Тензодатчики
Определение
Магнитные материалы (Магнетики) — материалы, вступающие во взаимодействие с магнитным полем, выражающееся в его изменении, а также в других физических явлениях — изменение физических размеров, температуры, проводимости, возникновению электрического потенциала и т. д.
К магнитным материалам с точки зрения техники относят вещества, обладающие определенными магнитными свойствами и используемые в современной технологии. Магнитными материалами могут быть различные сплавы, химические соединения, жидкости.
Введение
История.
Примерно семь веков до нашей эры в Европе и три века до нашей эры в Китае были найдены образцы минерала магнетита. В Китае этот минерал носил название « привязчивый (нежный) камень», в Европе он получил название «камень из Магнесии» (так называлась область и город в Малой Азии, где он был найден впервые). В последствии этот минерал стали называть просто «магнит». В шестом веке до нашей эры о свойстве магнита притягивать железо упомянул греческий филосов Фалес. Первое практическое применение магнитных свойств магнетита нашло в создании компаса. Кусочек магнита, закрепленный на плавающей в воде дощечке, всегда показывал в одну сторону света. До нашего времени дошли сведения, что древние викинги в своих плаваниях пользовались компасом. Со временем конструкция компаса совершенствовалась: кусочек магнетита заменила игольчатая стрелка из стали, обладающей магнитными свойствами.
Однако большое значение магнитных материалов для технического прогресса человечество ощутило только в середине XIX века после открытия Фарадеем закона электромагнитной индукции, когда стало возможным конструирование и производство электрогенераторов, моторов, трансформаторов и других аппаратов и приборов для электротехники и техники средств связи.
Основа современного магнитного материаловедения - по-прежнему металлы группы железа (Fe, Ni, Co); из них изготовляют различные металлические и диэлектрические оксиды (соединения Fe и других металлов с кислородом, называемые ферритами) магнитные материалы. Задача физики магнетизма - разработать пути дальнейшего изыскания новых магнитных материалов и усовершенствование уже применяемых. Однако эту задачу невозможно решить на основе использования только металлов группы железа.
В 60-е годы наметилась тенденция создания магнитных материалов на основе металлов, входящих в группу лантаноидов: Gd, Tb, Dy , Ho, Er , Sm, Eu и других, обычно называемых редкоземельными. [1]
Характеристики магнитных материалов
Намагниченность
Основная характеристика магнитных материалов - намагниченность М, которая определяется как магнитный момент единицы объема вещества. Единица намагниченности в СИ - А/м. Зависимость М от напряженности поля H для ферро- и ферримагнетиков определяется кривой намагничивания с петлей гистерезиса (рис.1). Если напряженность поля достаточна для намагничивания образца до насыщения, соответствующая петля гистерезиса называют предельной; множество др. возможных петель, получаемых при меньших значениях H и лежащих внутри предельной петли, называют частными (непредельными). Если до начала действия внеш. поля образец был полностью размагничен, кривая зависимости М от H называют основной кривой намагничивания.
Рис.1.
Кривые намагничивания и размагничивания
ферромагнетика: Н - напряженно
Магнитная проницаемость
Также важной характеристикой магнитных материалов является магнитная проницаемость.
Магнитная проницаемость — физическая величина, коэффициент (зависящий от свойств среды), характеризующий связь между магнитной индукцией и напряжённостью магнитного поля в веществе. Для разных сред этот коэффициент различен, поэтому говорят о магнитной проницаемости конкретной среды (подразумевая ее состав, состояние, температуру и т. д.).
Числовое значение ее выражается отношением ее величины к величине магнитной проницаемости вакуума и обозначается µ. Данная величина именуется относительной магнитной проницаемостью (или просто магнитной проницаемостью) среды. Как величина относительная, она не имеет единицы измерения.
Следовательно, относительная магнитная проницаемость µ – величина, показывающая, в какое число раз индукция поля данной среды меньше (или больше) индукции вакуумного магнитного поля.
Подавляющее большинство веществ относятся либо к классу диамагнетиков ( ), либо к классу парамагнетиков ( ). Но ряд веществ — (ферромагнетики), например железо, обладают более выраженными магнитными свойствами.
У ферромагнетиков вследствие гистерезиса, понятие магнитной проницаемости, строго говоря, неприменимо. Однако в определенном диапазоне изменения намагничивающего поля (чтобы можно было пренебречь остаточной намагниченностью, но до насыщения) можно в лучшем или худшем приближении всё же представить эту зависимость как линейную (а для магнитомягких материалов ограничение снизу может быть и не слишком практически существенно), и в этом смысле величина магнитной проницаемости бывает измерена и для них.
Магнитная проницаемость
Классификация веществ по магнитным свойствам
По реакции на внешнее магнитное поле и характеру внутреннего магнитного упорядочения все вещества в природе можно подразделить на пять групп: диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики, антиферромагнетики и ферримагнетики. Перечисленным видам магнетиков соответствуют пять различных видов магнитного состояния вещества: диамагнетизм, парамагнетизм, ферромагнетизм, антиферромагнетизм и ферримагнетизм.
К диамагнетикам относят вещества, у которых магнитная восприимчивость отрицательна и не зависит от напряженности внешнего магнитного поля. К диамагнетикам относятся инертные газы, водород, азот, многие жидкости (вода, нефть и ее производные), ряд металлов (медь, серебро, золото, цинк, ртуть, галлий и др.), большинство полупроводников (кремний, германий, соединения А3В5, А2В6) и органических соединений, щелочно-галоидные кристаллы, неорганические стекла и др. Диамагнетиками являются все вещества с ковалентной химической связью и вещества в сверхпроводящем состоянии.
К парамагнетикам относят вещества с положительной магнитной восприимчивостью, не зависящей от напряженности внешнего магнитного поля. К числу парамагнетиков относят кислород, окись азота, щелочные и щелочноземельные металлы, некоторые переходные металлы, соли железа, кобальта, никеля и редкоземельных элементов.
К ферромагнетикам относят вещества с большой положительной магнитной восприимчивостью (до 106), которая сильно зависит от напряженности магнитного поля и температуры.
Антиферромагнетиками являются вещества, в которых ниже некоторой температуры спонтанно возникает антипараллельная ориентация элементарных магнитных моментов одинаковых атомов или ионов кристаллической решетки. При нагревании антиферромагнетик испытывает фазовый переход в парамагнитное состояние. Антиферромагнетизм обнаружен у хрома, марганца и ряда редкоземельных элементов (Ce, Nd, Sm, Tm и др.). Типичными антиферромагнетиками являются простейшие химические соединения на основе металлов переходной группы типа окислов, галогенидов, сульфидов, карбонатов и т.п.
К ферримагнетикам относят вещества, магнитные свойства которых обусловлены нескомпенсированным антиферромагнетизмом. Подобно ферромагнетикам они обладают высокой магнитной восприимчивостью, которая существенно зависит от напряженности магнитного поля и температуры. Наряду с этим ферримагнетики характеризуются и рядом существенных отличий от ферромагнитных материалов.
Свойствами ферримагнетиков обладают некоторые упорядоченные металлические сплавы, но, главным образом, - различные оксидные соединения, среди которых наибольший практический интерес представляют ферриты.[4]
Классификация магнитных материалов и их свойства
Магнитные материалы делятся на магнитомягкие, магнитотвердые магнитные материалы специального назначения.
Магнитомягкие материалы, — материалы, обладающие свойствами ферромагнетика или
Коэрцитивная сила — такое размагничивающее внешнее магнитное поле напряженностью , которое необходимо приложить к ферромагнетику предварительно намагниченному до насыщения, чтобы довести до нуля его намагниченность или индукцию.
При температурах ниже точки Кюри магнитомягкие материалы спонтанно намагничены и состоят из хаотически ориентированных намагниченных до насыщения доменов.
Промышленные магнитомягкие материалы имеют значение порядка 0,4 А/м. Поэтому они намагничиваются до индукции технического насыщения при невысоких напряженностях поля. Намагничивание происходит в основном за счет смещения доменных границ. Для таких материалов необходимо максимально облегчить движение доменных стенок при перемагничивании, уменьшить влияние магнитной анизотропии (анизотропный характер магнитного взаимодействия между атомными носителями магнитного момента в веществах) и магнитострикции (изменение размеров и формы кристаллического тела при намагничивании). Чтобы облегчить процесс намагничивания, необходимо уменьшить количество дефектов в сплаве (примесей внедрения, дислокаций и др.), мешающих свободному движению доменных стенок.
В случае использования магнитомягких материалов в переменных магнитных полях желательно иметь большое значение электросопротивления магнетика. Диапазон рабочих частот для различных магнитомягких материалов определяется в значительной степени величиной их удельного сопротивления. Чем больше удельное сопротивление материала, тем при более высоких частотах его можно применять.[5][6]
К магнитотвердым относят материалы с большой коэрцитивной силой (Нс > 4кА/м). Они перемагничиваются в очень сильных магнитных полях и служат в основном для изготовления постоянных магнитов.
Для получения высокой коэрцитивной силы в магнитных материалах кроме выбора химического состава используют технологии, оптимизирующие кристаллическую структуру и затрудняющие процесс перемагничивания. Это закалка сталей на мартенсит, дисперсионное твердение сплавов, создание высоких внутренних механических напряжений и др. В результате затрудняются процессы смещения доменных границ. У высококоэрцитивных сплавов магнитная текстура создается путем их охлаждения в сильном магнитном поле.
Магнитотвердые материалы намагничиваются до насыщения и перемагничиваются в сравнительно сильных магнитных полях.
По составу и способу получения магнитотвердые материалы подразделяются на легированные стали, закаленные на мартенсит, литые высококоэрцитивные сплавы, порошковые магнитотвердые материалы, магнитотвердые ферриты, пластически деформируемые сплавы, сплавы для магнитных носителей информации.[7]
К магнитным материалам специального назначения относят магнитные материалы с прямоугольной петлей гистерезиса, СВЧ ферриты, магнитострикционные материалы.
Магнитные материалы с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ) находят широкое применение в устройствах автоматики, аппаратуре связи. Сердечники из материала с ППГ имеют два устойчивых магнитных состояния, которые соответствуют различным направлениям магнитной индукции.
Материалы с ППГ характеризуются коэффициентом прямоугольности kпу петли гистерезиса.
kпу = Br/Bmax .
Большим значением kпу обладают железоникелевые и железокобальтовые сплавы, легированные медью и некоторыми другими металлами. Эти сплавы обладают кристаллографической или магнитной текстурой. Наиболее высокую прямоугольность (до 0,98) имеют железоникелькобальтовые сердечники из лент микронной толщины.
Прямоугольность петли гистерезиса достигается выбором определенного химического состава и условиями спекания феррита.
Для сердечников с ППГ чаще применяются магний-марганцевые и литиевые ферриты.
Ферромагниты для устройств СВЧ используются в диапазоне длин волн от 1м до 1 мм. Электромагнитная энергия на таких частотах передается по волноводам, коаксиальным и полосковым линиям передачи. Ферритовый сердечник - вкладыш, помещенный внутрь волновода, изменяет структуру поля и скорость распространения волны. Магнитооптический эффект Фарадея заключается в повороте плоскости поляризации высокочастотных колебаний в феррите за счет внешнего поля. Это позволяет изменять угол поворота плоскости поляризации и направлять энергию в разные каналы.
В магнитострикционных материалах используется явление магнитострикции и магнитоупругий эффект - изменение магнитных свойств материала под влиянием механических воздействий. К магнитострикционным материалам относится никель, пермендюр (сплавы FeCo), альферы (сплавы FeAl), никелевый и никель-кобальтовые ферриты и др. Магнитострикционные ферриты имеют малые потери на вихревые токи по сравнению с никелем и металлическими сплавами, не подвержены действию химических агрессивных сред.
Применение магнитных материалов
Компас – первый прибор для определения направления, с применением магнитных деталей.
Практическое применение магнитных материалов постоянно растет. Увеличивается их производство, разрабатываются и находят все большее применение новые виды магнитных материалов. Например, с цилиндрическими доменами, используемые для создания памяти ЭВМ с большой плотностью записи информации, материалы с гигантской магнитострикцией ( ~10-3), используемые в качестве ультразвуковых излучателей и др. Применение магнитных материалов во многих случаях существенно влияет на развитие важнейших областей техники, как электромашиностроение, электронная техника, радиотехника, приборостроение, вычислительная техника, автоматические устройства и системы управления, магнитная запись звуков и изображений, голографическая запись и др.
Принцип работы магнитных запоминающих устройств основаны на способах хранения информации с использованием магнитных свойств материалов. Как правило, магнитные запоминающие устройства состоят из собственно устройств чтения/записи информации и магнитного носителя, на который, непосредственно, осуществляется запись и с которого считывается информация. Магнитные запоминающие устройства принято делить на виды в связи с исполнением, физико-техническими характеристиками носителя информации и т.д. Наиболее часто различают: дисковые и ленточные устройства. Общая технология магнитных запоминающих устройств состоит в намагничивании переменным магнитным полем участков носителя и считывания информации, закодированной как области переменной намагниченности.
Несомненный интерес представляют ультрадисперсные частицы для магнитной записи. Однако минус этих дисков в том, что нанометровые зёрна на их поверхности, на которые и производится запись, не упорядочены, поэтому информация записывается на большом количестве таких зёрен, а не на одном. Если же эти наночастицы сделать близкими по размеру, то возникает эффект их самоорганизации, а на упорядоченных структурах (например, двумерных с гексагональной упаковкой частиц) относительно легко производить запись на каждой частице. То есть на каждой частице можно записать бит информации, а при размере частицы 10—20 нанометров плотность записи возрастает на порядок по сравнению с той, что достигнута сегодня. Ещё один плюс — в силу относительно недорогих исходных материалов ультрадисперсные частицы оказываются довольно дешёвыми. Кроме этого, они химически инертны, а значит, могут быть с успехом использованы там, где нужна устойчивая запись информации: ультрадисперсные частицы легко противостоят любым агрессивным условиям и без размагничивания выдерживают температуру 250—300 градусов. [8]
Ферриты нашли широкое применение в качестве магнитных наполнителей для полимерных композиционных материалов. В том числе магнитно-мягкие порошки никель-цинковых, марганец-цинковых, цинковых; магнитно-твёрдые порошки гексаферрита бария, стронция. Основным преимуществом полимерных магнитов, по сравнению с металлическими или керамическими, является их лёгкая формуемость, стабильность размеров и низкая стоимость.
Ферриты широко используются в промышленности бытовых электроприборов, производстве игрушек, дверных амортизаторов, автоматических дверных переключателей, таймеров.важное применение магнитные эластомеры нашли в медицине в качестве магнитотерапевтических средств, а также нетоксичных магнитных элементов при биопротезировании и создании искуственного сердца. Ферромагнитные порошки также нашли применение в дефектоскопии в качестве обнаружителя магнитного поля дефекта.
Магнитные датчики в составе охранной сигнализации относятся к самым простым и устанавливаются на окна, двери и люки.
Магнитные замки. В цилиндровых замках некоторых моделей применяются магнитные элементы. Замок и ключ снабжены ответными кодовыми наборами постоянных магнитов.
Магнитные материалы также используются в медицине. Магниты в последнее время все чаще используются для более точного и менее инвазивного введения в организм больного человека различных инструментов и лекарств в ходе лечебных и диагностических процедур. Управление движением в этом случае осуществляется с помощью магнитного поля.
Искусственные сердца также не обходятся без магнитов.
Магнитно-резонансная томография– нерентгенологический метод исследования внутренних органов и тканей человека. Технология МРТ достаточно сложна: используется эффект резонансного поглощения атомами электромагнитных волн. Человека помещают в магнитное поле, которое создает аппарат.
Выводы
Список литературы.
- «Редкоземельные металлы, сплавы и соединения - новые магнитные материалы для техники» Белов К. П. 1996 г.
- http://www.chemport.ru/data/
chemipedia/article_1994.html - https://ru.wikipedia.org/wiki/
%CC%E0%E3%ED%E8%F2%ED%E0%FF_% EF%F0%EE%ED%E8%F6%E0%E5%EC%EE% F1%F2%FC - http://magneticliquid.narod.
ru/autority/091.htm - https://ru.wikipedia.org/wiki/
%CC%E0%E3%ED%E8%F2%EE%EC%FF% E3%EA%E8%E5_%EC%E0%F2%E5%F0% E8%E0%EB%FB - megabook.ru/article/Магнитомяг
кие%20материалы - http://dic.academic.ru/dic.
nsf/es/34333/%D0%BC%D0%B0%D0% B3%D0%BD%D0%B8%D1%82%D0%BE%D1% 82%D0%B2%D1%91%D1%80%D0%B4%D1% 8B%D0%B5 - Большие перспективы магнитных
частиц. Электронное издание «Наука и
технологии России» . [Электронный ресурс] -Режим доступа : http://www.strf.ru/science.
aspx?CatalogId=390&d_no=25261
Маятниковый микрогенератор
(РФ № 2538787)
Изобретение относится к электротехнике, к устройствам для подзарядки штатных аккумуляторов малоэнергоемких систем и может также использоваться для самостоятельного питания навигаторов, приборов ночного видения, маломощных связных устройств фарватерных бакенов, автономных осветительных устройств на судах и наземном транспорте, в сигнальных и аварийных приборах, как устройство для продления времени полета беспилотных летательных аппаратов и т.п. при отсутствии силовой сети для зарядки штатных аккумуляторов или при отсутствии возможности заменить штатный аккумулятор прибора. Технический результат состоит в повышении генерируемой мощности. Маятниковый микрогенератор включает ротор, состоящий из двух свободно качающихся на оси дисковых маятников с магнитами, обращенными друг к другу противоположными полюсами. Статор состоит из катушек, расположенных на плоской панели, размещенной между маятниковыми роторами. |
Плазмоэлектролизный
генератор электроэнергии, удобрений
и воды из стоков и органических отходов
(РФ № 2488042)
Изобретение относится к автономной водородной энергетике. Технический результат изобретения позволит повысить КПД генератора электроэнергии. Плазмоэлектролизный генератор электроэнергии, удобрений и воды из стоков и отходов состоит из магнитопроводного корпуса низкого давления с замкнутыми на него верхним и нижним кольцевыми магнитами, генератора сверхвысокочастотного излучения, открытого низкодобротного резонатора и реактора плазмы с размещенными в нем электролизером, топливным элементом и генератором рабочего газа. Генератор рабочего газа оснащен молекулярными ситами, автоматизированными патрубками подачи стоков и удаления компонентов удобрений и воды с возможностью агрегатирования с генераторами органоводных эмульсий.
|
Устройство магнитной
левитации транспортного средства
(РФ № 2539304)
Изобретение относится к области магнитолевитационной транспортной технологии. Устройство магнитной левитации транспортного средства включает вертикально установленные электродвигатели с торцевыми магнитными колесами на валу и электропроводящим элементом. Электродвигатели установлены в активной путевой структуре, а электропроводящий элемент - на несущей тележке транспортного средства. Магнитные колеса выполнены в виде торцевых дисков с сегментами из постоянных магнитов, верхняя плоскость которых совпадает с верхней плоскостью основания активной путевой структуры. Электропроводящий элемент выполнен в виде развернутой «беличьей клетки», установленной в пазах ферромагнитного сердечника в днище несущей тележки транспортного средства. Достигается снижение массогабаритных показателей. |
Определение
Магнитные материалы (магнетики) — материалы, вступающие во взаимодействие с магн. полем, выражающееся в его изменении, а также в других физ.явлениях — изменение физ. размеров,проводимости , температуры, возникновению электрического заряда и т. п.
К магнитным материалам с точки зрения техники относят вещества, обладающие определенными магнитными свойствами и используемые в современной технологии. Магнитными материалами могут быть различные сплавы, хим. соединения, жидкости.
Введение
История.
Примерно VII веков до н. э. в Европе и IIIвека до н. э. в Китае были найдены образцы минерала магнетита. В Китае этот минерал именовали « привязчивым камнем», в Европе же его прозвали «каменем из Магнесии» (это область и город в Азии, место где он был найден впервые ). После этот минерал стал называться просто магнитом. В VI веке до н. э. о свойстве магнита притягивать металл упомянул филосов Греции - Фалес. Первое практическое применением магнетита было применение его в качестве основной рабочей части компаса. Небольшой кусок магнита, закрепляли на плавающей в воде платформе, и магнит всегда показывал в определенную сторону света. До нашего времени дошла информация, что древние викинги в своих плаваниях пользовались компасом. С течением времени конструкция компаса совершенствовалась: магнетит заменила стрелка из стали, обладающей магнитными свойствами.
Однако большую значимость магнитных материалов для технической сферы человечество ощутило только в 50-ых годах XIX века. Когда Фарадей открыл закон электромагнитной индукции, когда стало возможным проектирование иизготовление моторов, электрогенераторов, трансформаторов и прочих аппаратов и приборов для электротехники и техники средств связи.
База современного магнитного материаловедения - все еще металлы группы железа (Co, Fe, Ni); их применяют при изготовлении различных металлических и диэлектрических оксидов (соединения жеоеза и других металлов с кислородом, которые называют ферритами) магнитные материалы. Целью физики магнетизма является разработатка пути дальнейшего поиск новых магнитных материалов и улучшение уже применяемых. Однако это невозможно при использования только металлов группы железа.
В 60-ых годах появилась тенденция создания магнитных материалов на основе металлов группы лантаноидов: Er , Dy, Eu ,Gd, Ho,Tb, Sm, и других, называемых редкоземельными. [1]
Характеристики магнитных материалов
Намагниченность
Основная характеристика м. материалов - намагниченность М, которая вычисляется как магнитный момент ед. объема вещества. Единица намагниченности в СИ - А/м. Зависимость М от напряженности поля H для ферро- и ферримагнетиков определяется кривой намагничивания с петлей гистерезиса (рис.1). Если напряженность поля достаточна для намагничивания образца до насыщения, соответствующая петля гистерезиса называют предельной; множество др. возможных петель, получаемых при меньших значениях H и лежащих внутри предельной петли, называют частными (непредельными). Если до начала действия внеш. поля образец был полностью размагничен, кривая зависимости М от H называют основной кривой намагничивания.
Рис.1.
Кривые намагничивания и размагничивания ферромагнетика: Н - напряженность внеш. магнитного поля; М -намагниченность образца; Нc - коэрцитивная сила; Мr - остаточная намагниченность; Мs - намагниченность насыщения; 1 - предельная петля гистерезиса; 2 - непредельная (частная) петля; 3 - начальная кривая намагничивания.[3]
Магнитная проницаемость
Также важной характеристикой магнитных материалов является магнитная проницаемость.
Магнитная проницаемость — физическая величина, коэффициент (зависящий от свойств среды), характеризующий связь между магнитной индукцией и напряжённостью магнитного поля в веществе. Для разных сред этот коэффициент различен, поэтому говорят о магнитной проницаемости конкретной среды (подразумевая ее состав, состояние, температуру и т. д.).
- Тензо измерительная система. Тензодатчики
- Теническая экспертиза документов
- Теннис и его развитие
- Теннис как средство профессионально-прикладной подготовки специалистов управления
- Теннис как средство профессионально-прикладной подготовки специалистов управления
- Тентденции развития международных цепей отелей
- Тентовые покрытия
- Теневой рынок
- «Теневой» рынок как фактор нарушения рыночного равновесия
- «Теневой» рынок как фактор нарушения рыночного равновесия
- «Теневой» рынок как фактор нарушения рыночного равновесия
- Теневые навесы
- Тенерийская культура
- Тензодатчик және оның түрлері
