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渗透率和饱和度

第十四章-磁学及电磁学

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的非线性物质渗透性可以绘制更好的理解。我们将放置现场强度(h)的数量,等于现场力(MMF)除以图形的水平轴上的材料的长度。在垂直轴上,我们将放置磁通密度(B)的数量,等于总磁通量除以材料的横截面积。

我们将使用现场强度(H)和磁通密度(B)的数量而不是现场力(MMF)和总通量(φ),使得我们的图表的形状保持独立于我们的测试材料的物理尺寸。我们在这里尝试做的是展示现场力量和通量之间的数学关系任何特定物质的块,与描述材料的精神相同比电阻用欧姆- cil /ft代替实际的电阻在欧姆。

场力与通量之间的数学关系

这被称为正常的磁化曲线, 或者磁化曲线,对于任何特定的材料。注意上述任何一种材料(铸铁、铸钢和薄钢板)的熔剂密度是如何随着场强的增加而趋于稳定的。这种效应被称为饱和。当所施加的磁力很小(低H)时,只有少数原子是对齐的,其余原子在附加的力下很容易对齐。

然而,随着更多通量被塞进相同的铁磁材料的横截面积,减少原子内可用材料,使它们的电子与额外的力量,所以它需要更多的力量(H)越来越少的“帮助”创造更多物质的通量密度(B)。把这个经济条款,我们在我们的投资(h)上看到了回报(b)的案例。饱和度是限于铁芯电磁铁的现象。

空气核心电磁铁不会饱和,但另一方面,它们不会为相同数量的线圈和电流产生几乎与铁磁芯一样多的磁通量。

磁滞

混淆我们对磁通量与力的分析的另一个Quirk是磁性的现象磁滞。作为一般术语,磁滞在改变方向上的系统中输入和输出之间的滞后。Anyone who’s ever driven an old automobile with “loose” steering knows what hysteresis is: to change from turning left to turning right (or vice versa), you have to rotate the steering wheel an additional amount to overcome the built-in “lag” in the mechanical linkage system between the steering wheel and the front wheels of the car.

在磁性系统中,在施加的场力被移除(见“记忆力(在本章第一节),如果力的极性颠倒了。

让我们再次使用相同的图表,只延伸轴以指示正数和负数。首先,我们将应用增加的现场力(电流通过我们的电磁铁的线圈)。根据正常磁化曲线,我们应该看到磁通密度增加(上升和向右):

助焊剂密度和场强度示例

接下来,我们将停止通过电磁铁线圈的电流,看看磁通量发生了什么,让第一个曲线仍然在图上:

助焊剂密度和场强度示例

由于材料的保持性,我们仍然有一个磁通,没有施加的力(没有电流通过线圈)。我们的电磁铁芯是a永磁体在此刻。现在我们将慢慢应用相同数量的磁场力对面的我们样本的方向:

助焊剂密度和场强度示例

除了负面或相反的方向之外,磁通密度现在已经达到了与现场强度(h)的完整正值的点。让我们再次停止通过线圈的电流,看看剩下的通量是多少:

助焊剂密度和场强度示例

再一次,由于材料的自然保持力,它将持有磁通没有电力应用到线圈,除了这一次,它在一个方向相反,与上次我们停止电流通过线圈。如果我们再次向正方向施加功率,我们将看到磁通密度再次在图的右上角达到它之前的峰值:

助焊剂密度和场强度示例

这些步骤追踪的“S”曲线形成了所谓的滞后曲线一种铁磁材料在给定场强极值集(-H和+H)下的变化。

汽车滞后的例子

考虑前面描述的汽车转向场景的滞后图,一个图描绘了“紧”转向系统和描绘“松动”系统的图形:

理想的转向系统

宽松的转向系统

正如汽车转向系统的情况一样,滞后可能是一个问题。如果您设计了一个系统以产生给定电流量的精确量的磁场通量,滞后可能会阻碍这种设计目标(由于磁通密度的量取决于电流和以前它被磁化得多厉害啊!)同样的,在赛车上,不可靠的转向系统是不可接受的,因为精确的、可重复的转向反应是必须的。

而且,如果使用用于激励线圈的电流来回(AC),则必须克服电磁铁中的先前磁化可以是能量浪费。滞后曲线内的区域粗略估计这种浪费的能量的量。

其他时候,磁滞现象是可取的。当磁性材料被用作存储信息的手段(计算机磁盘、音频和录像带)时,情况就是这样。在这些应用中,人们希望能够磁化一小块氧化铁(铁氧体),并依靠这种材料的保存性来“记住”其最后的磁化状态。

磁滞的另一个生产应用是通过让信号线路穿过铁氧体环的中间来过滤高频电磁“噪声”(电压的快速交变浪涌)。克服铁氧体的迟滞所消耗的能量减弱了“噪声”信号的强度。有趣的是,铁氧体的磁滞曲线相当极端:

铁氧体的滞后曲线

点评:

  • 材料的磁导率随强制通过它的磁通量而变化。
  • 力与通量的具体关系(场强H到通量密度B)以称为的形式绘制正常的磁化曲线
  • 可以将如此多的磁场力施加到铁磁性材料中,即不再可以挤入其中的磁通量。这种情况被称为磁性饱和
  • 记忆力铁磁性物质在相反的方向上干扰其重新磁化,称为磁滞发生。

相关工作表: