Ιδιότητες Σιδηρομαγνητικών Υλικών

Όταν τα σιδηρομαγνητικά υλικά εκτίθενται σε μαγνητικό πεδίο, μαγνητίζονται έντονα προς την κατεύθυνση του πεδίου. Κάθε άτομο σιδηρομαγνητικού υλικού έχει μια μόνιμη μαγνητική διπολική ροπή πριν από την εφαρμογή ενός εξωτερικού μαγνητικού πεδίου. Ελλείψει εξωτερικού πεδίου, οι περιοχές μπορεί να συγχρονιστούν τυχαία, με αποτέλεσμα μια μαγνητική διπολική ροπή μηδέν προς οποιαδήποτε κατεύθυνση. Η μαγνητική διπολική ροπή αυξάνεται παρουσία εξωτερικού πεδίου λόγω μετατόπισης ορίων και περιστροφής τομέα.

Ιδιότητες σιδηρομαγνητικών υλικών

• Η διπολική ροπή των ατόμων είναι μόνιμη και υπάρχει σε τομείς.

• Η ευθυγράμμιση των ατομικών διπόλων και των εξωτερικών μαγνητικών πεδίων είναι στην ίδια κατεύθυνση.

• Υπάρχει σημαντική ισχύς μαγνητικής διπολικής ροπής.

• Η ένταση της μαγνήτισης ποικίλλει γραμμικά ανάλογα με το πεδίο μαγνήτισης. Επιπλέον, η ένταση μαγνήτισης είναι αρκετά υψηλή και θετική.

• Η μαγνητική ευαισθησία είναι σχετικά υψηλή και θετική.

• Η πυκνότητα της μαγνητικής ροής είναι επίσης υψηλή και θετική. Οι γραμμές μαγνητικού πεδίου μέσα στα σιδηρομαγνητικά υλικά είναι πυκνές.

• Η σχετική διαπερατότητα είναι επίσης σχετικά υψηλή. Μεταβάλλεται γραμμικά με το μαγνητικό πεδίο. Το μαγνητικό πεδίο μέσα στο υλικό είναι ουσιαστικά πιο ζωτικό από ό,τι έξω από το υλικό. Τείνουν να τραβούν πολλές γραμμές δύναμης από το υλικό.

• Το πεδίο προσελκύει επιθετικά σιδηρομαγνητικά υλικά. Τείνουν να προσκολλώνται στους πόλους όπου το πεδίο είναι πιο ισχυρό σε ένα μη ομοιόμορφο πεδίο.

• Επειδή το πεδίο είναι πιο ζωτικής σημασίας στους πόλους, εάν η σιδηρομαγνητική σκόνη τοποθετηθεί σε ποτήρι ρολογιού ανάμεσα σε δύο σωστά απομακρυσμένους πόλους, η σκόνη συσσωρεύεται στα πλάγια και στο κέντρο έχει κατάθλιψη.

• Σε υψηλές θερμοκρασίες, μια σιδηρομαγνητική ουσία χάνει τα σιδηρομαγνητικά της χαρακτηριστικά.

• Τα κρυσταλλικά στερεά παρουσιάζουν σιδηρομαγνητισμό.

Μαγνητική υστέρηση

Τα σιδηρομαγνητικά υλικά παρουσιάζουν κυρίως μαγνητική υστέρηση. Το Β αναπτύσσεται μη γραμμικά με το Η, όταν τοποθετείται σε εξωτερικό μαγνητικό πεδίο για μαγνήτιση. Εάν το H τεθεί ξανά στο μηδέν, μειώνεται κατά μήκος της διαδρομής ab. Αυτή η καμπύλη είναι γνωστή ως καμπύλη υστέρησης επειδή υστερεί πίσω από το Β με το Η. (Η υστέρηση είναι η υστέρηση μεταξύ Β και Η.)

Αιτίες υστέρησης

Όταν αποσύρεται ένα εξωτερικό πεδίο μαγνήτισης (H =0), η μαγνητική ροπή ορισμένων περιοχών παραμένει ευθυγραμμισμένη με την εφαρμοζόμενη κατεύθυνση του προηγούμενου μαγνητιστικού πεδίου, με αποτέλεσμα τον υπολειπόμενο μαγνητισμό.

Υπολειπόμενος μαγνητισμός =Br ☰ συγκράτηση ☰ παραμονή 

Όταν ένα μαγνητικό πεδίο αφαιρείται από ένα σιδηρομαγνητικό δείγμα, η ικανότητα κατακράτησης του είναι η ποσότητα του μαγνητικού πεδίου που απομένει στο δείγμα.

Καταναγκασμός 

Η καταναγκαστική ικανότητα ενός σιδηρομαγνητικού δείγματος είναι η ποσότητα του μαγνητιστικού πεδίου που απαιτείται για την εξάλειψη του υπολειπόμενου μαγνητισμού.

Σιδηρομαγνητικά υλικά

Μαλακά μαγνητικά υλικά	Σκληρά μαγνητικά υλικά
Έχουν χαμηλή συγκράτηση.	Έχουν υψηλή συγκράτηση.
Η καταναγκασμός τους είναι χαμηλή.	Έχουν υψηλή καταναγκασμό.
Υπάρχουν ελαφρά απώλεια υστέρησης.	Υπάρχουν σημαντική απώλεια υστέρησης.
Είναι κατάλληλα για την κατασκευή ηλεκτρομαγνητικών, του πυρήνα μετασχηματιστών κ.λπ.	Είναι κατάλληλα για την κατασκευή μόνιμων μαγνητών.
Παράδειγμα – μαλακό σίδερο (χρησιμοποιείται στη μαγνητική θωράκιση)	Παράδειγμα – χάλυβας, alnico

Απώλεια υστέρησης

• Η απώλεια ενέργειας ανά κύκλο ανά μονάδα όγκου ισούται με την περιοχή του βρόχου υστέρησης. Η περιοχή του βρόχου υστέρησης είναι B.dH =∮B.dH =μ₀∮I.dH
• Αξίζει να διαφέρει ανάλογα με την ουσία.
• Η περιοχή βρόχου υστέρησης είναι ίση με την εργασία που γίνεται κάθε κύκλος ανά μονάδα όγκου υλικού.

* συνολική απώλεια ενεργειακού υλικού =Wₕ =VA Joule =VA/J θερμίδες,

Δηλ. Wₕ =όγκος υλικού x περιοχή καμπύλης υστέρησης.

Συμπέρασμα

Όταν τοποθετούνται σε μαγνητικό πεδίο, οι σιδηρομαγνητικές ουσίες μαγνητίζονται έντονα προς την κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου. Η μαγνητική διπολική ροπή είναι σημαντική και προσανατολίζεται προς την κατεύθυνση του μαγνητιστικού πεδίου. Ο σιδηρομαγνητισμός μπορεί να βρεθεί σε κρυσταλλικά υλικά. Η υστέρηση είναι ο όρος όταν το B υστερεί σε σχέση με το H. Όταν ένα μαγνητικό πεδίο αφαιρείται από ένα σιδηρομαγνητικό δείγμα, η ποσότητα του μαγνητικού πεδίου που παραμένει στο δείγμα ονομάζεται συγκράτηση. Η ποσότητα του μαγνητιστικού πεδίου που απαιτείται για την αφαίρεση του υπολειπόμενου μαγνητισμού από ένα σιδηρομαγνητικό δείγμα είναι καταναγκασμός.