Материалы, обладающие большой магнитной проницаемостью, назы- вают ферромагнитными (железо, никель, кобальт и их сплавы). Оказав- шись во внешнем магнитном поле, эти материалы значительно усиливают его. Это явление упрощенно можно объяснить таким образом.
Ферромагнитные материалы имеют области самопроизвольного намагничи- вания. Магнитное состояние таких областей (доменов) характеризуется век- тором намагниченности, которые ориентированы случайным образом. Поэ- тому намагниченность ферромагнитных тел в отсутствие внешнего маг- нитного поля не проявляется. Если ферромагнитное тело поместить во внеш- нее магнитное поле, то под его воздействием произойдут изменения, в ре -зультате которых векторы намагниченности отдельных областей будут ориентированы в направлении внешнего поля. Индукция результирующего магнитного поля будет определяться как индукцией внешнего поля, так и магнитной индукцией отдельных доменов, т. е. результирующее значение индукции будет намного превышать ее начальное значение. Таким образом, суммарное магнитное поле значительно превысит внешнее поле.
Магнитное состояние ферромагнитного поля и характеризуется кривой намагничивания (рис. 2.7). Рассмотрим процесс намагничивания ферромаг- нитного сердечника, помещенного в катушку с током. По мере увеличе- ния тока в катушке магнитная индукция в сердечнике быстро возрастает Это объясняется ориентацией векторов намагниченности ферромагнитного сердечника. Затем интенсивность ориентации замедляется, точка 2 соответ-
ствует магнитному насыщению. т. е. при некотором значении напряженности поля все домены сориентированы и при дальнейшем увеличении тока в катушке индукция поля растет так же, как она росла бы при отсутствии сердечника.
рис. 2.7 рис. 2.8
Если через катушку пропускать ток, меняющий свое направление, то сер- дечник будет перемагничиваться. Рассмотрим этот процесс (рис. 2.8). При увеличении тока в катушке магнитная индукция возрастает до индукции насыщения (точка а). При уменьшении тока магнитная индукция снижа- ется но так, что при тех же значениях Н она оказывается больше значе- ний магнитной индукции, соответствующих увеличению тока. Это объяс- няется тем, что часть доменов сохраняет свою ориентацию. Таким обра- зом, при Н = 0 в сердечнике сохраняется магнитное поле, характери- зуемое остаточной индукцией Вr (точка 6). При увеличении тока в противополож ном направлении магнитное поле катушки компенсирует магнитное поле, созданное доменами сердечника. При напряженности поля Нс (точка с), которая называется коэрцитивной силой, магнитная индук ция окажется равной нулю. Дальнейшее увеличение тока в катушке вызо- вет перемагничивание сердечника, т. е. поворот векторов намагниченности на 180°. При некотором значении Н (точка d) сердечник снова будет на-сыщаться. При уменьшении тока в катушке до нуля индукция будет умень- шаться до остаточной индукции (точка е). Увеличение тока в положитель- ном направлении вызовет намагничивание сердечника до исходного состоя- ния (точка а). Полученную кривую называют петлей г и с т е р и з и с а (запаздывания). Участок 0а характеристики намагничивания назы- вают основной кривой намагничивания.
Процесс перемагничивания связан с затратами энергии и сопровожда- ется выделением теплоты. Энергия, которая затрачивается за один цикл перемагничивания, пропорциональна площади, ограниченной петлей гистерезиса. В зависимости от вида петли гистерезиса ферромагнитные материалы подразделяют на магнитомягкие и магнитотвердые. Магнито-. мягкие материалы обладают круто поднимающейся основной кривой намаг- ничивания и относительно малыми площадями гистерезисных петель. Для магнитотвердых материалов характерны пологость основной кри -вой намагничивания и большая площадь гистерезисной петли.