Ferromagneetilistel materjalidel, nagu raud, nikkel, koobalt ja nende sulamitel, on võime välise magnetvälja mõjul magnetiseeruda. Magnetiliste omaduste hindamiseks on vaja parameetreid, mis iseloomustaksid neid omadusi.

Ferromagneetiliste ainete magneetumust J võib määrata antud materjali magnetilise momendiga M mahuühiku V kohta, nn. magneetimisintensiivsusega:

                        J = M / V  [ A / m³ ],  kus  M = I • ω • S,

kus I on solenoidi läbiv vool A, ω on solenoidi keerdude arv; S on solenoidi keeru ristlõige m2.

Selle väärtus sõltub antud materjali magneetiva välja tugevusest H, mille ühikuks on A/m. Ferromagnetiliste ainete magneetumisaste määratakse magnetväljagaristiolevamaterjali lõikepindala ühikut läbiva magnetvooga. Seda magnetvoogu nimetatakse magnetiliseks induktsiooniks ehk vootiheduseks tähisega B ja mõõdetakse ühikuga tesla T. Magnetvoo tiheduse B muutumine sõltub välisest magneetiva välja tugevusest H, mida iseloomustab magneetimiskõver (joonis 11.3). Suurimat vootihedust, mis praktiliselt võib antud materjalis esineda nimetatakse küllastusvootiheduseks Bs.

Mitmesuguste materjalide küllastusvootihedused bs on järgmised:

• armkoraud 0,4...0,45 T,

• elektrotehniline lehtteras l ,4...2,0 T,

• permalloi 0,7...l,5 T,

• alsifer 1,1 T.

Kehade magneetumisvõime, s.t. omadus muuta magnetvälja tihedust välise magnetvälja mõjul, sõltub magnetilisest läbitavusest μ. Magnetiline läbitavus näitab, mitu korda on ferromagnetilise

aine vootihedus B suurem välisest väljatugevusest H, seega:

μ  = B/H [H/m]   ehk   B = μ H [T]  

Ferromagnetilistel ainetel sõltub magnetiline läbitavus magnetilisest väljatugevusest H (joon.

11.2). Aine magnetiline läbitavus ja, teatud magnetilisel väljatugevusel, mis on erinevatel materjalidel erinev, saavutab suurima väärtuse μ,max. Nullile lähedasele magnetilisele väljatugevusele vastavat magnetilist läbitavust nimetatakse magnetiliseks algläbitavuseks ja tähistatakse μa.

Mitmesuguste materjalide μa ja |μmax ligikaudsed väärtused, ühikutes H/m (henri meetri kohta) on

järgmised:

armkoraud                 250.. .400 35 000.. .45 000

elektrotehniline

lehtteras                   250...l 000 5 000...30000

permalloi                   2 000 300 000

alsifer                       2000 117000

Materjali magnetiline läbitavus sõltub temperatuurist. Curie' temperatuurist kõrgemal muutub

see võrdseks ühega, s.t. materjal kaotab oma magnetilised omadused (joon. 7.15).

Kõikides ferromagnetilistes materjalides esineb nähtus, mida tuntakse hüstereesise nime all.

Nähtus seisneb selles, et kui aine magneetimisel saavutatakse selle magnetiline küllastus Bs (joon. 11.3) ja seejärel välise välja magnetilist tugevust vähendada, siis magnetilise induktsiooni B väärtused ei lange kokku esialgsete väärtustega, vaid on neist suuremad (joon. 11.4).

Magnetilise väljatugevuse väärtusel H = O ilmneb materjalis jääkmagneetumus, mida kvantitatiivselt määratakse jääkvootihedusega Br (jääkinduktsiooniga). Lahtimagneetumisel, s.o. eelmise magnetväljaga vastupidise suuna korral, hakkab Br vähenema, kuni muutub võrdseks nulliga. Sellele vastavat välise lahti magneetiva välja tugevust nimetatakse koertsitiivjõuks Hc.

Välja edasisel tugevdamisel magneetub materjal juba vastupidises suunas kuni küllastumiseni ka siin, kui H vähendada kuni H = O, ei ühti B väärtused eelnenud väärtustega. Muutes küllastuse saavutamisel magneetimise suunda, saavutab kõver lähtepunkt Bs. Saadakse kinnine silmusekujuline kõver, mis on tuntud hüstereesisilmusena (joon. 11.4). See näitab magnetvoo tiheduse mahajäämist (kui H = O, siis B = Br, mitte aga B = O) magnetilisest väljatugevusest.

Ferromagnetiliste materjalide põhilised magnetilised parameetrid μ, Hc ja Br, s.t. sõltuvalt hüstereesisilmuse laiusest (joon. 11.5), lubavad kõiki ferromagnetilisi materjale liigitada kahte rühma vastavalt nende ülesannetele ja sellest tulenevaile nõuetele elektro- ja raadiotehnika seadmeis.

1. Magnetiliselt kõvade materjalide hulka kuuluvad suure koertsiivjõu (Hc) ja jääkvootihedusega (Br), s.t. laia ja järsu hüstereesisilmusega materjalid (joonis 11.5, a). Magnetiliselt kõvade materjalide koertsiivjõud Hc = 240 A/m ja rohkem. Neid käsutatakse püsimagnetite valmistamiseks. Nende Hc = f 400000 A/m j a Br= 0,1:1,2T

                                                   

2. Magnetiliselt pehmete materjalide μ, Hc on suurusjärgus kuni kümned A/m, mõnel juhul aga 80-160 A/m. Magnetiliselt pehmeid ja suure magnetilise läbitavusega (hüstereesisilmuse järsu kallakuga) materjale käsutatakse nõrkades magnetväljades (joon. 11.5, c). Magnetiliselt pehmeid materjale, mille hüstereesisilmus on lameda kallakuga (joon. 11.5, b) iseloomustavad keskmised μ väärtused.

Käsutatakse seadistes, kus on vaja saavutada vootiheduse peaaegu lineaarset sõltuvust magneetimismähise voolust. Ferromagnetiliste materjalide käsutamisel vahelduvmagnetväljades (vahelduvvooluringides) on tähtsaks karakteristikuks neis materjalides esinevad energiakaod. Need käod, mis tekitavad materjali soojenemise , on tingitud kolmest tegurist:

a) hüstereesikadudest (ümbermagneetimiseks);

b) pöörisvoolukadudest (dünaamilised käod);

c) järeltoimekadudest (materjali magnetiline sitkus).

Mida suurem on koertsitiivjõud (laiem hüstereesisilmus), seda raskem on materjali ümber magneetida ja seda suuremad on käod. Hüstereesikaod sõltuvad ka voolu sagedusest (ümbermagneetimise sagedusest). Hüstereesikadusid määratakse valemiga

Ph = nf B ⁿ _maxV,kus

n on materjalist sõltuv tegur, f - sagedus, Bmax - tsükli kestel saavutatav maksimaalne voolutihedus, V - ferromagnetilise materjali ruumala," - astmenäitaja, mille väärtus on 1,54-3. Pöörisvoolukaod sõltuvad materjali takistusest. Mida suurem on eritakistus, seda väiksemad on pöörisvoolukaod. Ferromagnetiliste materjalide omadusi, mis iseloomustavad nende töötamise iseärasusi välises magnetväljas, väljendatakse näitudega (vt. tabel 11.1).

Tabel 11.1

Põhiliste ferromagnetiliste materjalide magnetilised omadused