При циклическом намагничивании, т.е. при воздействии на магнитный материал переменным магнитным полем кривая намагничивания образует петлю гистерезиса. При изменении магнитного поля по циклу 0, Нm, 0, -Нm, 0, Нm магнитная индукция будет изменяться по циклу 0, Bs, Br, 0, -Bs, -Br, 0, Bs (рис. 6.9). Магнитный гистерезис обусловлен необратимым изменением магнитных свойств магнитного материала под влиянием тех процессов, которым он ранее подвергался.
Рис. 6.9. Кривая намагничивания и петля гистерезиса ферромагнитного материала
Необратимость процессов намагничивания и перемагничивания определяется процессами зарождения «обратных» доменов (так называемых зародышей перемагничивания), а также «задержками» в смещениях границ доменов, вызываемыми искажениями кристаллической решетки различного рода. «Обратные» домены, разрастаясь путем смещения границ доменов, поглощают домены с исходной ориентацией, и при Н= -Нm весь кристалл перемагничивается.
Форма петли гистерезиса для данного материала зависит от его исходного магнитного состояния (магнитной предыстории), скорости перемагничивания и от максимальных значений напряженности магнитного поля. Следует иметь в виду, что при циклическом перемагничивании образца с определенной скоростью петля гистерезиса примет свою окончательную форму (станет симметричной) после прохождения ряда (5…10) переходных циклов. Описанный процесс называют магнитной подготовкой или магнитной аккомодацией.
С помощью симметричной петли гистерезиса, определяются следующие основные параметры магнитных материалов:
1) индукция насыщения (Bs) – максимальная индукция, соответствующая техническому насыщению;
2) остаточная индукция (Вr) – индукция, которая сохраняется в предварительно намагниченномобразце после снятия внешнего магнитного поля;
3) коэрцитивная сила (Hc) – напряженность размагничивающего поля, которая должна быть приложена к предварительно намагниченному образцу для того, чтобы магнитная индукция в нем стала равной нулю.
Удельные магнитные потери на гистерезис за один цикл перемагничивания определяются площадью петли гистерезиса по формуле:
, (6.6)
где Рr – удельные магнитные потери на гистерезис за один цикл перемагничивания, Дж/м3.
Удельные магнитные потери на гистерезис к единице массы при перемагничивании с частотой f (в герцах) равны:
, (6.7)
где Рr – удельные магнитные потери на гистерезис к единице массы, Вт/ кг; D – плотность вещества, кг/см3.
Кроме потерь на гистерезис, в переменных магнитных полях при перемагничивании в магнитном материале возникают динамические потери, обусловленные вихревыми токами, индуцированными в массе магнитного материала, а отчасти и так называемым «магнитным последствием» или «магнитной вязкостью». Магнитное последствие особенно заметно проявляется в магнитомягких материалах в области слабых магнитных полей. Потери на вихревые токи зависят от электрического сопротивления магнитного материала. Чем выше удельное сопротивление магнитного материала, тем меньше потери на вихревые токи.
Мощность, расходуемую на вихревые токи (Вт/кг), можно вычислить по формуле:
, (6.8)
где d – толщина листа, м; Вmax – амплитудное значение индукции, Тл; ρV – удельное объемное сопротивление, Ом·м.
Магнитные материалы подвержены старению, т.е. необратимому изменению свойств магнитных материалов в сторону их ухудшения. Наиболее ярко оно проявляется у магнитотвердых материалов. При температуре свыше 200 ºС у многих магнитов возникают необратимые изменения, которые зависят от размеров магнита и материала, из которого они были изготовлены. Намагниченность магнитов из сплавов типа Fe-Co-Ni-Al необратимо уменьшается при нагреве свыше 550 ºС.
Старение проявляется также в быстро охлажденных неотожженных сталях и в порошковых магнитах, в которых магнитные частицы недостаточно защищены от окисления. Особенно сильно проявляется старение магнитов из обычной и вольфрамовой сталей. Старение проявляется и в нетекстурированной листовой стали. Оно вызывает рост потерь на гистерезис. Последствия старения можно устранить отжигом при температурах 500… 700 ºС.