петля магнитного гистерезиса

Зависимость В = В(Н), представленная на рис. 34, является начальной кривой намагничивания, которая получена при непрерывном увеличении напряженности магнитного поля Н из размагниченного состояния (6 = 0, Н = 0). Если теперь уменьшить напряженность магнитного поля, то ферромагнетик уже не вернется в прежнее состояние, и при одинаковом значении Н мы получим разные значения магнитной индукции. Такая неоднозначная зависимость магнитной индукции от напряженности магнитного поля связана с магнитным гистерезисом. Магнитный гистерезис в ферромагнетике обусловлен существованием метастабильных состояний. Последнее обстоятельство предоставляет возможность выбора различных состояний ферромагнетика при изменении магнитного поля.

Если изменять напряженность магнитного поля от -Wmax до + гУтах и снова к -Нтах, то зависимость В = В{Н) будет иметь вид петли магнитного гистерезиса. При каждом новом цикле перемагничивания магнитная индукция для одного и того же значения напряженности магнитного поля будет несколько различаться, однако с увеличением числа циклов это различие нивелируется. Считается, что стабильность петли магнитного гистерезиса достигается примерно через десять циклов [40]. На рис. 35 представлено семейство симметричных петель магнитного гистерезиса, стабилизированных при различной максимальной напряженности магнитного поля гУтах. Обычно петли гистерезиса симметричны относительно начального размагниченного состояния Н = 0, В = 0.

В,Тп 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0

-0,2 -0,4 -0,6 -0,8 -1

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5

Я, А/м

°ис. 35. Семейство симметричных петель магнитного гистерезиса нанокристаллического сплава ГМ 414.

Вг - остаточная магнитная индукция;

Нс - коэрцитивная сила;

Втах - максимальная магнитная индукция;

Нтвх - максимальная напряженность магнитного поля.

Петля магнитного гистерезиса состоит из двух ветвей: восходящей ветви, характеризующей нарастание напряженности магнитного поля от -Нтах до + HmJ с положительным дифференциалом dH > 0 и нисходящей ветви, характеризуй ющей убывание напряженности магнитного поля от +Hwgx до -Нтдх с отрицатель-] ным дифференциалом dH < 0.

Характерными точками на петле гистерезиса являются точки ее пересечения с координатными осями (рис. 35). Величина магнитной индукции при напряжен! ности магнитного поля Н = 0 называется остаточной магнитной индукцией В,. Be! личина напряженности магнитного поля при магнитной индукции В = 0 называет! ся коэрцитивной силой Нс. Когда речь идет о параметрах магнитного материала то имеют в виду остаточную магнитную индукцию Вг и коэрцитивную силу Нс на предельной петле магнитного гистерезиса. Для частного цикла условимся обо! значать соответствующие параметры с указанием значения максимальной напря! женности магнитного поля Нтах. Например, Нсш и соответствуют параметрам] частной петли при напряженности магнитного поля Нтах = 800 А/м.

Если максимальное магнитное поле соответствует состоянию магнитного насыщения, то такую петлю называют предельной петлей магнитного гистерезиса! Остальные петли семейства называют частными петлями магнитного гистерези-1 са. Вершины симметричных петель магнитного гистерезиса образуют основную] кривую намагничивания.

Экспериментально основную кривую намагничивания получить значительно проще, чем начальную кривую намагничивания (кривую первого намагничивания)] поэтому основная кривая намагничивания используется наиболее широко. Опре-] деления магнитных параметров по начальной кривой намагничивания полностью] переносятся на основную кривую намагничивания.

В соответствии с (1.28) магнитная индукция в ферромагнитном материале растет даже после достижения состояния магнитного насыщения М = Ms. Поэтому за величину магнитной индукции насыщения Bs принимается величина (В - р0Н в магнитном поле соответствующем намагниченности насыщения Ms [13]

Bs=p Ms. (6.181

Иногда вместо магнитной индукций насыщения указывают величину магнитной индукции в достаточно сильном магнитном поле. Например, для аморфных и нанокристаллических магнитомягких сплавов магнитная индукция В800 при на-] пряженности магнитного поля 800 А/м близка к магнитной индукции насыщения.]

Форму петли магнитного гистерезиса характеризует отношение остаточной магнитной индукции к максимальной магнитной индукции по петле гистерезиса

Кп=Ъ- (6.19)1

Dmax

Это отношение называется коэффициентом прямоугольности петли магнитного гистерезиса. Если коэффициент приближается к единице, то магнитная петля по форме близка к прямоугольнику, а если Кп приближается к нулю, то форма петли становится линейной. На частных циклах принято приводить значение коэффициента прямоугольности с указанием максимальной напряженности магнитного поля, например, Кт0 - коэффициент прямоугольности петли магнитного гистерезиса при напряженности магнитного поля 10 А/м.

Ранее мы ввели понятие дифференциальной магнитной проницаемости по начальной кривой намагничивания (6.16). Аналогичным образом вводится дифференциальная магнитная проницаемость по петле магнитного гистерезиса. Однако

в данном случае необходимо учитывать направление изменения магнитного поля, т. е. знак дифференциала dH. Обозначение pd принимается для дифференциальной магнитной проницаемости, определяемой по формуле (6.16), при dH > 0 для восходящей ветви магнитного гистерезиса и при dH < 0 для нисходящей ветви. Встречная дифференциальная магнитная проницаемость Цд также определяется соотношением (6.16), но при противоположном знаке изменения магнитного поля, т. е. при dH < 0 для восходящей ветви петли магнитного гистерезиса и при dH > 0 для нисходящей ветви.

При одном и том же значении напряженности магнитного поля все четыре вида дифференциальной магнитной проницаемости (р и р для восходящей ветви и pd и pd нисходящей ветви) могут различаться.

Магнитная проницаемость на частном несимметричном цикле в некоторой точке петли магнитного гистерезиса (рис. 36) определяется соотношением

АВ р0ДН

(6.20)

При измерении, на постоянное магнитное поле Н0 накладывается магнитное поле, циклически изменяющееся от Н0 - АН до Н0 по восходящей ветви петли магнитного гистерезиса. Частный цикл всегда направлен внутрь петли магнитного гистерезиса, т. е. на восходящей ветви он направлен влево, а на нисходящей - вправо от ветви.

Если уменьшать значение ДН на установившихся частных циклах, то в пределе получаем величину рг

1 .. АВ

рг =- hm -, р0 &н-лАН

(6.21)

которую называют обратимой магнитной проницаемостью. На стабилизированных частных циклах после многократного циклического изменения магнитного поля обратимая магнитная проницаемость рг совпадает с дифференциальной магнитной проницаемостью, причем дифференциальная магнитная проницаемость возрастания- совпадает с дифференциальной магнитной проницаемостью убывания.

Рис. 36. К определению магнитной проницаемости на частном несимметричном цикле петли мвгнитного гистерезиса.

Н0 - напряженность постоянного магнитного поля; ДН - размах напряженности магнитного поля; АВ - размах магнитной индукции.