34.Co to ferrimagnetyzm i antyferimagnetyzm.
Każdemu atomowi w krysztale możemy przypisać pewien moment magnetyczny uzyskujemy uporządkowany przestrzenny układ momentów wypełniający siec kryształu

A- przypadek charakteryzuje ferromagnetyzm podobne atomy o momentach równoległych zgodnie zorientowanych.
B- antyferromagnetyzm momenty sąsiadujących podobnych atomów są skierowane przeciwsobnie.
C- ferimagnetyzm momenty magnetyczne różnych sąsiadujących atomów as różnej wielkości i są ustawione przeciwsobnie.

Cząstka B ma wypadkowy moment równy 0, C wypadkowy moment pośredniej wartości natomiast A moment magnetyczny 4 razy większy od momentu magnetycznego pojedynczego atomu.

35.Narysować i omówić krzywe magnesowania pierwotną, komutacyjną i graniczną pętle histerezy.

Indukcja magnetyczna ma dwie składowe B=B0+Bw

B - Pierwotna krzywa magnesowania magnetyka.
Bo- indukcja pola w nieobecności materiału (indukcja magnetyczna w próżni)
Bw- indukcja właściwa magnetyzacji (wywołana magnetyzacja materiału)

Dla ferromagnetyków Bw kilka rzędów wielkości większe od Bo.

Zdejmując pętle histerezy przy stopniowym zwiększaniu wartości H uzyskuje się pętle o coraz większej powierzchni. Przy zwiększeniu wartości H powyżej wartości pola nasycenia Hn pętla histerezy już się nie zmienia, wydłużają się jedynie bezhisterezowe odcinki krzywej magnesowania. Odpowiadająca temu stanowi pętle histerezy nazywamy graniczna pętla histerezy.

Rodzina pętli histerezy:
a - komutacyjna ( normalna ) krzywa magnesowania,
b - graniczna pętla histerezy.

Miejscem geometrycznym wierzchołków obiegów histerezy odpowiadających rosnącym stopniowo wartościom H, jest tzw. komutacyjna albo normalna krzywa magnesowania. Pokrywa się ona dość dobrze z pierwotna krzywa magnesowania.

36. Podać i omówić metody rozmagnesowywania materiału ferromagnetycznego.
Ferromagnetyk można rozmagnesować dwiema metodami.

1- przez podgrzanie powyżej temperatury Curie i następnie powolne schłodzenie w nieobecności pola magnetycznego.
2- przez namagnesowanie w przemiennym polu magnetycznym, początkowo do indukcji nasycenia o przez kolejne magnesowania z coraz mniejsza amplituda aż do 0.

Ilustracja procesu rozmagnesowania ferromagnetyku.

37.Pętla histerezy magnetycznej ( narysować i omówić zachodzące procesy ).

Po namagnesowaniu ferromagnetyku zmniejszamy wartość H przez co powstaje zależność B(H) nie pokrywa się ona z pierwotna krzywa magnesowania. B zmniejsza się wolniej i przy H=0 pozostaje wartość indukcji magnetycznej Br większa od 0. Żeby ja zlikwidować należy wytworzyć przeciwne zewnętrzne pole magnetyczne -Hc. Jeżeli będzie ono zwiększane indukcja osiągnie wartość nasycenia -Bn. Krzywa łącząca Bn i -Bn tworzy górna polowe symetrycznej względem początku układu współrzędnych pętli zwanej pętla histerezy. Kształt i wielkość pętli histerezy zależy od składu i własności materiałów magnetycznych.

Wielkości charakterystyczne:
Br- pozostałość magnetyczna
Hc- natężenie powściągające
Hn,Bn- pole i indukcja nasycenia.

38.Energia magnesowania.
Na obrót dipoli magnetycznych od kierunku łatwego magnesowania , w którym są one spontanicznie uporządkowane w domenach do kierunku wektora H trzeba wydatkować pewną energię kosztem energii pola magnetycznego H. Doprowadzenie ferromagnetyka do określonego stanu namagnesowania wymaga zatem wydatkowania energii( energia magnesowania ), która jest równa

Po zmniejszeniu pola H do zera, wektor magnetyzacji domen M jest samoistnie obracany od kierunku wektora H do kierunku łatwego magnesowania poszczególnych domen. Zostaje wówczas oddana część energii utrzymywana wcześniej w polu magnetycznym ( energia rozmagnesowania ) .

Aby zlikwidować nieodwracalne samorzutnie (tzw. niespręrzyste) skutki procesu magnetyzacji i sprowadzenie wektora M do wartości zero wymagane jest pojawienie się zewnętrznego pola magnetycznego o przeciwnym kierunku i wydatkowanie określonej energii (energia tracona przy przemagnesowaniu ) . Nieodwracalne samorzutnie skutki magnetyzacji wywołane są miedzy innymi zanieczyszczeniami atomów , nieregularnościami struktury atomów i dyslokacjami

Energia magnesowania : a - energia magnesowania, b - energia rozmagnesowania, c - energia tracona przy przemagnesowaniu.

39. Przenikalność magnetyczna - rodzaje i sposoby wyznaczania.
Rozróżnia się 3 podstawowe pojęcia przenikalności magnetycznej:

A- normalna ( statyczna) odnosi się do pierwotnej krzywej magnesowania. Dla określonego punku pracy P na krzywej przenikalność jest równa  =B/H=tg i jest równa tangensowi kata nachylenia prostej przeprowadzonej przez początek układu współrzędnych i punkt pracy P. Jej wartość zmienia się od wartości minimalnej  p=tg p odpowiadającej nachyleniu krzywej w początkowym punkcie charakterystyki do wartości maksymalnej  m=tg m. Przy dalszym zwiększaniu H wartość  zbliża się asymptotycznie do  o- przenikalność magnetyczna próżni.

B - różniczkowa. Definiuje ją zależność  d

określa ona tangens kąta nachylenia stycznej do krzywej magnesowania w punkcie pracy P. Porównanie przenikalności normalnej i różniczkowej wykazuje że  m< d gdyż  max <  max wartości początkowe są natomiast takie same. Dla dużych H wartość  d zbliża się asymptotycznie do  0 .

C-odwracalna(przyrostowa).M amy z nią doczynienia w przypadku nałożenia na duże stałe pole H, niewielkiego pola zmiennego pola magnetycznego  H. Wartość tej przenikalności jest zazwyczaj mniejsza od poprzednich.

Zależność rodzajów przenikalności od natężenia pola magnetycznego.

40. Straty w ferromagnetykach - rodzaje i sposoby wyznaczania.

Straty w ferromagnetykach możemy podzielić na straty w na histereze  Ph i straty na prądy wirowe  Pw Jeżeli straty te odniesiemy do masy rdzenia otrzymamy wielkość nazywaną stratnością  pFe magnetyczną , która jest stosunkiem strat mocy w ferromagnetyku  PFe do jego masy.
 pFe= pw+ ph

Straty na histereze. Energia pola magnetycznego zużywana na zmianę orjętacji domen Weissa wydzielana w postaci ciepła w ferromagnetyku wyraża się wzorem.

W praktyce używane są straty na histereze proporcjonalne do częstotliwości prądu magnesowania (tj. liczby obiegów pętli histerezy w jednej sekundzie ) oraz od kwadratu amplitudy indukcji magnetycznej Bm i odniesiona do jednostki masy materiału. Straty na histereze wyraża się wzorem:

f / f50 - stosunek użytej częstotliwości prądu magnesującego do częstotliwości przemysłowej 50 Hz

Bm/B1 - stosunek amplitudy zmiennej indukcji magnetycznej wyrażonej w [ T ] do B1 = 1T

kh - stała materiałowa właściwa dla materiału

Straty na prądy wirowe. Straty na ciepło Joul'a w rdzeniu, które wywołuje przepływ prądów wirowych wynoszą ( dla rdzenia o objętości V i rezystywności ρ ) :

[ W ] gdzie: j_W - wartość skuteczna gęstości prądu.

Powstawanie zjawiska prądów wirowych.

Prądy wirowe są indukowane w rdzeniu na skutek zmienności pola magnetycznego, mechanizm ich powstawania opisuje równanie Maxwela

Które w innej postaci znane jest jako prawo Faradaya

Kierunek indukowanych prądów, zgodnie z regułą Lenza, będzie zawsze taki, że wytwarzają one wtórne pole magnetyczne przeciwdziałające zmianą pola pierwotnego.

Wzorem z którego w praktyce oblicza się prądy wirowe ma postać

[ W/kg ]
δ /δ 0,5 - Stosunek grubości użytych blach ferromagnetycznych do standardowej blachy grubości 0,5 kW - stała materiałowa właściwa danemu materiałowi
W celu zmniejszeni strat na prądy wirowe należy (przy danych wartościach B i f), zmniejszyć grubość rdzenia (wykonać go z blach transformatorowych) lub zastosować materiały magnetyczne o minimalnej konduktyw ności.

41. Klasyfikacja materiałów magnetycznych.
Materiały magnetyczne dzieli się w na dwie zasadnicze grupy

-materiały magnetycznie miękkie
-materiały magnetycznie twarde

Typowe pętle histerezy dla materiałów magnetycznie a) miękkich, b) twardych.

Cechą odróżniającą te grupy jest szerokość pętli histerezy, co łączy się z diametralną różnica własności. Materiały mag. miękkie maja wąską pętle histerezy ,natężenie powściągające Hc do 80 A/m

Magnesują się i rozmagnesowują łatwo pod wpływem zewnętrznego pola mag. Histereza wywołuje w tych materiałach niewielkie straty energii. Zastosowanie: na rdzenie elektromagnesów prądu stałego, oraz na obwody pracujące przy okresowo zmiennym strumieniu magnetycznym ( transformatory, dławiki, maszyny elekt., elektromagnesy prądu zmiennego ).

Materiały magnetycznie twarde mają dużą ( szeroką ) pętlę histerezy, raz namagnesowane do nasycenia zachowują własności trwałe własności magnetyczne. Dla tego używa się ich do budowy magnesów trwałych różnego rodzaju.

Innym możliwym podziałem materiałów magnetycznych jest podział ze względu na rodzaj materiału co wiąże się z techniką wytwarzania. Materiały magnetyczne mogą być:

• metaliczne, o własnościach ferromagnetycznych np.: czyste materiały ferromagnetyczne, bądź stopy zawierające Fe, Ni, Co.

• niemetaliczne, materiały ceramiczne o własnościach ferromagnetycznych, podstawową grupę stanowią związki tlenków metali o cechach półprzewodników ( ferryty ) ,do niemetali zalicza się również magnetodielektryki.

42.charakterystykamagnetyków tawrdych i miękkich. Patrz także na 61
1.Magnetyki miękkie - charakteryzujące parametry:

przenikalność magnetyczna względnych normalnych:

• początkowej -  wp i maksymalnej -  wm,

• indukcji nasycenia Bn

• stratność magnetycznej  pFe

• komutacyjnej krzywej magnesowania.

Materiały magnetyczne miękkie powinny odznaczać się przede wszystkim:

• dużymi wartościami Bn i  wm ,

• małą wartością  pFe,

• stabilnością powyższych własności podczas eksploatacji,

• korzystnymi własnościami technologicznymi (łatwość kształtowania gotowych wyrobów),

• niską ceną.

2. Magnetyki twarde - dla scharakteryzowania materiał magnetycznego twardego używa się następujących parametrów:

• pozostałości magnetycznej Br,

• natężenia powściągającego Hc,

• krzywej odmagnesowania,

• wartości iloczynu (BH)max.

43. Rodzaje materiałów magnetycznych miękkich.
1.Czyste odmiany żelaza (doskonały materiał magnetyczny miękki ):
- żelazo elektrolityczne tj. oczyszczone w procesie elektrolizy. Służy ono jako surowiec do wyrobu b. czystych odmian żelaza przez przetapianie w wodorze.
- żelazo karbonylkowe, uzyskiwane w postaci proszku przez termiczny rozkład pięciokarbonylku żelaza. Wykorzystywane do wytwarzania rdzeni proszkowych.
- żelazo armco (stal niskowęglow a), stosowana w miernikach, przekaźnikach itp.

2.Stale krzemowe (elektrotechniczne blachy magnetyczne ). Dodatek kilku procent krzemu znakomicie polepsz własności magnetyczne stali prowadząc do:
- zwiększenia rezystywności materiału, co zmniejsza straty na prądy wirowe,
- zmniejszenia wartości Hc, co odpowiada zwężeniu pętli histerezy i zmniejszeniu strat na histerezę,
- zwiększenie przenikalności początkowej i maksymalnej,
- znacznego zwiększenia stabilności charakterystyk magnetycznych materiału.

Wady: zmniejszenie indukcji nasycenia oraz zwiększenie twardości blach. Stosowana w transformatorach i prądnicach.

3.Stal krzemowa zimnowalcowana . Blachy walcowane na zimno dzieli się na:
- orientowane - mają one lepszą magnesowalność (wyższe B przy określonym H) i mniejszą stratność w kierunku walcowania. Są one b. czułe na naprężanie mechaniczne i zgnioty i w czasie poddawania ich naciskowi znacznie pogarszają się ich własności magnetyczne. Używa się ich do wytwarzania rdzeni transformatorów energetycznych, rzadziej na rdzenie dwubiegunowe maszyn wirujących.
- nieorientowane - mają one własności izotropowe i stosuje się je w silnikach i generatorach. Są one znacznie tańsze od blach orientowanych.

4.Stale bezkrzemowe . Wyroby ze stali bezkrzemowych wytwarzane są w postaci walcowanych na zimno, nieorientowanych blach i taśm. Zawartość węgla nie przekracza 0.3% przy obecności niewielkich ilości Mn, Mo, V i S. Są tańsze od blach krzemowych, charakteryzują się b. dobrą magnesowalnością, wysokim współczynnikiem wypełnienia i dobrą wykrawalnością. Stosuje się przede wszystkim w wirujących maszynach małej mocy.

5.Stopy żelazo-niklowe. Zawartość niklu od 30 do 80%, zwane są potocznie "permalojami", wytwarza się je w postaci taśm o grubości 0.05-0.35 mm. Mają one większą przenikalność magnetyczną niż stale krzemowe i małe straty na prądy wirowe. Stąd używa się ich przede wszystkim do budowy rdzeni pracujących prze wyższych częstotliwościach. Wada: znacznie droższe od blach ze stali krzemowej.

Rodzaje materiałów megnetycznych twardych.
1.Stal węglowa, zawiera ok. 1% C, odpowiednio zahartowana po uprzednim uformowaniu przez obróbkę plastyczną i wiórową, stosowana na magnesy trwałe o dużych wymiarach, jak również na magnesy małych maszyn synchronicznych. Wady: duża wrażliwość na wstrząsy oraz nagrzewanie.

2.Stal wolframowa o zawartości kilku procent W, jest materiałem stosunkowo drogim, używanym w licznikach indukcyjnych, maszynach elektrycznych, induktorach.

3.Stal kobaltowa o zawartości do 36% Co. Jest to materiał drogi używany na magnesy w przekaźnikach, miernikach magnetoelektrycznych, głośnikach i słuchawkach.

4.Stopy typu Fe-Al.-Ni (Alni) oraz Fe-Al.-Ni-Co (Alnico). Są to materiały twarde i kruche o stabilnych własnościach magnetycznych nawet w podwyższonej temperaturze. Stosowane w przyrządach pomiarowych, przekaźnikach, maszynach, licznikach, przetwornikach akustycznych, głośnikach itd. Materiał tani.

44.co to są magnetodielektyki i ferryty?
1.Magnetodielektryki są kompozycjami materiału magnetycznego z dielektrykiem. Stosowane są zwykle w postaci tzw. Rdzeni proszkowych w cewkach wysokiej częstotliwości, wykonanych z proszków ferromagnetyków metalicznych, spojonych utwardzoną żywicą. Mają wł. Materiałów magnetycznych miękkich. Charakteryzują się dużą rezystywnością, małą stratnością, małą przenikalnością magnetyczną, znaczną niezależnością przenikalności magnetycznej od natężenia pola magnetycznego i niewielką zależnością  od częstotliwości. Stosowane są na rdzenie cewek obwodów wysokiej częstotliwości od 20 kHz do kilku MHz.

2.Ferryty są materiałami o własnościach ferrimagnetycznych. Są one tlenkami metali, a więc ceramikami o własnościach charakterystycznych dla materiałów ceramicznych; są: twarde, kruche, trudno obrabialne, źle przewodzą elektryczność.

- ferryty magnetycznie miękkie stosuje się w transformatorach, dławikach, filtrach małej i wielkiej częstotliwości, przełącznikach elektronicznych, pamięciach magnetycznych, w telefonii, technice TV i technice wielkiej częstotliwości.

- ferryty magnetycznie twarde stosuj e się w magnesach trwałych, głośnikach, sprzęgłach, mikrosilnikach, w technice impulsowej i technice wielkiej częstotliwości.

---