 ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ Сила воли ведет к действию, а позитивные действия формируют позитивное отношение Как определить диапазон голоса - ваш вокал Игровые автоматы с быстрым выводом Как самому избавиться от обидчивости Противоречивые взгляды на качества, присущие мужчинам Вкуснейший "Салат из свеклы с чесноком" Натюрморт и его изобразительные возможности Применение, как принимать мумие? Мумие для волос, лица, при переломах, при кровотечении и т.д. Как научиться брать на себя ответственность Зачем нужны границы в отношениях с детьми? Световозвращающие элементы на детской одежде Как победить свой возраст? Восемь уникальных способов, которые помогут достичь долголетия Классификация ожирения по ИМТ (ВОЗ) Глава 3. Завет мужчины с женщиной
Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.
| Магнитные материалы и их применение
· сильные электромагниты для поднятия грузов, · слабые электромагниты используются в электромагнитных реле, · магнитная очистка воды, · устройства из ферромагнетиков применяют в вычислительной технике для записи, хранения и считывания информации. Материалы с большой коэрцититивной силой (более 1000 А/м) называются магнитотвердыми материалами. Они используются в качестве постоянных магнитов. Свойства постоянного магнита характеризуются кривой размагничивания гистерезисного цикла. Эта кривая может быть получена при намагничивании до насыщения замкнутого сердечника из ферромагнитного материала с последующим размагничиванием до нуля Качество материала, используемого для изготовления магнитов, в некоторой степени определяется произведением остаточной индукции (Вr) и коэрцитивной силы (Hc). Чем больше это произведение, тем лучше подходит магнитный материал для изготовления постоянных магнитов. Магнитомягкие материалы используются в энергетике в качестве разнообразных магнитопроводов в трансформаторах, электрических машинах, электромагнитах и т.д. Для уменьшения потерь на гистерезис выбирают материалы с пониженной коэрцитивной силой, а для уменьшения вихревых токов магнитопроводы собирают из отдельных пластин и используют металлы с повышенным удельным сопротивлением. Дело в том, что ЭДС самоиндукции, благодаря которой возникают вихревые токи, пропорциональна площади поперечного сечения контура. При рассечении площади n изолированными пластинами в каждой пластине наводится уменьшенная в n раз ЭДС. Мощность потерь при протекании вихревого тока пропорциональна квадрату напряжения (ЭДС) и обратно пропорциональна удельному сопротивлению. Поэтому уменьшение ЭДС в каждой из отдельных пластин и использование металлов с повышенным удельным сопротивлением приводит к уменьшению общих потерь. Основной наиболее широко используемых в электротехнике магнитных материалов является низкоуглеродистая электротехническая сталь. Она выпускается в виде листов, толщиной от 0,2 мм до 4 мм, содержит не выше 0,04% углерода и не выше 0,6% других примесей. Максимальное значение магнитной проницаемости μmax ~4000, коэрцитивной силы Hc ~65-100 А/м. Наблюдается интересная закономерность: чем чище железо и чем лучше оно отожжено – тем выше магнитная проницаемость и тем ниже коэрцитивная сила. Для особо чистого железа эти параметры составляют: более 1 миллиона и менее 1 А/м, соответственно. Если к железу добавить никель, то полученные материалы будут обладать повышенной магнитной проницаемостью. Такие сплавы называются пермаллои, они используются для изготовления сердечников малогабаритных силовых и импульсных трансформаторов. Практически такие же результаты по магнитной проницаемости можно получить, добавляя к железу кремний (9.5%) и алюминий (5.6%). Такие сплавы называются альсиферами. Практически отсутствуют потери на вихревые токи в ферритах. Дело в том, что ферриты представляют собой оксидную керамику MeO+Fe2O3, которая является диэлектриком, либо полупроводником. Типичное удельное сопротивление феррита 103-104Ом·м. Это на 9-10 порядков превышает сопротивление металлов. Ясно, что вихревые токи в таком материале не возникнут. Магнитная проницаемость у ферритов обычно ниже, чем у стали и не превышают нескольких сотен, хотя есть ферриты с проницаемостью до нескольких тысяч. Применение в энергетике магнитомягких ферритов – высокочастотные трансформаторы, в ряде материалов потери малы вплоть до частот гигагерцевого диапазона. Однако при этом и магнитная проницаемость уменьшается до десятков. Большую роль играют ферриты с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ). Они используются в качестве логических элементов в ЗУ, в качестве термодатчиков. Основной параметр – коэффициент прямоугольности пели гистерезиса, представляющий собой отношение остаточной индукции к максимальной, измеренной при Н=5 HC. Желательно, чтобы этот коэффициент был ближе к 1. Магнитные материалы применяются в технике для изготовления магнитопроводов, постоянных магнитов, носителей информации (магнитные диски, барабаны, ленты) и т.п. С прогрессом электронной техники предъявляются новые требования к магнитным материалам. Это обусловлено и миниатюризацией устройств, и необходимостью разработки запоминающих и логических элементов большой емкости и быстродействия при малом весе. Необходимы магнитные материалы, прозрачные в оптическом диапазоне, обладающие большой коэрцитивной силой, намагниченностью насыщения, сочетающие в себе магнитные и полупроводниковые свойства. Многие такие материалы можно создать на основе редкоземельных материалов.
В ЭВМ вся информация хранится в виде двоичного кода, то есть в виде комбинации нулей и единиц. Ферромагнетик может быть либо намагничен, либо – нет. Этим состояниям вещества соответствует значение бита информации. Таким образом, если создать в магнитном материале последовательность намагниченных и ненамагниченных зон, то он будет полностью отображать заложенную в него информацию, которую впоследствии можно неоднократно считывать и изменять. На различных этапах создания ЭВМ в качестве запоминающих устройств (ЗУ) применялись магнитные барабаны, магнитные ленты, магнитные диски. Одним из современных ЗУ является ЗУ на цилиндрических магнитных доменах (ЦМД). В них в качестве магнитоактивной среды используется феррит - гранатовая пленка, в которой вектор намагниченности направлен перпендикулярно поверхности пленки (рис. 18.5).
Рис. 18.7. Для считывания информации используют эффект Фарадея. Он заключается в том, что при прохождении поляризованного света через магнитоактивную среду плоскость поляризации света поворачивается, причем направление угла поворота зависит от направления намагниченности пленки. Тогда в системе поляризатор – анализатор (рис. 18.6) получается контрастная картина, в которой областям пленки с различными направлениями намагниченности соответствуют различные значения интенсивности прошедшего через эту систему светового потока. Применение фотоприемника позволяет преобразовать световой сигнал в электрический.
Рис. 18.8.
Для генерирования цилиндрических магнитных доменов используется тонкие магнитные пленки феррит – гранатов R3Fe5O12 и ортоферритов RFeO3. Первые содержат домены с размерами до 1 мкм, что позволяет получить плотность размещения информации до 107 бит/см2, вторые обладают рекордно высокими скоростями передвижения до 104 м/с. Осуществление логических операций с помощью цилиндрических магнитных домен - устройств основывается на возможности движения цилиндрических магнитных доменов в пленке в двух, трех и т.д. напралениях. В технике обычно используется многокристаллические пленки, выращиваемые на немагнитной подложке; кристаллическую структуру и постоянную решетки подложки подбирают в соответствии с требуемой структурой получаемой пленки. Тесты к лекции №18 Тест 18.1.Вещество называется диамагнетиком, если… £ поле внутри вещества усиливается незначительно £ поле внутри вещества значительно усиливается по отношению к внешнему полю £ поле внутри вещества не возникает в результате воздействия внешнего поля £ поле внутри вещества равно внешнему полю £ магнитное поле в магнетике меньше, чем внешнее поле
Тест 18.2.Вещество называется парамагнетиком, если… £ магнитное поле в магнетиках меньше, чем внешнее поле £ поле внутри вещества усиливается незначительно £ поле внутри вещества значительно усиливается по отношению к внешнему полю £ поле внутри вещества не возникает в результате воздействия внешнего поля £ поле внутри вещества равно внешнему полю Тест 18.3.Вещество называется ферромагнетиком £ магнитное поле в магнетиках меньше, чем внешнее поле £ поле внутри вещества усиливается незначительно £ поле внутри вещества значительно усиливается по отношению к внешнему полю £ поле внутри вещества не возникает в результате воздействия внешнего поля £ поле внутри вещества равно внешнему полю
Тест 18.4.Область ферромагнетика с общим направлением магнитного момента называется... £ домен £ диполь £ ядро £ центр £ доменный центр Тест 18.5.Что означает слово гистерезис? £ запаздывание £ замедление £ ускорение £ опережение £ затухание
Тесты к главе № 4. Тест 1.Как направлен вектор магнитного момента относительно положительной нормали к плоскости пробного контура? £ разнонаправлены £ сонаправлены £ под углом 30 градусов друг к другу £ перпендикулярны друг к другу Тест 2.Формула для расчета модуля вектора магнитной индукции поля в вакууме согласно закону Био-Савара-Лапласа. £ £ £ £ Тест 3.Чему равна магнитная индукция в любой точке магнитного поля проводника? £ индукции элементарного магнитного поля. £ алгебраической сумме индукций элементарных магнитных полей. £ векторной сумме индукций элементарных магнитных полей. £ разнице векторов индукций элементарных магнитных полей. Тест 4.Магнетики относятся к различным классам в зависимости от величины… £напряженности магнитного поля £магнитной проницаемости+ £магнитной индукции £удельной проввдимости £вектора намагниченности Тест 5.По какому правилу определяют направление линий индукции магнитного поля тока? £ правилу Био-Савара £ правилу линий индукции £ направление линий произвольное £ правилу буравчика Тест 6.Существование магнитомеханических явлений было доказано экспериментально: £ Ампером £ Фарадеем и Эйнштейном £ Эйнштейном и де Хаасом £ Барнетом £ Кулоном Тест 7. Как называется график зависимости индукции магнитного поля в веществе от напряженности внешнего магнитного поля при его намагничивании и размагничивании? £ферродинамическая кривая £ ферростатическая кривая £ петля гистерезиса £ линия Столетова £кривая намагничивания Тест 8.Какие вещества обладают ферромагнитными свойствами? £ никель £некоторые редкоземельные металлы, их сплавы и соединения £ все варианты ответов верны £некоторые полупроводниковые элементы и их соединения £ железо
Тест 9.Верно ли это утверждение: «величина спонтанной намагниченности исчезает в точке Кюри»? £ да, верно £ нет, не верно £ есть случаи, когда величина спонтанной намагниченности исчезает в точке Кюри, а есть, когда не исчезает £ нет правильных вариантов ответа
Глава 5 Электромагнитные явления 19. Электромагнитная индукция. Опыты, закон индукции Фарадея и правило Ленца. Самоиндукция и взаимоиндукция. Энергия и плотность энергии магнитного поля. 20. Получение переменной ЭДС. Сопротивление, индуктивность и емкость и цепи переменного тока. Закон Ома для цепей переменного тока. Резонанс в последовательной и параллельной цепи. Проблема передачи электроэнергии на расстояние, трансформатор. 21. Электрический колебательный контур. Собственные колебания. Формула Томсона. Затухающие колебания. Вынужденные колебания в контуре. Резонанс. Электрические автоколебания. Автогенератор на вакуумном триоде и биполярном транзисторе. 22. Вихревое электрическое поле. Ток смещения. Уравнения Максвелла в интегральной форме. Плоские электромагнитные волны в вакууме, скорость их распространения. 23. Излучение электромагнитных волн. Опыты Герца, вибратор Герца. Изобретение радиосвязи А.С. Поповым. Принцип радиосвязи и радиолокации. Электромагнитная индукция. Опыты, закон индукции Фарадея и правило Ленца. Самоиндукция и взаимоиндукция. Энергия и плотность энергии магнитного поля[11]
Электромагнитная индукция Изменяющееся магнитное поле вызывает появление ЭДС индукции εинд. Это явление Фарадей назвал электромагнитной индукцией. Под влиянием ЭДС индукции в замкнутом проводнике возникает электрический ток. Опыт 19.1.Явление электромагнитной индукции[8.9] Оборудование: 1. Гальванометр от демонстрационного вольтметра. 2. Амперметр демонстрационный. 3. Магнит дугообразный. 4. Магнит прямой. 5. Трансформатор универсальный. 6. Реостат на 50 Ом. 7. Выключатель демонстрационный. 8. Штатив универсальный. 9. Батарея аккумуляторов. 10. Провода соединительные. 11. Ящик - подставка.
Рис. 19.1.
Рис. 19.2.
Рис. 19.3. Ход работы. 1.Возьмем соленоид, соединенный с гальванометром , и будем вдвигать в него постоянный магнит. Оказывается, что при движении магнита стрелка гальванометра отклоняется. Если же магнит останавливается, то стрелка гальванометра возвращается в нулевое положение. То же самое получается при выдвижении магнита из соленоида или при надевании соленоида на неподвижный магнит. Такие опыты показывают, что индукционный ток возникает в соленоиде только при относительном перемещении соленоида и магнита. 2. Будем опускать в соленоид катушку с током. Оказывается, что и в этом случае в соленоиде возникает индукционный ток только при относительном перемещении соленоида и катушки. 3. Вставим катушку в соленоид и закрепим их неподвижно. При этом тока в соленоиде нет. Но в моменты замыкания или размыкания цепи катушки А в соленоиде появляется индукционный ток. То же самое получается в моменты усиления или ослабления тока в катушке с помощью изменения сопротивления R. 4. Включим первичную катушку в сеть переменного тока, а вторичную катушку соединим с лампой накаливания. Оказывается, лампа непрерывно горит, пока в первичной катушке течет переменный ток. Вывод: индукционный ток (и э. д. с. индукции) в замкнутом контуре появляется только в том случае, когда изменяется магнитный поток, который проводит через площадь, охваченную контуром.
ЭДС электромагнитной индукции в контуре пропорциональна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока сквозь поверхность, натянутую на контур:
В свою очередь, магнитный поток имеет две компоненты: потокосцепление Y и поток рассеяния Фрас, т.е.: Ф = Y + Фрас , (19.3) Y - потокосцепление, Фрас – поток рассеивания. Потокосцепление Y - это часть магнитного потока, пронизывающего объем проводника. Поток рассеяния Фрас – это часть магнитного потока, не связанного с проводником, а пронизывающего окружающее пространство. Направление индукционного тока можно определить по правилу Ленца, которое гласит, что индукционный ток всегда препятствует причине, его порождающей. Опыт 19.2.Правило Ленца[8,9]. Оборудование: 1. Прибор для демонстрации правила Ленца. 2. Магнит прямой.
Рис. 19.4. Ход работы 1.Будем вдвигать магнит в сплошное кольцо коромысла. Кольцо отталкивается от магнита, что приводит к вращению коромысла. 2.Введем магнит внутрь сплошного кольца и будем магнит выводить. Кольцо будет притягиваться к магниту, что приведет к вращению коромысла. 3.Будем вводить (или выводить) магнит внутрь разрезанного кольца. Коромысло остается в покое. Вывод: Магнитное поле индукционного тока всегда противодействует изменению внешнего магнитного потока. В случае с разрезанным кольцом индукционный ток отсутствовал. Следовательно, отсутствовало и взаимодействие кольца с магнитом. Поясним правило Ленца на следующей модели. Пусть имеется два контура, по одному из которых течет ток i1.
Рис. 19.6. При приближении первого контура ко второму, индукция поля в области второго контура увеличивается, поэтому магнитного поля
Рис. 19.7,а, б [3]. В электромагнетизме для характеристики свойств проводника возбуждать вокруг себя то или иное магнитное поле вводится понятие индуктивности проводника (в некотором смысле это аналогично введению понятия электроемкости в электростатике).
– индуктивность проводника. Индуктивностью называется физическая величина, численно равная потоку сцепления при силе тока в проводнике в 1 А.
Итак, Вычислим индуктивность соленоида. Возьмем бесконечно длинный соленоид (бесконечно длинным считается такой соленоид, длина которого много больше его диаметра). При протекании по нему тока I внутри соленоида возникает однородное магнитное поле, индукция которого определяется по формуле
где l – длина соленоида , S – площадь поперечного сечения, n – число витков, приходящихся на единицу длины (тогда произведение nl - полное число витков соленоида N). Итак, для индуктивности очень длинного соленоида имеем:
где V=lS – объем соленоида. |
- магнитный поток
, связанного с индукционным током i2, должно быть таково, чтобы препятствовать этому увеличению, т.е. 
, отсюда определим направление i2 (рис. 19.7,а,б).
. Поток через каждый из витков равен F=BS, а полный магнитный поток, сцепленный с соленоидом, можно вычислить по формуле:
