III. Намагничивание и перемагничивание ферромагнетиков

К ферромагнетикам относятся: железо, сталь, никель их сплавы и т. д. Они играют очень важную роль в электротехнике, и в частности, в электромеханике, т.к. дают возможность при относительно небольших напряженностях магнитного поля (токах) получать сильные магнитные поля (большие потоки). Если ферромагнетик не находится во внешнем магнитном поле, то магнитные моменты отдельных доменов направлены самым различным обра­зом, так что суммарный их магнитный момент  равен нулю. Внесение фер­ромагнетика во внешнее магнитное поле вызывает: 1. Поворот магнитных моментов доменов в направлении внешнего поля; 2. Рост размеров тех доменов, направления магнитных моментов которых близки к направлению поля и уменьшение размеров доменов с противоположно направлен­ными магнитными моментами. Если при увели­чении внешнего магнитного поля все намагни­ченные участки будут ориентированы в направ­лении внешнего поля и прекратится рост доме­нов, то наступит состояние предельной намагни­ченности ферромагнетика, называемое магнитным насыщением. Этот про­цесс наглядно представлен кривой намагничивания, рис.5.

Если начиная с какой-либо точки кривой намагничивания в области насыщения, уменьшать величину магнитного поля, то кривая  расположится выше кривой намагничивания, рис.6. При уменьшении напряженности внешнего магнитного поля до нуля, магнитная индукция не равна нулю, т.е. ферромагнетик остается намагниченным. Магнитная индукция  при  называется остаточной магнитной индукцией.

Если процесс перемагничивания про­должить, то при намагничивании в другом направлении магнитная индукция будет равна нулю уже при некотором значении напряжен­ности магнитного поля другого направления . Эта напряженность магнитного поля называется коэрцитивной силой, а явление отставания изменения намагничивания ферромагнетика от изменений напряженности внешнего магнитного поля называется гистерезисом. Продолжая процесс перемагничивания - получим петлю гистерезиса. Явление гистерезиса обусловлено  как бы внутренним трением, возникающим при изменении ориентации магнитных моментов доменов. Это обуславливает потери энергии на гистерезис, которые пропорциональны площади петли гистерезиса. Причем, потери на гистерезис зависят от свойств магнитного материала, величины магнитного поля и частоты перемагничивания.

Ферромагнитные материалы и сплавы, рис.7, могут иметь широкую петлю гистерезиса 2 – большие значения остаточной индукции и коэрцитивной силы, или узкую 1 – с малыми значениями остаточной индукции и коэрцитивной силы.

Ферромагнетики с широкой петлей гистерезиса называются магнитотвердыми, из них изготовляют по­стоянные магниты. Ферромагнетики с узкой петлей гистерезиса называются магнитомягкими, из них изго­товляю магнитопроводы (сердечники) электротехни­ческих и электромеханических устройств, находя­щихся в переменных магнитных полях.              

IV. Законы электромеханики.

1.Закон Ампера или закон взаимодействия проводника с током и магнитного поля.

На проводник с током, помещенный в однородное магнитное поле, перпендикулярно магнитным силовым линиям, действует электромагнитная сила, величина которой пропорциональна индукции магнитного поля, силе тока, протекающего по проводнику, и длине проводника, рис.8:

где  - сила, действующая на проводник с током , длиной .

Направление действия силы определя­ется правилом «левой руки»: если располо­жить ладонь левой руки перпендикулярно магнитным линиям так, чтобы магнитные ли­нии входили в ладонь, а вытянутые пальцы ладони направить по направлению тока, то отставленный в сторону большой палец ука­жет направление силы, действующей на проводник.