§ 38. Магнитно насищане.
И така, имаме достатъчно данни, за да приемем, че хипотезата за въртящите се елементарни магнити, заедно с модела на Юинг на магнитната материя, който следва от нея, може да бъде взета от нас като основа на нашите идеи за вътрешната структура на феромагнитните материали и ние ще използваме по-нататък всички следствия, които произтичат от това, за да навлезем по-дълбоко в разбирането на различни явления, наблюдавани по време на намагнитването на материята.
Нека първо се спрем на състоянието на магнитно насищане, което вече беше споменато в предишния параграф. Както беше посочено, хипотезата за елементарните магнити позволява да се предвиди естеството на промяната в магнитните свойства със значително увеличаване на силата на магнетизиращото поле. Наистина, приемайки тази хипотеза, ще стигнем до извода, че интензитетът на намагнитването
Iне може да се увеличава безкрайно, тъй като когато всички елементарни магнити са разположени в посоката на магнитната сила, по-нататъшното увеличаване на тази магнитна сила вече няма да доведе до промяна в магнитното състояние на веществото. ТакаIима някаква естествена границаImax, при достигането на която ще имаме:
Следователно, за големи стойностиHполучаваме:
и с нарастване наНмагнитната проницаемост клони към границата 0, числено равна на единица.
Ако погледнем кривата, показана на фиг. 72, ще видим, че , първо нараства до определена граница, след което започва да спада. Полученият резултат показва, че границата на това падане ще бъде:
Имайте предвид, че именно поради това обстоятелство, когато се проектират електрически машини, най-общо казано, не е изгодно да се вземат твърде големи стойности наHилиB,, тъй като при тези условия става
новата роля е твърде малкаферомагнитно вещество при създаване на магнитен поток.
На фиг. 85 поредица от криви показва връзката между иBза различни материали при приближаване на насищането.
Тук (1) е ковано желязо, (2) е стомана, (3) е кобалт, (4) е чугун, (5) и (6) е никел, (7) е манганова стомана. Във всички тези случаи, както показват кривите, стойността на магнитната проницаемост, клоняща към 1 с увеличаване на магнитната индукция, всъщност се доближава до тази граница.
§ 39. Влияние на сътресения върху магнитните свойства.
Нека сега се опитаме, използвайки хипотезата за елементарните магнити, да обясним влиянието на определени външни фактори върху магнитните свойства на материалите, например механични удари, нагряване и др.
Нека разгледаме въпроса за ударите, на които може да бъде подложена всяка магнитна система. Справяме се със сътресения на всяка крачка. В трансформаторите, под въздействието на обръщането на намагнитването, произведено от променлив ток, възникват трептения на сърцевините (причиняващи, между другото, звуков ефект - бръмченето на желязото на сърцевините). В електрическите машини ударите се създават от механични условия, поради въртене и вибрации, и това се отразява в поведението на материала на магнитната верига на машината и т.н.
От хипотезата за елементарните магнити, обсъдена по-горе, трябва да стане ясно, че механичното разклащане може да насърчи пренареждане в рамките на веществото и че групите от елементарни магнити могат да приемат една или друга форма в зависимост от външни механични влияния. Ако, докато правите експерименти върху модела на Юинг, докоснете дъската, на която са разположени магнитните игли, тогава характерът на кривата на намагнитване ще се промени в посока на намаляване на остатъчния магнетизъм. По този начин хипотезата за елементарните магнити ни дава възможностда предскаже влиянието на механичните удари върху поведението на магнитната материя.
Хопкинсън, желаейки да изследва влиянието на механичните въздействия върху процеса на намагнитване, взе пръчка, направена от закалено меко желязо, и я постави в намотка, през която преминаваше магнетизиращ ток. Определяйки големината на индукцията в желязото с помощта на балистичен галванометър, Хопкинсън открива, че всеки път, когато го удари в масата по време на намагнитването на пръта, галванометърът издава, като по този начин показва увеличаването на индукцията. По този начин увеличаването на индукцията не протича постепенно, а на два етапа, нараствайки с увеличаване наHи правейки скок при удар. Когато падащият клон на хистерезисната крива премина, ударът ускори процеса на размагнитване. За да илюстрираме тези експерименти, представяме следната таблица.
На фиг. 86 показва кривата на намагнитване, съответстваща на горната таблица.
Както се вижда от таблицата и от кривата, въздействието на треперенето е особено силно при относително ниски стойности на магнитната сила. С наближаването на условията на насищане въздействието на разклащането става все по-слабо и по-слабо. Така трябва да бъде. Наистина, в мощни магнитни полета, ориентиращото влияние на външна магнитна сила е достатъчно силно, за да преодолее вътрешните връзки в отделните групи от елементарни магнити и да произведе онези разрушения на предишните групи, които са необходими за създаване на нови групи в процеса на намагнитване. Съвсем различна картина можем да наблюдаваме при слаби магнитни полета. Влиянието на полето може да се окаже под прага, отвъд който настъпва внезапно пренареждане на дадена комбинация от елементарни магнити. Всеки нов фактор, който по някакъв начин може да разклати основната конфигурация на магнитите,може би като се присъедините към ръководството-
под въздействието на слабо магнитно поле, да предизвика нужната молекулярна катастрофа в процеса на намагнитване. В този случай новата конфигурация на магнитите ще бъде до голяма степен подложена на насочващото действие на слабо магнитно поле, което само по себе си не може да доведе до правилно пренареждане. В този случай всичко се случва точно като това, което се случва, когато поръсим дървени стърготини върху картона, за да получим магнитния спектър на магнит, поставен под картона. На места, където полето
магнитът е много слаб и не може да ориентира правилно частиците стърготини, като не може да преодолее триенето на последните
Върху картон обикновено помагаме да начертаем силовите линии, като разклащаме дървените стърготини, като леко почукваме картона.
По този начин влиянието на ударите върху кривата на намагнитване се проявява в сближаването на възходящите и низходящите клонове на хистерезисната крива, а площта на хистерезисната верига, взетапо време навремето на ударите, е много малка. Въз основа на това обаче е невъзможно да се направи общо заключение, че механичните удари намаляват стойността на загубите от хистерезис, тъй като консумацията на енергия за обръщане на намагнитването се определя изцяло от стационарната крива. При мозъчните сътресения тази консумация се покрива не от магнетизиращия ток, а от енергията на механичния агент, предизвикващ сътресенията.
Ефектът от честите обръщания на намагнитването върху магнитното състояние на дадено вещество може да се припише на същия клас явления. Можем да предположим, че цикълът на обръщане на намагнитването има ефект върху елементарните магнити, до известна степен подобен на ефекта на механичните удари. Следователно няма съмнение, че преминаването на цикъла трябва да повлияе на магнитната структура на веществото, улеснявайки прехода от една подредбаелементарни магнити към друг. Това обстоятелство се използва, наред с други неща, за демагнетизиране на материали. За тази цел образецът се подлага на поредица от последователни ремагнетизации, като постепенно се намалява амплитудата на магнитната сила до нула (фиг. 87), като по този начин се постига перфектно размагнитване на материала.
За да се получат най-добри резултати, е необходимо да се извърши такова размагнитване на дадено тяло в три взаимно перпендикулярни посоки. Нека отбележим едно нещо
обстоятелство, което е пряко свързано с току-що казаното. А именно, пиковете на непрекъснато променящите се магнитни цикли лежат много близо до основната крива на намагнитване (§ 33). По този начин тази основна крива може лесно да бъде конструирана. Всъщност така е изграден. * Същият вид молекулярно разклащане понякога се използва в техниката за създаване на постоянни магнити. Постоянните магнити постепенно губят част от своите магнитни свойства и през първото време след производството намаляването на остатъчната индукция настъпва доста бързо. За да се получат магнити със стабилни магнитни свойства, е необходимо да ги издържат известно време, а понякога магнитите са остарели с години. Напоследък за по-бързо постигане на стабилна остатъчна индукция се използва нагряване на магнита, което ускорява разрушаването на нестабилни молекулни групи. Но още по-лесно е да получите същия резултат, като изложите магнита на слабо променливо поле. Това става по следния начин. Магнит се поставя в машина с намотка, през която преминава променлив ток. Силата на променливото магнитно поле е избрана да бъде много по-малка от силата на постоянното поле, с което е извършено основното намагнитване. По този начин магнитът се подлага на молекулярна светлиначрез разклащане е възможно да се унищожи нестабилната част от остатъчната индукция, която иначе би изчезнала с времето.
Подобна способност на магнетизирания материал да губи част от остатъчната индукция, когато е изложен на слабо променливо поле, се използва, наред с други неща, в радиотехниката за проектиране на така наречените магнитни детектори. Принципът на устройството на такъв детектор е схематично показан на фиг. 88.
