Гистерезиз и его магнитная петля: механизм возникновения петли гистерезиса

Гистерезис в электротехнике

В электротехнике гистерезис — это важная характеристика для материалов, из которых изготавливаются сердечники электрических машин и аппаратов. Прежде чем приступать к объяснениям, давайте рассмотрим кривую намагничивания сердечника.

Изображение на графике подобного вида называют также петлей гистерезиса.

Важно! В данном случае речь идет о гистерезисе феромагнетиков, здесь это нелинейная зависимость внутренней магнитной индукции материала от величины внешней магнитной индукции, которая зависит от предыдущего состояния элемента. При протекании тока через проводник вокруг последнего возникает магнитное и электрическое поле. Если смотать провод в катушку и пропустить через него ток, то получится электромагнит

Если поместить внутрь катушки сердечник, то её индуктивность увеличится, как и силы, возникающие вокруг неё

Если смотать провод в катушку и пропустить через него ток, то получится электромагнит. Если поместить внутрь катушки сердечник, то её индуктивность увеличится, как и силы, возникающие вокруг неё

При протекании тока через проводник вокруг последнего возникает магнитное и электрическое поле. Если смотать провод в катушку и пропустить через него ток, то получится электромагнит. Если поместить внутрь катушки сердечник, то её индуктивность увеличится, как и силы, возникающие вокруг неё.

Отчего зависит гистерезис? Соответственно сердечник изготавливается из металла, от его типа зависят его характеристики и кривая намагничивания.

Если использовать, например, каленную сталь, то гистерезис будет шире. При выборе так называемых магнитомягких материалов — график сузится. Что это значит и для чего это нужно?

Дело в том, что при работе такой катушки в цепи переменного тока ток протекает то в одном, то в другом направлении. В результате и магнитные силы, полюса постоянно переворачивается. В катушке без сердечника это происходит в принципе одновременно, но с сердечником дела обстоят иначе. Он постепенно намагничивается, его магнитная индукция возрастает и постепенно доходит до почти горизонтального участка графика, который называется участком насыщения.

После этого, если вы начнете изменять направление тока и магнитного поля, сердечник должен будет перемагнитится. Но если просто отключить ток и тем самым убрать источник магнитного поля, сердечник все равно останется намагниченным, хоть и не так сильно. На следующем графике это точка «А». Чтобы его размагнитить до исходного состояния нужно создать уже отрицательную напряженность магнитного поля. Это точка «Б». Соответственно ток в катушке должен протекать в обратном направлении.

Значение напряженности магнитного поля для полного размагничивания сердечника называется коэрцитивной силой и чем она меньше, тем лучше в данном случае.

Перемагничивание в обратном направлении будет проходить аналогично, но уже по нижней ветви петли. То есть при работе в цепи переменного тока часть энергии будет затрачиваться на перемагничивание сердечника. Это ведёт к тому что КПД электродвигателя и трансформатора снижается. Соответственно это приводит к его нагреву.

Важно! Чем меньше гистерезис и коэрцитивная сила, тем меньше потери на перемагничивание сердечника. Кроме выше описанного гистерезис характерен и для работы реле и других электромагнитных коммутационных приборов. Например, ток отключения и включения

Когда реле выключено, чтобы оно сработало нужно приложить определённый ток. При этом ток его удержания во включенном состоянии может быть намного ниже тока включения. Оно отключится только тогда, когда ток опустится ниже тока удержания

Например, ток отключения и включения. Когда реле выключено, чтобы оно сработало нужно приложить определённый ток. При этом ток его удержания во включенном состоянии может быть намного ниже тока включения. Оно отключится только тогда, когда ток опустится ниже тока удержания

Кроме выше описанного гистерезис характерен и для работы реле и других электромагнитных коммутационных приборов. Например, ток отключения и включения. Когда реле выключено, чтобы оно сработало нужно приложить определённый ток. При этом ток его удержания во включенном состоянии может быть намного ниже тока включения. Оно отключится только тогда, когда ток опустится ниже тока удержания.

Терминология

Детально это можно объяснить следующим образом. Гистерезис – это условие, возникающее вследствие воздействия одной физической величины, намагниченности, на другую физическую величину из внешней среды, магнитное поле.

Такое условие можно наблюдать в том случае, если состояние предмета изменяется под давлением внешних условий в этот же и предыдущий период времени.

Нас интересует данное магнитное явление, возникающее в электротехнике

Оно является важной характеристикой для металла, из которого изготавливают сердечник электрической машины или аппарата. Давайте рассмотрим этот процесс с помощью графика

Здесь изображена первоначальная кривая намагничивания ферромагнитного материала. Подробно это можно описать так.

Изначально намагнитив сердечник вплоть до насыщения в отрезке «индукция Bs, напряженность Hs» и снизив напряженность от +Hs до 0, индукция не изменится по кривой 3, а пойдет по проходящему выше участку ABr кривой I. Намагниченность материала останется при Н=0, а поле приобретет характеристику остаточной индукции Br.

При увеличении Н от 0 до значения Н=-Hs, изменится направление тока в катушке и знак напряженности магнитного поля Н. При достижении индукцией нулевых значений при указании напряженности поля Н=Нс, что является коэрцитивной силой, изменится знак и будет достигнута индукция насыщения В=-Вs при Н=-Нs.

Намагнитившись, в течение полного цикла зависимостью B (H) описывается петля I, которая называется предельная петля магнитного гистерезиса. Исходя из величины Pc по предельной петле бывают мягкие и твердые ферромагнетики.

В практических целях это можно описать следующим образом. Проводники пропускают ток и способствуют возникновению магнитного и электрического полей вокруг него. Получение электромагнита происходит путем сматывания провода в катушку и пропуска тока. Индуктивность катушки увеличится при помещении внутри нее сердечника с увеличением сил, возникших у нее.

Мнение эксперта
It-Technology, Cпециалист по электроэнергетике и электронике
Задавайте вопросы «Специалисту по модернизации систем энергогенерации»

ГистерезисЭтимология и история а также Типы Более пристальный взгляд на кривую намагничивания обычно выявляет серию небольших случайных скачков намагниченности, называемых скачками Баркгаузена. Спрашивайте, я на связи!

Датчики уровня

Для того, чтобы зарегистрировать критические уровни — нам понадобятся датчики. Нам не нужно знать числовое значение уровня воды в баке в каждый момент времени, а только нужно регистрировать достижение критических значений – поэтому подойдут поплавковые датчики.

Они работают по принципу обыкновенного рыболовного поплавка – отсюда и название. Как только уровень воды достигает поплавковой части датчика – он всплывает и замыкает контактную площадку на своей стационарной части, выполняя при этом роль обычного размыкателя цепи.

Такие датчики называют датчиками с выходом типа «сухой контакт». Слово «сухой» означает, что сам по себе датчик никакого напряжения не выдаёт.

Подробнее о поплавковых датчика уровня можно прочитать в нашей статье.

Основные понятия

Магнитное поле

– это одна из составляющих электромагнитного поля, характеризующаяся своим силовым действием на движущиеся заряженные частицы.

Вектор магнитной индукции B

– это основная силовая величина магнитного поля.

Намагниченность M

– это величина, которая характеризует магнитное состояние вещества.

Напряженность магнитного поля

– это характеристика магнитного поля, которая равна разности магнитной индукции и намагниченности.

Ферромагнитный материал

– это материал, намагниченность которого зависит от напряженности внешнего магнитного поля.

Допустим, мы имеем катушку, внутри которой имеется сердечник из ферромагнитного материала. Обычно такой сердечник состоит из железа, никеля, кобальта и различных соединений на их основе. Если подключить её к источнику переменного тока , то вокруг катушки образуется магнитное поле, которое будет изменяться по закону

График зависимости B (H)

Участок 0-1 называется кривой первоначального намагничивания. Благодаря ей мы можем увидеть, как меняется магнитная индукция в размагниченной катушке.

После насыщения (то есть точки 1) с уменьшением напряженности магнитного поля до нуля (участок 1-2), мы видим, что сердечник остался намагниченным на величину остаточной намагниченности Br. Это и называется явлением магнитного гистерезиса.

С точки зрения физики остаточная намагниченность объясняется тем, что в ферромагнетиках существуют сильные магнитные связи между молекулами, благодаря которым создаются беспорядочно направленные магнитные моменты. Под воздействием внешнего поля, они принимают направления поля, а после его снятия, часть магнитных моментов остаются направленными. Поэтому вещество остается намагниченным.

После изменения направления тока в катушке размагничивание продолжается (участок 2-3) до пересечения оси абсцисс. Участок 3-0 называется коэрцитивной силой Hc. Это величина, которая необходима для уничтожения поля в сердечнике. Далее аналогично происходит намагничивание сердечника до насыщения (участок 3-4) и обратно размагничивание на участке 4-5 и 5-6, с последующим намагничиванием до точки 1. Весь этот график называется петлей магнитного гистерезиса.

Если многократно намагнитить сердечник с напряженностью и индукцией магнитного поля, меньшими чем при насыщении, то можно получить семейство кривых, из которых в дальнейшем можно построить основную кривую намагничивания (0-1-2). Эта кривая зачастую требуется при электротехнических расчетах магнитных систем.

В зависимости от ширины петли гистерезиса, ферромагнитные материалы делят на магнитотвердые и магнитомягкие. Магнитотвердые вещества обладают большими значениями остаточной намагниченности и коэрцитивной силы. Магнитомягкие вещества, такие как электротехническая сталь применяют в трансформаторах, электрических машинах,электромагнитах , благодаря небольшой коэрцитивной силе и большому значению магнитной проницаемости.

Биологические и физические системы способны мгновенно откликаться на приложенное к ним воздействие. Если рассмотреть это явление на временной оси координат, то становится заметно, что отклик зависит от предыстории системы и ее текущего состояния. График, который наглядно демонстрирует это свойство систем, получил название петли гистерезиса, которая отличается остроугольной формой.

Оригинальная форма петли обусловлена эффектом насыщения и неравномерностью траектории между соседними расстояниями. Эффект гистерезиса имеет кардинальные отличия от инерционности, с которой его часто путают, забывая о том, что монотонное сопротивление существенно отличается от мгновенного сопротивления на воздействие.

Петля гистерезиса является циклом, в ходе которого часть свойств системы используются независимо от воздействий, а часть – отправляется на повторную проверку.

Теория гистерезиса

Стоит учитывать, что явление магнитного гистерезиса происходит также при вращении поля Н, а не только при его изменении по знаку и величине. Называется это гистерезисом магнитного вращения и соответствует изменению направления намагниченности М с изменением направления поля Н. Возникновение гистерезиса магнитного вращения наблюдается также при вращении исследуемого образца относительно фиксированного поля Н.

Кривая намагничивания характеризует также магнитную структуру домена. Структура изменяется при прохождении процессов намагничивания и перемагничивания. Изменения зависят от того, насколько смещаются границы доменов, от воздействий внешнего магнитного поля. Абсолютно все, что способно задержать все процессы, описанные выше, переводит ферромагнетики в нестабильное состояние и является причиной того, что возникает гистерезис магнитный.

Нужно учесть, что гистерезис зависит от множества параметров. Намагниченность меняется под воздействием внешних факторов – температуры, упругого напряжения, следовательно, возникает гистерезис. При этом появляется гистерезис не только намагниченности, но и всех тех свойств, от которых он зависит. Как можно видеть отсюда, явление гистерезиса можно наблюдать не только при намагничивании материала, но и при других физических процессах, связанных прямо или косвенно с ним.

Физический процесс при гистерезисе

Чтобы подробно понять процесс гистерезиса, необходимо досконально изучить следующие понятия:

Магнитное поле – это среда, которая создается линиями магнитной индукции, образованными током, протекающим по проводнику или созданные строго направленными магнитными моментами в постоянном магните.
Вектор магнитной индукции – величина, указывающая направление распространения магнитного поля, обозначается большой буквой В.
Намагниченность – состояние вещества, при котором в нем еще остались направленные магнитные диполи. В физике и электротехнике обозначается буквой М.
Напряженность магнитного поля – величина, характеризующая разницу между В и М, обозначается буквой Н.

Что касается материалов, в которых лучше всего наблюдается эффект гистерезиса, то таковыми являются именно ферромагнетики. Это смесь химических элементов, которая способна намагничиваться за счет направленности магнитных диполей, поэтому обычно в составе имеются такие металлы, как:

железо;
кобальт;
никель;
соединения на их основе.

Чтобы увидеть гистерезис, на катушку с сердечником из ферромагнетика необходимо подать переменное напряжение. При этом от величины его график намагничивания сильно зависеть не будет, потому как эффект зависит напрямую от свойства самого материала и величины магнитной связи между элементами вещества.

Основополагающим моментом при рассмотрении понятия гистерезиса в электронике является как раз магнитная индукция В, созданная вокруг катушки при подаче напряжения. Она определяется по стандартной формуле, как произведение магнитной диэлектрической проницаемости вещества к сумме напряженности и намагниченности поля.

Чтобы понять общий принцип эффекта гистерезиса, необходимо воспользоваться графиком. На нем видна петля намагничивания из состояния полной размагниченности. Участок можно обозначить цифрами 0-1. При достаточной величине напряжения и длительности воздействия магнитного поля на материал график доходит до крайней своей точки по указанной траектории. Процесс осуществляется не по прямой, а по кривой с определенным изгибом, который характеризует свойства материала. Чем больше в веществе магнитных связей между молекулами, тем быстрее он выходит в насыщение.

После снятия напряжения с катушки напряженность магнитного поля падает до нуля. Это участок на графике 1-2. При этом материал за счет направленности магнитных моментов остается намагниченным. Но величина намагниченности несколько ниже, чем при насыщении. Если такой эффект наблюдается в веществе, то оно относится к ферромагнетикам, способным накапливать в себе магнитное поле за счет сильных магнитных связей между молекулами вещества.

Со сменой полярности напряжения, подводимого к катушке, процесс размагничивания продолжается по той же кривой до состояния насыщения. Только в этом случае магнитные моменты диполей будут направлены в обратную сторону. С частотой сети процесс будет периодически повторяться, описывая график, получивший название – петля магнитного гистерезиса.

При многократном намагничивании ферромагнетика меньшей, чем при насыщении напряженностью, то можно получить семейство кривых, из которых можно построить общий график, характеризующий состояние вещества от полного размагниченного до полного намагниченного.

Гистерезис и электроника

Гистерезис обладает и полезными функциями. Так, магнитный гистерезис используют пороговые элементы и триггеры Шмидта для того, чтобы стабилизировать функционирование приборов, срабатывающих при помехах или случайных всплесках напряжения.

Задержавшись во времени можно исключить случайные отклонения.

По такому принципу организована работа электронного термостата. Он срабатывает только, достигнув задаваемого значения температуры.

Эффект задерживания позволяет исключить слишком высокую частоту срабатываний и предотвращает отключение термостата из-за изменений температур.

Если бы магнитный гистерезис отсутствовал, то при достижении заданных параметров (температуры) термостат бы включался и отключался. Например, при установке регулятора температуры в 24 градуса тепла и при достижении этого значения, термостат отключится. Однако он включится снова, как только температура начнет опускаться. При этом в комнате может быть все еще достаточно тепло и включение термостата можно отложить до более низкого значения температуры. Потому, частые включения и отключения не рациональны в данном случае.
При присутствии такого явления как магнитный гистерезис можно осуществить некоторую задержку в определенном охвате значений. Если брать за основу вышеописанный пример с 24 градусами, то термостат при их достижении точно так же отключится. Но включится он не сразу, как только упадет температура. Время его повторного включения можно будет задать. Например, если это значение составит 5 градусов, то снова включение термостата произойдет при падении температуры до 19 градусов.Эту задержку можно контролировать и устанавливать по своему усмотрению.

В заключение подведем небольшой итог. Явление магнитного гистерезиса плохо влияет на электрические приводы и трансформаторы, однако для работы регуляторов он необходим.

Полезные советы
Схемы для подключения
Принципы работы устройств
Главные понятия
Счетчики от Энергомера
Меры предосторожности
Лампы накаливания
Видеоинструкции для мастера
Проверка мультиметром

Теория гистерезиса

Общие понятия гистерезиса

Гистерезис можно наблюдать в те моменты, когда какое-либо тело в конкретный период времени будет находиться в зависимости от внешних условий. Данное состояние тела рассматривается и в предыдущее время, после чего производится сравнение и выводится определенная зависимость.

Подобная зависимость хорошо просматривается на примере человеческого тела. Чтобы изменить его состояние потребуется какой-то отрезок времени на релаксацию. Поэтому реакция тела будет всегда отставать от причин, вызвавших измененное состояние. Данное отставание значительно уменьшается, если изменение внешних условий также будет замедляться. Тем не менее, в некоторых случаях может не произойти уменьшения отставаний. В результате, возникает неоднозначная зависимость величин, известная как гистерезисная, а само явление называется гистерезисом.

Определение понятия

У слова «Гистерезис» греческие корни, оно переводится как запаздывающий или отстающий. Этот термин используется в разных сферах науки и техники. В общем смысле понятие гистерезис отличает различное поведение системы при противоположных воздействиях.

Это можно сказать и более простыми словами. Допустим есть какая-то система, на которую можно влиять в нескольких направлениях. Если при воздействии на неё в прямом направлении, после прекращения система не возвращается в исходное состояние, а устанавливается в промежуточном – тогда чтобы вернуть в исходное состояние нужно воздействовать уже в другом направлении с какой-то силой. В этом случае система обладает гистерезисом.

Иногда это явление используется в полезных целях, например, для создания элементов, которые срабатывают при определённых пороговых значениях воздействующих сил и для регуляторов. В других случаях гистерезис несёт пагубное влияние, рассмотрим это на практике.

Форма петли

Зависит форма петли от многих параметров – намагниченности, напряженности поля, наличия потерь и т. д. Также немалое влияние оказывает и химический состав ферромагнетика, структурное состояние его, температура, характер и распределение дефектов, наличие обработки (тепловой, термомагнитной, механической). Следовательно, гистерезис ферромагнетиков можно изменять, подвергая материалы механической обработке. От этого изменяются все характеристики материала.

На графике зависимости М от Н можно видеть:

Из нулевого состояния, при котором М=0 и Н=0, с увеличением Н растет и М.
Когда поле увеличивается, то намагниченность становится практически постоянной и равна значению насыщения.
При уменьшении Н происходит обратное изменение, но вот когда Н=0, намагниченность М не будет равна нулю. Это изменение можно видеть по кривой размагничивания. И когда Н=0, М принимает значение, равное остаточной намагниченности.
При увеличении Н в интервале –Нт… +Нт происходит изменение намагниченности вдоль третьей кривой.
Все три кривые, описывающие процессы, соединяются и образуют своеобразную петлю. Она-то и описывает явление гистерезиса – процессы намагничивания и размагничивания.

Примечания[ | ]

Harrison, L. Current Sources & Voltage References. — Newnes, 2005. — 569 p. — (Electronics & Electrical). — ISBN 9780750677523., p. 335
Горшков М. К. Общественное мнение. Учебное пособие. — М.: Политиздат, 1989. — 384 с.
Красносельский М. А., Покровский А. В. Системы с гистерезисом. — М.: Наука, 1983.
Красносельский М. А., Покровский А. В. Системы с гистерезисом. — М.: Наука, 1983. — 271 с.
R. V. Lapshin (1995). “Analytical model for the approximation of hysteresis loop and its application to the scanning tunneling microscope” (PDF). Review of Scientific Instruments . USA: AIP.66 (9): 4718–4730. arXiv:2006.02784. DOI:10.1063/1.1145314. ISSN 0034-6748. (перевод на русский).
R. V. Lapshin (2020). “An improved parametric model for hysteresis loop approximation” (PDF). Review of Scientific Instruments . USA: AIP.91 (6): 065106. arXiv:1701.08070. DOI:10.1063/5.0012931. ISSN 0034-6748.
S. Maynes, F. Yang, A. Parkhurst. Package Hysteresis (Tools for Modeling Rate-Dependent Hysteretic Processes and Ellipses)(неопр.) . R-project (November 20, 2013). Дата обращения 11 июня 2020.

Дополнительные соображения

Модели гистерезиса

У каждого объекта, включающего гистерезис, есть модели, специфичные для объекта. Кроме того, существуют модели, которые отражают общие характеристики многих систем с гистерезисом. Примером может служить модель гистерезиса Прейзаха , которая представляет гистерезисную нелинейность как линейную суперпозицию прямоугольных петель, называемых неидеальными реле. Многие сложные модели гистерезиса возникают из простого параллельного соединения или суперпозиции элементарных носителей гистерезиса, называемых гистеронами.

Простое и интуитивно понятное параметрическое описание различных петель гистерезиса можно найти в модели Лапшина . Наряду с плавными петлями, замена трапецеидальных, треугольных или прямоугольных импульсов вместо гармонических функций позволяет строить в модели кусочно-линейные петли гистерезиса, часто используемые в дискретной автоматике. Есть реализации модели петли гистерезиса в Mathcad и в языке программирования R .

Модель Bouc-Wen гистерезиса часто используется для описания нелинейных систем гистерезисных. Его представил Бук и расширил Вен, который продемонстрировал его универсальность, создав множество гистерезисных узоров. Эта модель способна фиксировать в аналитической форме ряд форм гистерезисных циклов, которые соответствуют поведению широкого класса гистерезисных систем; поэтому, учитывая ее универсальность и математическую управляемость, модель Боука – Вена быстро завоевала популярность и была расширена и применена к широкому кругу инженерных задач, включая системы с множеством степеней свободы (MDOF), здания, рамы, двунаправленные и крутильный отклик гистерезисных систем двух- и трехмерных континуумов, а также разжижение грунта среди прочего. Модель Боука – Вена и ее варианты / расширения использовались в приложениях структурного контроля , в частности, при моделировании поведения магнитореологических демпферов , устройств изоляции основания для зданий и других видов демпфирующих устройств; она также использовалась при моделировании и анализе конструкций, построенных из железобетона, стали, кирпичной кладки и дерева

Наиболее важное расширение модели Бук-Вен было выполнено Бабером и Нори, а затем Нури и его сотрудниками. Эта расширенная модель, названная BWBN, может воспроизвести сложное явление сдвига и защемления, которое более ранняя модель не могла воспроизвести. Модель BWBN широко использовалась в широком спектре приложений и была включена в несколько программных кодов, таких как OpenSees.

Модель BWBN широко использовалась в широком спектре приложений и была включена в несколько программных кодов, таких как OpenSees.

Энергия

Когда гистерезис возникает с обширными и интенсивными переменными , работа, выполняемая в системе, находится под графиком гистерезиса.

Петля – магнитный гистерезис

Магнитнотвердые материалы, из которых изготовляют постоянные магниты, характеризуются широкой петлей магнитного гистерезиса ( большой коэрцитивной силой Яс) и малой магнитной пр.

Рабочий участок петлн гистерезиса.

Мапштотвердые материалы, из которых изготовляют постоянные магниты, характеризуются широкой петлей магнитного гистерезиса ( большой коэрцитивной силой Нс) и малой магнитной проницаемостью. Для них важнейшей характеристикой является участок нисходящей ветви петли магнитного гистерезиса, заключенный между значениями Вг ( остаточная индукция) и Нс. Этот участок называется кривой размагничивания. Данные по маг-нитотвердым материалам, характеризующие их основные параметры, приведены в специальных справочниках, ГОСТах, технических условиях. Эти величины представляют собой нижнюю границу соответствующего параметра. Разрежем тороид поперек и разведем его половины друг от друга. Магнитный поток должен пройти не только по материалу образца, но и через воздушный промежуток.

Величина этих потерь энергии тем больше, чем больше площадь, ограниченная петлей магнитного гистерезиса.

В уравнении (5.87) и последующих выражениях учтено, что для рассматриваемого участка петли магнитного гистерезиса напряженность поля имеет отрицательный знак. Поэтому значения должны подставляться как положительные величины.

Петля гистерезиса.| Основная кривая намагничивания.| Основная кривая намагничивания, полученная путем соединения верхушек семейства петель гистерезиса.

В ] и до ее значения В2 – Кривая такого типа называется петлей магнитного гистерезиса.

Магнитно-твердые материалы имеют большие значения остаточной магнитной индукции и коэрцитивной силы, широкую петлю магнитного гистерезиса.

Перемагннчивание однодоменных частиц осуществляется за счет вращения векторд намагниченности, В этом случае петля магнитного гистерезиса частицы в координатах М – Н имеет прямоугольный вид и коэрцитивная сила по намагниченности совпадает по величине с полем анизотропии.

В области высокочастотной дисперсии имеют место спад индукции ( рис. 2) и уменьшение площади петли магнитного гистерезиса с увеличением частоты. Наибольший спад составляющих комплексной магнитной проницаемости, индукции и уменьшение площади петли магнитного гистерезиса с увеличением частоты наблюдаются при том же содержании СоО ( 1 мол. Это свидетельствует о том, что изменение указанных параметров вызвано одним и тем же механизмом, видимо магнитным последействием, обусловленным диффузионными процессами.

Кривая размагничивания.

Постоянные магниты, обладающие свойством длительно сохранять остаточную намагниченность, изготовляются из магнитно-твердых материалов, характеризующихся широкой петлей магнитного гистерезиса и обладающих в намагниченном состоянии большим запасом магнитной энергии. Намагниченный до насыщения тороидальный образец при отсутствии тока в намагничивающей катушке имеет остаточную индукцию Вг.

Целью работы являются ознакомление с доменной структурой и процессами технического намагничивания ферромагнетиков, а также измерение основных характеристик петли магнитного гистерезиса в помощью магнитооптического эффекта Фарадея.

На рис. 1.24 показана последовательность изменения поля ролика подшипника, соответствующего его различным магнитным состояниям, определяемым по петле магнитного гистерезиса ролика. Однако при изучении картины поля следует учитывать, что распределение магнитных силовых линий вокруг ролика зависит от его намагниченности, предыдущего магнитного состояния, значения поля электромагнита и размагничивающего поля ролика.

К вопросу об определении потерь энергии в ферромагнитном сердечнике.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание

Объясните, почему ферромагнетики при циклическом перемагничивании нагреваются тем больше, чем ярче у них выражен гистерезис.

Решение

Рассмотрим ферромагнетик, гистерезис которого представлен рис.2. При увеличении индукции от до совершается работа, которая равна площади, ограниченной ветвью кривой намагничивания 1, то есть площади . При размагничивании до исходного состояния возвращаемая работа равна площади , которая имеет, очевидно меньшую величину. Так, при полном цикле перемагничивания нашего ферромагнетика на каждую единицу объема вещества вводится энергия, равна W, причем: где S — площадь петли гистерезиса. Данная энергия тратится на выполнение работы против коэрцитивных сил в ферромагнетике и в результате переходит в теплоту. Следовательно, ферромагнетики нагреваются тем больше, чем сильнее у них проявляется гистерезис.

ПРИМЕР 2

Задание

Зачем тепло гистерезиса учитывают при расчете электрических приборов и устройств?

Решение

Тепло гистерезиса необходимо учитывать при расчете разных электрических устройств, если они содержат ферромагнетики, которые в ходе работы устройства подвержены перемагничиванию. (см. пример 1). Примерами подобных устройств являются железные сердечники трансформаторов, железные якори генераторов постоянного тока. Существование гистерезиса в них ведет к тому, что происходит бесполезная затрата энергии, выделяющаяся в виде теплоты, что понижает коэффициент полезного действия приборов и установок. Для уменьшения ненужных трат используют сорта мягкого железа, у которых петли гистерезиса минимальны, то есть гистерезис проявляется слабо.

В электротехнике есть разные приборы, принцип работы которых основан на электромагнитных явлениях. Где есть сердечник, на котором намотана катушка из проводящего материала, например, меди, наблюдаются взаимодействия за счёт магнитных полей. Это реле, пускатели, контакторы, электродвигатели и магниты. Среди характеристик сердечников есть такая характеристика как гистерезис. В этой статье мы рассмотрим, что это такое, а также какаие польза и вред от данного явления.