التصنيف والخصائص الأساسية للمواد المغناطيسية
جميع المواد في الطبيعة مغناطيسية بمعنى أن لها خصائص مغناطيسية معينة وتتفاعل بطريقة معينة مع مجال مغناطيسي خارجي.
المواد المستخدمة في التكنولوجيا تسمى مغناطيسية ، مع مراعاة خصائصها المغناطيسية. تعتمد الخصائص المغناطيسية للمادة على الخصائص المغناطيسية للجسيمات الدقيقة ، وهيكل الذرات والجزيئات.
تصنيف المواد المغناطيسية
تنقسم المواد المغناطيسية إلى مغناطيسية ضعيفة ومغناطيسية بقوة.
كونك مغناطيسيًا ضعيفًا يشمل المغناطيسات المغناطيسية والمغناطيسات.
مغناطيس مغناطيسي قوي ، والذي بدوره يمكن أن يكون طريًا مغناطيسيًا وصلبًا مغناطيسيًا. بشكل رسمي ، يمكن تمييز الاختلاف في الخواص المغناطيسية للمواد بالنفاذية المغناطيسية النسبية.
تشير Diamagnets إلى المواد التي لا تحتوي ذراتها (أيوناتها) على عزم مغناطيسي ناتج. خارجيًا ، تتجلى المغناطيسات المغناطيسية عن طريق صدها بواسطة المجال المغناطيسي. وتشمل الزنك والنحاس والذهب والزئبق ومواد أخرى.
تسمى المغنطيسات البارامنتية بالمواد ، حيث ينتج عن ذراتها (أيونات) عزم مغناطيسي مستقل عن المجال المغناطيسي الخارجي. خارجيا ، تظهر البارامغناطيسات من خلال الجاذبية مجال مغناطيسي غير متجانس... تشمل هذه المواد الألمنيوم والبلاتين والنيكل وغيرها من المواد.
تسمى المغناطيسات الحديدية بالمواد التي يمكن أن يكون مجالها المغناطيسي (الداخلي) فيها أعلى بمئات وآلاف المرات من المجال المغناطيسي الخارجي الذي تسبب في حدوثها.
ينقسم كل جسم مغناطيسي حديدي إلى مناطق - مناطق صغيرة من مغنطة تلقائية (عفوية). في حالة عدم وجود مجال مغناطيسي خارجي ، لا تتطابق اتجاهات النواقل الممغنطة للمناطق المختلفة ، ويمكن أن تكون المغنطة الناتجة عن الجسم كله صفراً.
هناك ثلاثة أنواع من عمليات المغنطة المغناطيسية:
1. عملية الإزاحة العكسية للمجالات المغناطيسية. في هذه الحالة ، هناك إزاحة لحدود المناطق الموجهة الأقرب لاتجاه المجال الخارجي. عند إزالة الحقل ، تتحول المجالات في الاتجاه المعاكس. تقع منطقة إزاحة المجال القابل للانعكاس في الجزء الأولي من منحنى التمغنط.
2. عملية الإزاحة التي لا رجعة فيها للمجالات المغناطيسية. في هذه الحالة ، لا تتم إزالة إزاحة الحدود بين المجالات المغناطيسية بتناقص المجال المغناطيسي. يمكن تحقيق المواضع الأولية للمجالات في عملية انعكاس المغنطة.
يؤدي الإزاحة التي لا رجعة فيها لحدود المجال إلى الظهور التباطؤ المغناطيسي - تأخر الحث المغناطيسي من شدة المجال.
3. عمليات دوران المجال. في هذه الحالة ، يؤدي إكمال عمليات الإزاحة لحدود المجال إلى التشبع الفني للمادة.في منطقة التشبع ، تدور جميع المناطق في اتجاه الحقل. تسمى حلقة التخلفية التي تصل إلى منطقة التشبع بالحد.
تتميز دائرة التخلف المحدود بالخصائص التالية: Bmax - تحريض التشبع ؛ BR - الحث المتبقي ؛ Hc - تثبيط (قسري) القوة.
مواد ذات قيم Hc منخفضة (دورة تخلفية ضيقة) وعالية النفاذية المغناطيسية تسمى مغناطيسية ناعمة.
تسمى المواد ذات القيم العالية لـ Hc (حلقة التخلفية العريضة) والنفاذية المغناطيسية المنخفضة بالمواد الصلبة مغناطيسيًا.
أثناء مغنطة المغناطيس الحديدي في الحقول المغناطيسية المتناوبة ، يُلاحظ دائمًا فقد الطاقة الحرارية ، أي تسخين المادة. هذه الخسائر ناتجة عن التخلفية و إيدي الخسائر الحالية… يتناسب فقدان التخلفية مع منطقة حلقة التخلفية. تعتمد خسائر تيار إيدي على المقاومة الكهربائية للمغناطيس الحديدي. كلما زادت المقاومة ، انخفضت خسائر التيار الدوامة.
مواد لينة مغناطيسيا وصلبة مغناطيسيا
تشمل المواد المغناطيسية اللينة:
1. حديد نقي تقنيًا (فولاذ كهربائي منخفض الكربون).
2. فولاذ السيليكون الكهروتقني.
3. سبائك الحديد والنيكل والحديد والكوبالت.
4. حديدي مغناطيسي ناعم.
تعتمد الخصائص المغناطيسية للفولاذ منخفض الكربون (الحديد النقي تقنيًا) على محتوى الشوائب وتشويه الشبكة البلورية بسبب التشوه وحجم الحبوب والمعالجة الحرارية. نظرًا لمقاومته المنخفضة ، نادرًا ما يستخدم الحديد النقي تجارياً في الهندسة الكهربائية ، وبشكل أساسي لدارات التدفق المغناطيسي للتيار المستمر.
فولاذ السليكون الكهروتقني هو المادة المغناطيسية الرئيسية للاستهلاك الشامل. إنها سبيكة من الحديد والسيليكون. يسمح لك السبائك بالسيليكون بتقليل القوة القسرية وزيادة المقاومة ، أي تقليل خسائر التيار الدوامة.
صفائح الفولاذ الكهربائية ، التي يتم توفيرها في صفائح أو ملفات فردية ، وشرائط الصلب ، التي يتم توفيرها فقط في ملفات ، هي منتجات نصف نهائية مخصصة لتصنيع الدوائر المغناطيسية (الأساسية).
تتشكل النوى المغناطيسية إما من الصفائح الفردية التي يتم الحصول عليها عن طريق الختم أو القطع ، أو عن طريق اللف من الأشرطة.
يطلق عليهم سبائك النيكل والحديد الدائم ... لديهم نفاذية مغناطيسية أولية كبيرة في منطقة المجالات المغناطيسية الضعيفة. يستخدم Permalloy لنوى محولات الطاقة الصغيرة والاختناقات والمرحلات.
الفريت عبارة عن سيراميك مغناطيسي ذو مقاومة عالية ، أعلى بـ 1010 مرات من مقاومة الحديد. تُستخدم الفريتات في الدوائر عالية التردد لأن نفاذية المغناطيسية الخاصة بها لا تقل عمليًا مع زيادة التردد.
عيوب الفريت هي انخفاض تشبعها وقوتها الميكانيكية المنخفضة. لذلك ، يشيع استخدام الفريت في الإلكترونيات ذات الجهد المنخفض.
تشمل المواد الصلبة مغناطيسيًا:
1. صب مواد صلبة مغناطيسيًا تعتمد على سبائك Fe-Ni-Al.
2. مساحيق المواد المغناطيسية الصلبة التي يتم الحصول عليها عن طريق ضغط المساحيق مع المعالجة الحرارية اللاحقة.
3. حديد صلب مغناطيسي. المواد الصلبة مغناطيسيا مواد للمغناطيس الدائمتستخدم في المحركات الكهربائية والأجهزة الكهربائية الأخرى التي تتطلب مجالًا مغناطيسيًا دائمًا.