Параметры магнетизма, намагничивания и размагничивания материалов и рельсовых плетей

АННОТАЦИЯ

В работе рассмотрены вопросы особенности намагниченности, причины ее возникновения в переменном электромагнитном поле. Рассмотрены методы известных способов размагничивания и определены напряженности магнитного поля.

ABSTRACT

The paper considers the features of magnetization, the reasons for its occurrence in an alternating electromagnetic field. The methods of known methods of demagnetization are considered and magnetic field strengths are determined.

Ключевые слова: намагничивания, размагничивания, ферромагнетики, парамагнетики, диамагнетики, электромагнитное поле.

Keywords: magnetization, demagnetization, ferromagnets, paramagnets, diamagnets, electromagnetic field.

Магнитные свойства металлов проявляются токами, которые возникают за счет вращения электронов, как вокруг ядра, так и вокруг своей оси. Они возникают так же за счет колебаний собственных орбит. Электромагнитное поле атомов формирует моменты, образованные явлениями, происходящими в атомах [3]. Все они, складываясь вместе, образуют электромагнитное поле. По магнитным свойствам все материалы разбиваются на диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики [4].

Некоторые материалы не способны к намагничиванию, так как все моменты компенсируются. При этом они в начале цикла намагничивания размагничиваются. Некоторые ферромагнетики способны намагничиваться без воздействия внешнего магнитного поля. При этом все магнитные моменты становятся параллельными и образуют единую область, которая называется доменом. При этом действует суммарный момент домена.

Эта область включает 10¹⁵ атомов и составляет в поперечном направлении 10мкм. Если внешнее поле не действует, то ферромагнетики не проявляют явления намагниченности. Когда действуют внешние поля, момент доменов увеличивается за счет вращения атомов вокруг ядра и колебаний орбит. Процесс увеличения магнитного момента от внешнего поля называется, намагничиванием. Формула намагничивания [5]:

Ĵ=4,                                                                                         (1)

Способность тела воспринимать намагничивания определяется восприичивостью вещества - .

Для диамагнетиков  (); парамагнетиков  (; ферромагнетиков .

Ферромагнетики самопроизвольно намагничиваться при температурах ниже точки Кюри. Относительная магнитная проницаемость также влияет на намагниченность материалов. Намагничивание Ĵ и относительная магнитная проницаемость  зависят от напряженности электромагнитного поля.

Относительная магнитная проницаемость для диамагнетиков не намного меньше единицы; парамагнетиков чуть больше единицы. Неоднородное электромагнитное поля выталкивает диамагнитные тела и притягивает к себе парамагнитные. Однородное внешнее электромагнитное поле ослабляет поле диамагнетиков и усиливает поле парамагнетиков [1].

Для контроля рельсовых плетей используются поля с индукции , при намагничивании катушек индуктивности до 100-200мТл, электромагнитов более 1Тл. В катушках с ферромагнитными сердечниками индукция магнитного поля составляет до Тл, а намагниченность превышает во много раз напряженность внешнего магнитного поля. При больших внешних электромагнитных полях намагниченность будет сравнима с напряженностью магнитного поля [2].

Кривая намагниченности ферромагнетиков и петля гистерезиса В(Н) показана на рисунке 1.

Рисунок 1. Кривая намагниченности ферромагнетиков

Момент времени, когда напряженность магнитного поля, индукция и намагниченность Ĵ равны 0 называется начальной точкой намагничивания.

В это время домены расположены хаотично и распределение их произвольно. По мере увеличение тока в соленоиде с сердечником увеличивается Н и В за счет ориентации доменов по внешнему электромагнитному полю, растет намагниченность. Этот рост показан на рисунке 2.

Рисунок 2. Начальная кривая намагничивания

Кривые В(Н) и Ĵ(Н) называют начальной кривой намагничивания. Магнитная проницаемость принимает максимальное значение при равенстве , то есть наклона прямой соединяющей начальную точку и точку, в которой происходит ориентация доменов вдоль внешнего электромагнитного поля (рисунок 3).

Рисунок 3. Определение максимального значения магнитной проницаемости

Максимальное значение магнитной проницаемости:

,                                                                   (2)

где  – масштаб ; – масштаб .

Существует и дифференциальное значение , которое определяет также явление намагниченности:

 .                                                            (3)

Зависимости  и (Н) представлены на рисунке 4.

Рисунок 4. Графики  и  от 

Процесс перемагничивания происходит по другой кривой, отличный от процесса повышения индукции В. Этот процесс получил название магнитного гистерезиса.

Величина магнитной индукции, которая остается в намагниченном сердечнике называют остаточной индукцией В_r. Что бы убрать остаточную индукцию необходимо уменьшить В до 0, то есть увеличить Н внешнего поля в противоположном направлении. Коэрцитивная сила – это значения Н_с, при которой В=0.

При изменении внешнего поля вектор магнитной напряженности меняется от Н_m до нуля и от нуля до Н_m, то индукция магнитного поля описывает петлю гистерезиса. При изменении внешнего поля по нескольким циклам перемагничивания петля гистерезиса принимает предельную форму. Если значения напряженности изменяется несимметрично относительно нулевого значения, то получаются частные циклы перемагничивания. Когда время перемагничивания и время, когда напряженность поля достигает максимального значения В(Н) называется динамической характеристикой. Магнитная проницаемость, которая получается по динамической характеристике, называется . Четыре параметра: относительная магнитная проницаемость , максимальное значение , индукция В_r и напряженность Н_с являются главными при рассмотрении процессов намагничивания, размагничивания материалов и рельсовых плетей. Значение Н_с определяет материал ферромагнетика. При Н_с материал магнитомягкий, при Н_с – магнитотвердый. Магнитомягкие материалы имеют узкую петлю гистерезиса, а магнитотвердые имеют широкую петлю гистерезиса.

Список литературы:
1. Лисенков В.М. «Системы управления движением поездов на перегонах». -М.Транспорт 2009г.
2. Аркатов В.С. и др. Справочник «Рельсовые цепы магистральных железных дорог». -М.Транспорт 2006г.
3. Kurbanov J.F. The spectral characteristics of the new functional materials based on a single device spatial field // «American Journal of Science and Technologies» International collaboration in Eurasia // American Journal of Science and Technologies, -“Princeton University Press” 2015, № 2(20). – P. 608-614.
4. Kurbanov J.F. Management and hardware implementation of a single spatial field. // International Journal «International Review of Education and Science». No.1. (8), January-June, -Ottawa 2015, Volume II, “Ottawa University Press”. P.607-614.
5. Kolesnikov I.K., Kurbanov J.F. The control system and the hardware implementation of a single unit of the spatial field // International Conference «Perspectives for the development of information technologies» – Tashkent 2015, 4-5 November, Tashkent university of information technologies (TUIT). P. 171-175.