MATERIAŁY

MAGNETYCZN

E

Elżbieta Dominiak

Politechnika Białostocka

Wydział Mechaniczny - MiBM

Spis treści

•

Materiały magnetyczne

,

pole magnetyczne

– definicja

•

Pojęcia

•

Klasyfikacja

•

Ferromagnetyki

•

Pętla histerezy magnetycznej

•

Materiały mag. miękkie

•

Materiały mag. twarde

20.05.21

MATERIAŁY MAGNETYCZNE

2

Spis treści

Materiał magnetyczny

• Jest to materiał wykazujący

właściwości magnetyczne.
Generalnie, wszystkie pierwiastki
chemiczne
i wszystkie ich związki chemiczne
wykazują pewne własności
magnetyczne.

20.05.21

MATERIAŁY MAGNETYCZNE

3

Spis treści

Pole magnetyczne

 stan (własność) przestrzeni, w której siły

działają na poruszające się ładunki

elektryczne, a także na ciała mające

moment magnetyczny niezależnie od ich

ruchu. Pole magnetyczne, obok pola

elektrycznego,

jest

przejawem

pola

elektromagnetycznego.

W zależności od układu odniesienia w jakim

znajduje się obserwator, to samo zjawisko

może być opisywane jako objaw pola

elektrycznego, magnetycznego lub obu.

20.05.21

MATERIAŁY MAGNETYCZNE

4

Spis treści

Linie pola magnetycznego

dookoła magnesu
sztabkowego

20.05.21

MATERIAŁY MAGNETYCZNE

5

Wiązka elektronów

poruszających się po

orbicie kołowej w

stałym polu

magnetycznym

Spis treści

pojęcia

• domena magnetyczna

– (obszar Weissa) obszar w którym spiny
atomów pod działaniem sił wymiany
porządkują się równolegle, a ich momenty
magnetyczne ustawiają się zgodnie z osiami
łatwego magnesowania kryształu.
–2) małe obszary samorzutnego
magnesowania(tworzą obwód zamknięty).Jest
to spowodowane dążeniem systemu do
osiągnięcia jak najniższej sumarycznej energii
magnetycznej.

ś c i a n k a B lo c h a

w a r s t w a , w k t ó r e j o d b y w a s i ę

s to p n i o w a z m i a n a k ie r u n k u

w e k t o r a n a m a g n e s o w a n i a

Spis treści

• Teoria Weissa
- założenia teorii to:
1. Istnienie wewnętrznego pola

magnetycznego

2. Istnienie małych obszarów

samorzutnego magnesowania zwanych
domenami.

Spis treści

Podstawowe typy materiałów

magnetycznych:

• diamagnetyki
• paramagnetyki
• ferromagnetyki
• ferrimagnetyki
• antyferromagnetyki

20.05.21

MATERIAŁY MAGNETYCZNE

8

Spis treści

Ferromagnetyki

• Grupa najbardziej znaczących i

najszerzej stosowanych materiałów
magnetycznych. W zależności od
aplikacji dzieli się je na trzy podgrupy.
Są to materiały magnetycznie:
- miękkie,
- twarde,
- półtwarde.

20.05.21

MATERIAŁY MAGNETYCZNE

9

Spis treści

Pętla histerezy

magnetycznej

 H — natężenie pola

magnetycznego,

M — polaryzacja

magnetyczna

(namagnesowanie),

B — indukcja magnetyczna,

M

r

— pozostałość

magnetyczna,

B

r

— indukcja magnetyczna

szczątkowa,

M

H

C

— koercja

polaryzacji,

B

H

C

— koercja

indukcji magnetycznej,

μ

0

— przenikalność

magnetyczna

20.05.21

MATERIAŁY MAGNETYCZNE

10

Spis treści

Podział ze względu na

zdolności

rozmagnesowywania

• Materiały magnetycznie twarde

20.05.21

MATERIAŁY MAGNETYCZNE

11

Spis treści

 duża pozostałość magnetyczna
 są źródłami pola magnetycznego

– Stale węglowe (0,8%-1,5% węgla w stanie

zahartowanym

– Stale chromowe
– Ferryty Barowe i Strontowe
– Stopy żelaza, aluminium, niklu, kobaltu z

domieszkami miedzi lub tytanu (alnico)

 zastosowanie

– Różnego typu magnesy trwałe

20.05.21

MATERIAŁY MAGNETYCZNE

12

Spis treści

• Materiały magnetycznie miękkie

20.05.21

MATERIAŁY MAGNETYCZNE

13

Spis treści

 łatwo i silnie się magnesują (duża

podatność magnetyczna) ale i łatwo się

rozmagnesowują (mała pozostałość

magnetyczna)

 są nośnikami pola magnetycznego

 Żelazo technicznie czyste (armco)

 Stale niskowęglowe i krzemowe

 Stopy żelaza z niklem (permalloy, supermalloy)

 Stopy żelaza z kobaltem

 Stopy żelaza z aluminium

 Stopy żelaza z krzemem

 stopy niklu z żelazem i kobaltem

 ferryty

 zastosowanie

 rdzenie elektromagnesów prądu stałego

 obwody magnetyczne pracujące przy okresowo

zmiennych strumieniach magnetycznych (masz. el.,

trafo., dławiki, el. mag. prądu zmiennego)

 rdzenie elektromagnesów prądu stałeg

20.05.21

MATERIAŁY MAGNETYCZNE

14

Spis treści

Przenikalność

magnetyczna

 Bezwzględna przenikalność magnetyczna

(



) jest to wielkość określająca zdolność

danego materiału (ośrodka) do zmiany

indukcji magnetycznej (B) pod wpływem

natężenia pola magnetycznego(H).



= B/H

 Natomiast stosunek bezwzględnej

przenikalności materiału do bezwzględnej

przenikalności próżni określa się jako

przenikalność magnetyczną względną.

20.05.21

MATERIAŁY MAGNETYCZNE

15

Spis treści

• ferromagnetyka (μ

f

),

• paramagnetyka (μ

p

),

• próżni (μ

0

)

• diamagnetyka (μ

d

)

20.05.21

MATERIAŁY MAGNETYCZNE

16

Schematyczne porównanie

przenikalności:

Spis treści

Materiał (środowisko)

Przenikalność

magnetyczna

względna (μ

r

)

Własności

magnetyczne

Woda

Rtęć

Miedź

Bizmut

Próżnia

Powietrze

Aluminium

Platyna

Stal (miękka)

Stal specjalna

Nikiel

Kobalt

0,999 991

0,999 97
0,999 99
0,999 84

1

1,000 004

1,000 02

1,000 3

do 5 000

do 10 000

do 300
do 200

diamagnetyczne
diamagnetyczne
diamagnetyczne
diamagnetyczne

-

paramagnetyczne
paramagnetyczne
paramagnetyczne

ferromagnetyczne
ferromagnetyczne
ferromagnetyczne
ferromagnetyczne

20.05.21

MATERIAŁY MAGNETYCZNE

17

Przenikalność magnetyczna względna

wybranych materiałów

Spis treści

Efekty magnetyczne:

Efekty magnetyczne:

• Efekt ferromagnetyczny
• Efekt diamagnetyczny
• Efekt paramagnetyczny

20.05.21

MATERIAŁY MAGNETYCZNE

18

Spis treści

Efekt ferromagnetyczny

• Efekt

samorzutnego

uporządkowania

momentów

magnetycznych w materiale, tworzących sieć kryształu

w

niewielkich

obszarach

zwanych

domenami.

Podstawowym warunkiem wystąpienia ferromagnetyzmu

jest

istnienie

w materiale nieskompensowanych spinowych momentów

magnetycznych, które mogą występować tylko w

atomach

z nie zapełnionymi powłokami. Jest to warunek

konieczny,

warunkiem

wystarczającym

jest

występowanie w strukturze materiału tzw. sił wymiany*

o

odpowiednio

dużej

wielkości.

* siły wzajemnego oddziaływania spinowych momentów elektronów

prowadzące do spontanicznego uporządkowania orientacji spinów

Efekt diamagnetyczny

• Jest to właściwość wszystkich ciał polegająca

na tym, że pod wpływem zewnętrznego pola
magnetycznego diamagnetyki magnesują się
przeciwnie do tego pola. Diamagnetyki w
przeciwieństwie do ferro i paramagnetyków
są wypychane przez jednorodne pole
magnetyczne. Cząsteczka lub atom
diamagnetyka wykazują zerowy wypadkowy
moment magnetyczny, ponieważ ich
wewnętrzne momenty znoszą się.

Efekt paramagnetyczny

• Jeżeli w nieobecności pola

magnetycznego atomy i jony obdarzone
momentami magnetycznymi nie
oddziałują magnetycznie wzajemnie na
siebie mamy do czynienia z efektem
paramagnetycznym. (momenty te na
ogół ustawiają się chaotycznie i nie dają
żadnego wypadkowego
namagnesowania)

Dziękuję za uwagę