Факультет
<<  Электроэнергетический факультет Электроэнергетический факультет Кафедра электроснабжения и эксплуатации электрооборудования  >>
Электроэнергетический факультет Кафедра электроснабжения и
Электроэнергетический факультет Кафедра электроснабжения и
ТЕМА № 5 Магнитные материалы ЛЕКЦИЯ № 12 Физические процессы в
ТЕМА № 5 Магнитные материалы ЛЕКЦИЯ № 12 Физические процессы в
Учебные цели 1. Знать классификацию веществ по магнитным свойствам
Учебные цели 1. Знать классификацию веществ по магнитным свойствам
Учебные вопросы Введение 1. Классификация веществ по магнитным
Учебные вопросы Введение 1. Классификация веществ по магнитным
Список рекомендуемой литературы Привалов Е.Е. Электроматериаловедение:
Список рекомендуемой литературы Привалов Е.Е. Электроматериаловедение:
Введение Все материалы при внесении их во внешнее магнитное поле
Введение Все материалы при внесении их во внешнее магнитное поле
Магнитная индукция (2) где
Магнитная индукция (2) где
1. Классификация веществ по магнитным свойствам Все магнетики делят на
1. Классификация веществ по магнитным свойствам Все магнетики делят на
1. Диамагнетики (k M < 0) – вещества с нулевым магнитным моментом
1. Диамагнетики (k M < 0) – вещества с нулевым магнитным моментом
2. Парамагнетики (k M > 0) – ЭТМ с ненулевым магнитным моментом атомов
2. Парамагнетики (k M > 0) – ЭТМ с ненулевым магнитным моментом атомов
3. Ферромагнетики (k M >> 0) – твердые вещества с спонтанной
3. Ферромагнетики (k M >> 0) – твердые вещества с спонтанной
4. Антиферромагнетики, если температура ниже критической спонтанно
4. Антиферромагнетики, если температура ниже критической спонтанно
5. Ферримагнетики (k M >> 0) – вещества обладающие антиферромагнитными
5. Ферримагнетики (k M >> 0) – вещества обладающие антиферромагнитными
2. Природа ферромагнитного состояния Особые свойства ферромагнетиков
2. Природа ферромагнитного состояния Особые свойства ферромагнетиков
Для двух атомов в молекуле водорода энергия обменного взаимодействия:
Для двух атомов в молекуле водорода энергия обменного взаимодействия:
Рисунок 1 – Схема электростатического взаимодействия электронов (1, 2)
Рисунок 1 – Схема электростатического взаимодействия электронов (1, 2)
Между атомами а и б возникают силы притяжения (ковалентная связь)
Между атомами а и б возникают силы притяжения (ковалентная связь)
Рисунок 2 - Зависимость обменного интеграла А от степени перекрытия
Рисунок 2 - Зависимость обменного интеграла А от степени перекрытия
Парамагнетики
Парамагнетики
Критерий перехода от АФМ к ФМ состоянию a / d > 1,5 (4) (удовлетворяют
Критерий перехода от АФМ к ФМ состоянию a / d > 1,5 (4) (удовлетворяют
Рисунок 3 – Схемы доменных структур ферромагнетиков
Рисунок 3 – Схемы доменных структур ферромагнетиков
Однодоменная структура - совокупность магнитов, прикасающихся
Однодоменная структура - совокупность магнитов, прикасающихся
Наиболее устойчиво состояние ФМ, в котором уменьшение
Наиболее устойчиво состояние ФМ, в котором уменьшение
3. Процессы при намагничивании ферромагнетиков Магнитная анизотропия
3. Процессы при намагничивании ферромагнетиков Магнитная анизотропия
Рисунок 4 – Схемы монокристаллов железа (а), никеля (б) и кобальта (в)
Рисунок 4 – Схемы монокристаллов железа (а), никеля (б) и кобальта (в)
В кристалле Fe есть 6 направлений легкого намагничивания, а
В кристалле Fe есть 6 направлений легкого намагничивания, а
Рисунок 5 – Зависимости магнитной индукции В и проницаемости
Рисунок 5 – Зависимости магнитной индукции В и проницаемости
Область
Область
Рисунок 6 – Схемы ориентации спинов в доменах при намагничивании
Рисунок 6 – Схемы ориентации спинов в доменах при намагничивании
Магнитный гистерезис - если ФМ намагнитить до насыщения ВS и убрать
Магнитный гистерезис - если ФМ намагнитить до насыщения ВS и убрать
Рисунок 7 – Основная кривая намагничивания и петля гистерезиса ФМ при
Рисунок 7 – Основная кривая намагничивания и петля гистерезиса ФМ при
Статическая магнитная проницаемость:
Статическая магнитная проницаемость:
Электроэнергетический факультет Кафедра электроснабжения и
Электроэнергетический факультет Кафедра электроснабжения и

Презентация на тему: «Электроэнергетический факультет Кафедра электроснабжения и эксплуатации электрооборудования Учебная дисциплина ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ». Автор: Привалов Е.Е.. Файл: «Электроэнергетический факультет Кафедра электроснабжения и эксплуатации электрооборудования Учебная дисциплина ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ.ppt». Размер zip-архива: 236 КБ.

Электроэнергетический факультет Кафедра электроснабжения и эксплуатации электрооборудования Учебная дисциплина ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

содержание презентации «Электроэнергетический факультет Кафедра электроснабжения и эксплуатации электрооборудования Учебная дисциплина ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ.ppt»
СлайдТекст
1 Электроэнергетический факультет Кафедра электроснабжения и

Электроэнергетический факультет Кафедра электроснабжения и

эксплуатации электрооборудования Учебная дисциплина ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

2 ТЕМА № 5 Магнитные материалы ЛЕКЦИЯ № 12 Физические процессы в

ТЕМА № 5 Магнитные материалы ЛЕКЦИЯ № 12 Физические процессы в

магнитных материалах

3 Учебные цели 1. Знать классификацию веществ по магнитным свойствам

Учебные цели 1. Знать классификацию веществ по магнитным свойствам

2. Знать природу ферромагнитного состояния и процессы в ферромагнетиках.

4 Учебные вопросы Введение 1. Классификация веществ по магнитным

Учебные вопросы Введение 1. Классификация веществ по магнитным

свойствам. 2. Природа ферромагнитного состояния. 3. Процессы при намагничивании ферромагнетиков. Заключение

5 Список рекомендуемой литературы Привалов Е.Е. Электроматериаловедение:

Список рекомендуемой литературы Привалов Е.Е. Электроматериаловедение:

Пособие. СтГАУ, АГРУС, 2012. – 196с. Привалов Е.Е. , Гальвас А.В. Электротехнические материалы: Пособие. СтГАУ, АГРУС, 2011. – 192с. Привалов Е.Е. Электроматериаловедение: Лабораторный практикум. Тесты. СтГАУ, АГРУС, 2012. – 196с. 4. Справочники по ЭТМ в 3 томах /Под ред. Ю.В. Корицкого – М.: Энергоатомиздат Т.1,1986 – 308с.;Т.2,1987. – 296с.; Т.3,1988 – 728с.

6 Введение Все материалы при внесении их во внешнее магнитное поле

Введение Все материалы при внесении их во внешнее магнитное поле

намагничиваются. Намагничивание ЭТМ характеризуют: магнитная индукция B (Тл); напряженность магнитного поля H (А/м); магнитный поток Ф (Вб); намагниченность J (А/м). Намагниченность JМ = k M Н (1) где k M - магнитная восприимчивость ЭТМ.

7 Магнитная индукция (2) где

Магнитная индукция (2) где

0 - магнитная постоянная; ? - относительная магнитная проницаемость. Первопричина магнитных свойств материалов - внутренние скрытые формы движения электрических зарядов (элементарных круговых токов) обладающих магнитными моментами.

8 1. Классификация веществ по магнитным свойствам Все магнетики делят на

1. Классификация веществ по магнитным свойствам Все магнетики делят на

пять групп: 1. Диамагнетики (ДМ). 2. Парамагнетики (ПМ). 3. Ферромагнетики (ФМ). 4. Антиферромагнетики (АФМ). 5. Ферримагнетики (ФрМ). Известно пять типов магнитного состояния веществ: диа - , пара - , ферро - , антиферро - и ферримагнетизм.

9 1. Диамагнетики (k M < 0) – вещества с нулевым магнитным моментом

1. Диамагнетики (k M < 0) – вещества с нулевым магнитным моментом

атомов или молекул (без внешнего магнитного поля). ДМ эффект есть у всех веществ (маскируется более сильными магнитными эффектами). ДМ: инертные газы, водород, азот; жидкости (вода, нефть); металлы (медь, серебро, цинк, золото); полупроводники - (германий, кремний); вещества с ковалентной связью. Внешнее проявление ДМ - выталкивание ЭТМ из неоднородного магнитного поля.

10 2. Парамагнетики (k M > 0) – ЭТМ с ненулевым магнитным моментом атомов

2. Парамагнетики (k M > 0) – ЭТМ с ненулевым магнитным моментом атомов

(электронов) без внешнего магнитного поля. Закон Кюри. Восприимчивость k M ПМ обратно пропорциональна температуре Т К. ПМ в неоднородном магнитном поле имеют момент JМ > 0 и втягиваются в него. К ПМ относятся: кислород, окись азота, щелочные металлы, соли железа, кобальта, никеля и редкоземельных элементов.

11 3. Ферромагнетики (k M >> 0) – твердые вещества с спонтанной

3. Ферромагнетики (k M >> 0) – твердые вещества с спонтанной

намагниченностью зависящей от внешних воздействий. ФМ имеют внутреннюю магнитную упорядоченность (области с параллельно ориентированными магнитными моментами). ФМ способны намагничиваться до насыщения в слабых магнитных полях. ФМ – кристаллы железа, кобальта, никеля и ряда сплавов (редкоземельных металлов).

12 4. Антиферромагнетики, если температура ниже критической спонтанно

4. Антиферромагнетики, если температура ниже критической спонтанно

возникает антипараллельная ориентация магнитных моментов атомов кристаллической решетки. АФМ имеют небольшую восприимчивость которая сильно зависит от Т0С (при нагреве переходят в парамагнитное состояние). АФМ: хром, марганец и ряд редкоземельных металлов. Типичные АФМ - простые химические соединения на основе металлов переходной группы типа окислов.

13 5. Ферримагнетики (k M >> 0) – вещества обладающие антиферромагнитными

5. Ферримагнетики (k M >> 0) – вещества обладающие антиферромагнитными

свойствами, т.е. восприимчивость магнетика сильно зависит от напряженности поля и температуры. Таким образом, слабомагнитные вещества диа-, пара- и антиферромагнетики, а ферро - и ферримагнетики сильномагнитные материалы.

14 2. Природа ферромагнитного состояния Особые свойства ферромагнетиков

2. Природа ферромагнитного состояния Особые свойства ферромагнетиков

обусловлены их доменным строением. Домены - макроскопические области, намагниченные до насыщения даже в отсутствие внешнего магнитного поля. Спонтанная намагниченность появляется за счет сил обменного взаимодействия квантового характера между ядрами и электронами ФМ.

15 Для двух атомов в молекуле водорода энергия обменного взаимодействия:

Для двух атомов в молекуле водорода энергия обменного взаимодействия:

ЭА = -А (s1 s2) (3) где А - обменный интеграл; s1 и s2 - единичные векторы (направления спиновых моментов взаимодействующих электронов). Из - за неразличимости электронов 1 и 2 энергетическое состояние молекулы не меняется и происходит обобществление электронов вещества (рисунок 1).

16 Рисунок 1 – Схема электростатического взаимодействия электронов (1, 2)

Рисунок 1 – Схема электростатического взаимодействия электронов (1, 2)

и ядер (а, б) в двухатомной молекуле

17 Между атомами а и б возникают силы притяжения (ковалентная связь)

Между атомами а и б возникают силы притяжения (ковалентная связь)

Обменный интеграл А характеризует влияние магнитной упорядоченности на энергию молекулы. Численное значение и знак определяются степенью перекрытия электронных оболочек - отношения a / d, где a – расстояние между атомами, d - диаметр оболочки, содержащей некомпенсированные спины (рисунок 2).

18 Рисунок 2 - Зависимость обменного интеграла А от степени перекрытия

Рисунок 2 - Зависимость обменного интеграла А от степени перекрытия

электронных оболочек соседних атомов (отношения a/d)

19 Парамагнетики

Парамагнетики

Если расстояние a в 4 раза превышает диаметр d, то энергия Э А мала, а обменные силы не противодействуют тепловому движению и не вызывают упорядоченное расположение спинов магнетика. Ферромагнетики. При уменьшении расстояния a интеграл А возрастает, усиливается обменное взаимодействие и возникает параллельная ориентация спинов вещества. Антиферромагнетики. При сближении атомов интеграл А изменяет знак, т.к. энергетически выгодно антипараллельное расположение спиновых моментов атомов.

20 Критерий перехода от АФМ к ФМ состоянию a / d > 1,5 (4) (удовлетворяют

Критерий перехода от АФМ к ФМ состоянию a / d > 1,5 (4) (удовлетворяют

железо, кобальт, никель). Геометрия доменной структуры ФМ определяется из условия минимума свободной энергии системы (рисунок 3). Однодоменное состояние энергетически невыгодно магнетику, т.к. в этом случае на концах ФМ возникают магнитные полюса, создающие внешнее магнитное поле (обладает потенциальной энергией (рисунок 3,а).

21 Рисунок 3 – Схемы доменных структур ферромагнетиков

Рисунок 3 – Схемы доменных структур ферромагнетиков

22 Однодоменная структура - совокупность магнитов, прикасающихся

Однодоменная структура - совокупность магнитов, прикасающихся

одноименными полюсами. Малая магнитостатическая энергия - кристалл состоит из двух доменов с противоположной ориентацией магнитных моментов (рисунок 3, б). Наиболее выгодна - структура с боковыми доменами (рисунки 3, в и г). Магнитный поток замыкается внутри образца (за пределами магнитное поле равно нулю).

23 Наиболее устойчиво состояние ФМ, в котором уменьшение

Наиболее устойчиво состояние ФМ, в котором уменьшение

магнитостатической энергии компенсируется увеличением энергии доменных границ. Малые кристаллы ФМ могут состоять из одного домена (образование границы энергетически невыгодно). Иллюстрация - намагничивание опилок при обработке ферромагнитных материалов.

24 3. Процессы при намагничивании ферромагнетиков Магнитная анизотропия

3. Процессы при намагничивании ферромагнетиков Магнитная анизотропия

В ФМ есть направления легкого, среднего и трудного намагничивания (число направлений определяется симметрией решетки). Рассмотрим направления намагничивания элементов: железа, никеля и кобальта (рисунок 4). Ячейка Fe - объемно-центрированный куб. Направление легкого намагничивания совпадает с ребром куба (рисунок 4,а).

25 Рисунок 4 – Схемы монокристаллов железа (а), никеля (б) и кобальта (в)

Рисунок 4 – Схемы монокристаллов железа (а), никеля (б) и кобальта (в)

с направлениями легкого, среднего и трудного намагничивания

26 В кристалле Fe есть 6 направлений легкого намагничивания, а

В кристалле Fe есть 6 направлений легкого намагничивания, а

пространственная диагональ куба - направление трудного намагничивания (рисунок 4, а). Кристалл Ni представляет гранецентрированный куб, а его пространственная диагональ образует направление легкого намагничивания (рисунок 4, б). Симметрия решетки дает 8 направлений легкого намагничивания. Ячейка Co, кристаллизуется в гексагональную структуру (два направления легкого намагничивания, совпадающих с осью призмы). ФМ с одноосной магнитной анизотропией (рисунок 4, в).

27 Рисунок 5 – Зависимости магнитной индукции В и проницаемости

Рисунок 5 – Зависимости магнитной индукции В и проницаемости

ФМ от напряженности H магнитного поля

28 Область

Область

- обратимое смещение доменных границ и рост объема доменов с моментами образующими наименьший угол с направлением внешнего поля. ?? - смещение доменных границ носит необратимый характер, а кривая намагничивания имеет наибольшую крутизну. В области ??? срабатывает механизм вращения и моменты доменов из направления легкого намагничивания поворачиваются в направлении трудного. IV - все моменты доменов ориентируются вдоль поля (техническое насыщение ФМ).

29 Рисунок 6 – Схемы ориентации спинов в доменах при намагничивании

Рисунок 6 – Схемы ориентации спинов в доменах при намагничивании

ферромагнетика

30 Магнитный гистерезис - если ФМ намагнитить до насыщения ВS и убрать

Магнитный гистерезис - если ФМ намагнитить до насыщения ВS и убрать

внешнее поле, то возникнет остаточная индукция Вr (рисунок 7). Коэрцитивная сила, т.е. напряженность размагничивающего поля - НC , при которой Вr = 0 (в ФМ намагниченном до ВS ). Увеличение напряженности поля до Н > НC вызывает перемагничивание ФМ. Петля гистерезиса при индукции ВS предельная с индукцией Вr и коэрцитивной силой НC. Вершины петель образуют основную кривую намагничивания ФМ.

31 Рисунок 7 – Основная кривая намагничивания и петля гистерезиса ФМ при

Рисунок 7 – Основная кривая намагничивания и петля гистерезиса ФМ при

различных значениях амплитуды магнитного поля

32 Статическая магнитная проницаемость:

Статическая магнитная проницаемость:

=B / (? 0 H) (5) Восходящий участок ? (H) на рисунке 5: изменения намагниченности ФМ при росте Н вызваны необратимыми процессами. Начальная проницаемость ? Н важна при использовании магнитных материалов. Для обратимого намагничивания: ? = ? Н + ? H (6) где ? - постоянная, зависящая от природы ФМ. При нагревании ФМ роль обменного взаимодействия слабеет и уменьшается намагниченность.

33 Электроэнергетический факультет Кафедра электроснабжения и
«Электроэнергетический факультет Кафедра электроснабжения и эксплуатации электрооборудования Учебная дисциплина ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ»
http://900igr.net/prezentacija/obschestvoznanie/elektroenergeticheskij-fakultet-kafedra-elektrosnabzhenija-i-ekspluatatsii-elektrooborudovanija-uchebnaja-distsiplina-elektrotekhnicheskie-materialy-160444.html
cсылка на страницу

Факультет

11 презентаций о факультете
Урок

Обществознание

85 тем
Слайды
900igr.net > Презентации по обществознанию > Факультет > Электроэнергетический факультет Кафедра электроснабжения и эксплуатации электрооборудования Учебная дисциплина ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ