridurre la forza coercitiva e aumentare la resistenza, ovvero ridurre le perdite di correnti parassite.

Lamiere di acciaio elettrico, fornite in singoli fogli o bobine, e nastri di acciaio, forniti solo in bobine, sono semilavorati destinati alla realizzazione di circuiti magnetici (nucleo).

I nuclei magnetici sono formati sia da singole lastre ottenute per stampaggio o taglio, sia per avvolgimento da nastri.

Si chiamano leghe permaloidi nichel-ferro. Hanno una grande permeabilità magnetica iniziale nella regione dei campi magnetici deboli. Il permalloy viene utilizzato per i nuclei di piccoli trasformatori di potenza, induttanze e relè.

Le ferriti sono ceramiche magnetiche ad alta resistenza, 1010 volte superiore a quella del ferro. Le ferriti sono utilizzate nei circuiti ad alta frequenza perché la loro permeabilità magnetica praticamente non diminuisce con l'aumentare della frequenza.

Gli svantaggi delle ferriti sono la loro bassa induzione di saturazione e la bassa resistenza meccanica. Pertanto, le ferriti sono comunemente utilizzate nell'elettronica a bassa tensione.

I materiali magneticamente duri includono:

1. Fusione di materiali magneticamente duri a base di leghe Fe-Ni-Al.

2. Materiali magnetici solidi in polvere ottenuti per pressatura di polveri con successivo trattamento termico.

3. Ferriti magnetiche dure. I materiali magneticamente duri lo sono materiali per magneti permanentiutilizzato in motori elettrici e altri dispositivi elettrici che richiedono un campo magnetico permanente.