Тема: «Классификация магнитных материалов»
Цель урока:
Учебная:
1. Организовать работу студентов по усвоению новых понятий и углублению имеющихся знаний.
2. Организация самостоятельного анализа, сравнения, умозаключения и обобщения материала.
3. Сформировать убеждение о необходимости разработки данной темы.
Развивающая:
1.Развить мысленную деятельность студентов, расширить технический кругозор.
2.Развить у студентов интерес к изучаемой теме.
Воспитательная:
1.Привить трудолюбие.
2.Привить любовь к данной дисциплине.
Организация учебного процесса.
Урок:
1)по форме — урок-лекция с применением ИКТ;
2)по методу – объяснение с элементами исследования;
3)по методу опроса – устная форма.
Межпредметные связи:
Связь с дисциплинами: «Химия», «Физика».
Учебно-наглядные пособия:
Подготовленная к уроку презентация с рисунками и схемами, интерактивная доска.
Ход урока
1.Организационный момент; сообщение темы и цели урока
2.Проверка выполнения домашнего задания (фронтальный опрос)
3.Изложение нового материала:
Основные вопросы:
— Магнитомягкие материалы.
— Магнитотвердые материалы.
— Магнитные материалы специального назначения.
Все вещества в природе являются магнетиками в том понимании, что они обладают определенными магнитными свойствами и определенным образом взаимодействуют с внешним магнитным полем.
Магнитными называют материалы, применяемые в технике с учетом их магнитных свойств. Магнитные свойства вещества зависят от магнитных свойств микрочастиц, структуры атомов и молекул.
Магнитные материалы делятся: магнитомягкие материалы; магнитотвердые материалы; магнитные материалы специального назначения.
I.Магнитомягкие материалы – это материалы, обладающие свойствами ферромагнетика.
Ферромагнетик — это железо, никель, кобальт или другое вещество, которое имеет высокую магнитную проницаемость.
Магнитная проницаемость — это физическая величина, характеризующая связь между магнитной индукцией В и магнитным полем Н в веществе.
Магнитная индукция — это вектор магнитной индукции В, основная характеристика магнитного поля (рис 1.).
Рис. 1. Линии магнитной индукции полей постоянного магнита.
Магнитомягкие материалы обладают высокой магнитной проницаемостью, небольшой коэрцитивной силой и малыми потерями на гистерезис.
Коэрцитивная сила — это напряженность магнитного поля, вызывающая магнитную индукцию ферромагнетика, равную нулю, в условиях циклического перемагничивания.
Гистерезис — это явление, которое состоит в том, что намагниченность тела зависит от магнитного поля (рис 2).
Рис 2.Петли магнитного гистерезиса.
К магнитомягким материалам относятся:
1.технически чистое железо (электротехническая низкоуглеродистая сталь);
2. электротехнические кремнистые стали;
3. железоникелевые и железокобальтовые сплавы;
4. магнитомягкие ферриты (ферритовые сердечники).
Магнитомягкие материалы используются в качестве сердечников трансформаторов, электромагнитов, в измерительных приборах генераторов, электродвигателей, дросселей, стабилизаторов, реле и т.д. Магнитомягкие, т.е. легко намагничивающиеся материалы имеют узкую петлю гистерезиса небольшой площади при высоких значениях индукции. Материалы этого типа с округлой петлей гистерезиса применяют для работы в низкочастотных магнитных полях. Магнитомягкие материалы с прямоугольной петлей гистерезиса используют в импульсных устройствах магнитной памяти.
Свойства магнитомягких материалов:
1. Малое значение коэрцитивной силы (то есть размагничивание происходит медленно).
2. Способность намагничиваться до насыщения даже в слабых полях. То есть там существует высокая магнитная проницаемость.
Магнитная проницаемость m — это величина, характеризующая магнитные свойства материала.
3. Малые потери на перемагничивание.
Перемагничивание – это изменение направления намагниченности ферро или ферримагнитного образца на противоположное под действием внешнего магнитного поля.
II. Магнитотвердые материалы (магнитожесткие материалы) намагничиваются до насыщения и перемагничиваются в сравнительно сильных магнитных полях напряженностью в тысячи и десятки тысяч А/м. Характеризуются высокими значениями коэрцитивной силы.
Магнитотвердые материалы – это материалы для постоянных магнитов, использующихся в электродвигателях и других электротехнических устройствах, в которых требуется постоянное магнитное поле.
Магнитотвердые материалы обладают большой удельной энергией. Эта энергия пропорциональна произведению остаточной индукции на величину коэрцитивной силы.
Магнитотвердые материалы намагничиваются с трудом, но способны длительное время сохранять сообщенную им энергию. Для них характерна широкая петля гистерезиса большой площади.
Классификация магнитотвердых материалов:
1. Литые магнитотвердые материалы на основе сплавов Fe-Ni-Al (используются для изготовления постоянных магнитов).
2. Порошковые магнитотвердые материалы, получаемые путем прессования порошков с последующей термообработкой (используются для изготовления постоянных магнитов сложной формы).
3. Магнитотвердые ферриты. Ферриты являются химическим соединением оксида железа Fe2O4 с оксидами двухвалентных металлов, например, Cu, Zn, Mg, Ni, Fe, Co и Mn.
Ферриты представляют собой магнитную керамику с большим удельным сопротивлением, в 1010 раз превышающим сопротивление железа. Ферриты применяют в высокочастотных цепях, так как их магнитная проницаемость практически не снижается с увеличением частоты. Недостатком ферритов является их низкая индукция насыщения и низкая механическая прочность. Поэтому ферриты применяют в низковольтной электронике.
Основными характеристиками магнитотвердых материалов являются:
— коэрцитивная сила Нс;
-остаточная индукция Вr;
— максимальная удельная энергия, отдаваемая магнитом во внешнее пространство Wa;
Магнитотвердые материалы перемагничиваются только в очень сильных магнитных полях и служат в основном для изготовления постоянных магнитов.
III. Магнитные материалы специального назначения — это магнитные материалы, имеющие узкие области применения, благодаря высоким значениям одного, иногда двух параметров.
К магнитным материалам специального назначения относят:
— магнитные материалы с прямоугольной петлей гистерезиса;
— СВЧ- ферриты;
— магнитострикционные материалы.
1. Магнитные материалы с прямоугольной петлей гистерезиса. Сердечники из материала с прямоугольной петлей гистерезиса имеют два устойчивых магнитных состояния, которые соответствуют различным направлениям магнитной индукции. Это свойство используется для хранения и переработки двоичной информации. Магнитные материалы с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ) находят широкое применение в устройствах автоматики, вычислительной техники, в аппаратуре телеграфной связи.
2. СВЧ- ферриты — это неметаллические твёрдые магнитные материалы. Магнитными характеристиками ферритов можно управлять с помощью внешнего магнитного поля. В СВЧ-технике используют ряд эффектов, основанных на взаимодействии электромагнитной волны с магнитными моментами атомов (ионов) СВЧ ферритов.
Назначение. В качестве ферритов СВЧ используются магний-марганцевые ферриты с большим содержанием оксида магния, литий-цинковые ферриты, никель-цинковые ферриты и ферриты сложного состава.
3. Магнитострикционные материалы – это ферромагнитные металлы и сплавы, а также ферриты, у которых происходит изменение формы и размеров при намагничивании.
Применение. Магнитострикционные материалы применяют:
— для изготовления сердечников электромеханических преобразователей в электроакустической и ультразвуковой технике;
-для сердечников электромеханических и магнитострикционных фильтров;
-для резонаторов и линий задержек.
4.Закрепление материала:
1.Отчего зависят магнитные свойства вещества?
2.На какие классы делятся магнитные материалы?
3.магнитомягкие материалы – это …?
4.Ферромагнетик – это…?
5.Магнитная проницаемость – это…?
6.Коэрцитивная сила — это…?
7.Гистерезис — это…?
8.Свойства магнитомягких материалов?
9.Как классифицируются магнитотвердые материалы?
10. Основные характеристики магнитотвердых материалов?
11.Как классифицируются магнитные материалы специального назначения?
Домашнее задание:
1. Тема: «Классификация магнитных материалов»
2. Решение задач.