oet1 6 elektromagnetizam materija u mag polju
TRANSCRIPT
-
1Elektrotehniki fakultet Osijek Struni studij Osnove elektrotehnike IET
FO
Sveuilite J. J. Strossmayera u Osijeku
Elektroni pri svojoj vrtnji oko jezgre stvaraju tzv.orbitalni magnetski moment.
Sami elektroni imaju vlastiti magnetski moment - spin. Ti momenti se mogu u pojedinom atomu (molekuli)
ponitavati u potpunosti ili samo djelomino, a mogu se i zbrajati.
Prema magnetskim svojstvima materijali se dijele na: dijamagnetike, paramagnetike, feromagnetike.
Materija u magnetskom poljuMaterija u magnetskom polju Vrste magnetskih materijala
-
2Elektrotehniki fakultet Osijek Struni studij Osnove elektrotehnike IET
FO
Sveuilite J. J. Strossmayera u Osijeku
Materija pokazuje dijamagnetska svojstva ako se magnetski momenti molekula ponitavaju.
tap od dijamagnetskog materijala se u magnetskom polju postavi okomito na smjer polja.
Po tome su dobili naziv dijamagnetski materijali.
Dijamagnetski efekt je uvijek slabo izraen.
Primjeri dijamagnetskih materijala - srebro, bizmut i voda.
-
3Elektrotehniki fakultet Osijek Struni studij Osnove elektrotehnike IET
FO
Sveuilite J. J. Strossmayera u Osijeku
Paramagnetski materijali - magnetski momenti molekula nisu jako izraeni, ali se u magnetskom polju postavljaju u smjer polja.
tap od paramagnetskog materijala se u magnetskom polju postavi u smjer magnetskog polja.
tap se postavlja paralelno silnicama polja - po tome se materijali nazivaju paramagnetski materijali.
Paramagnetski efekt nije jako izraen. Primjeri paramagnetskih materijala - platina, aluminij
i kisik.
-
4Elektrotehniki fakultet Osijek Struni studij Osnove elektrotehnike IET
FO
Sveuilite J. J. Strossmayera u Osijeku
Feromagnetski materijali - magnetski dipoli pojedinih molekula su jako izraeni.
U magnetskom polju se postavljaju u smjer polja. Ovi materijali se nazivaju feromagnetski - po
osnovnom predstavniku, eljezu.
Imaju veliku primjenu u praksi.
Primjeri feromagnetskih materijala - eljezo, kobalt, nikal i gadolinij, te neke njihove legure i kemijski spojevi.
-
5Elektrotehniki fakultet Osijek Struni studij Osnove elektrotehnike IET
FO
Sveuilite J. J. Strossmayera u Osijeku
Vektor magnetizacije ili vektor gustoe magnetiziranja predstavlja gustou dipolnog magnetskog momenta magnetiziranog materijala:
Mjerna jedinica za vektor magnetizacije je:V
m
M Vd
d
=
v
v
[ ] [ ][ ] mA
m
Am3
2
===
VmM
Vektor magnetizacije
-
6Elektrotehniki fakultet Osijek Struni studij Osnove elektrotehnike IET
FO
Sveuilite J. J. Strossmayera u Osijeku
Vektor magnetizacije ima istu jedinicu mjere kao ivektor jakosti magnetskog polja naziva se i unutranja uzbuda i oznaava s Hu.
Vektor magnetizacije raspostire se samo unutar magnetiziranog materijala.
S makro stajalita daje najbolji prikaz pojave unutar magnetiziranog materijala - ipak se rijetko koristi.
-
7Elektrotehniki fakultet Osijek Struni studij Osnove elektrotehnike IET
FO
Sveuilite J. J. Strossmayera u Osijeku
Najbolju magnetsku vodljivost imaju feromagnetici.
To su: eljezo, kobalt, nikal i gadolinij, te neke njihove legure i kemijski spojevi.
Feromagnetski materijal u vanjskom magnetskom polju ima veu magnetsku indukciju, nego to je bila prije u vakuumu.
To objanjavamo djelovanjem vanjskog magnetskog polja H i unutarnje uzbude Hu.
Magnetska susceptibilnost i permeabilnost
-
8Elektrotehniki fakultet Osijek Struni studij Osnove elektrotehnike IET
FO
Sveuilite J. J. Strossmayera u Osijeku
( )uHHB += 0
HBvv
0=
AmVs104 70
= pipipipiza vakuum
HHu =vanjskomagnetsko polje magnetska
susceptibilnost
indukcija u materijaluunesenom u
magnetsko polje
r 0=
( ) += 10H=
unutarnja uzbuda-openito ovisi
o vanjskommagnetskom polju
Hr0= H=
relativna magnetskapermeabilnost
apsolutna magnetskapermeabilnost
-
9Elektrotehniki fakultet Osijek Struni studij Osnove elektrotehnike IET
FO
Sveuilite J. J. Strossmayera u Osijeku
Relativna permeabilnost r feromagnetskih materijala: iznosi od nekoliko stotina do nekoliko tisua, znatno ovisi o iznosu indukcije u materijalu - nije konstanta.
Ostali materijali imaju relativnu permeabilnost:1r
Apsolutna permeabilnost iznosi:
r ==== 0
-
10
Elektrotehniki fakultet Osijek Struni studij Osnove elektrotehnike IET
FO
Sveuilite J. J. Strossmayera u Osijeku
Vektor jakosti magnetskog polja Vektor jakosti magnetskog polja na granici dvaju materijalana granici dvaju materijala
ttt HHH == 21101 r =
202 r =2H
v
tH1v
nH1v
tH2v
nH2v
1Hv
1
2
2211 sinsin HH =
12 >
Na granici dvaju materijala s razliitim permeabilnostima dolazi do loma silnica magnetskog polja.
Uvjeti na granici dvaju magnetskih materijala
-
11
Elektrotehniki fakultet Osijek Struni studij Osnove elektrotehnike IET
FO
Sveuilite J. J. Strossmayera u Osijeku
Vektor magnetske indukcije na granici Vektor magnetske indukcije na granici dvajudvaju materijalamaterijala
nnn BBB == 21
22
11
cos
cos
BB
=
=
101 r =
202 r =
tB1v
1Bv
1nB1
v
2Bv
tB2v
nB2v
2
12 >
-
12
Elektrotehniki fakultet Osijek Struni studij Osnove elektrotehnike IET
FO
Sveuilite J. J. Strossmayera u Osijeku
tt HH 21 =
2
2
1
1
tt BB
=
nn BB 21 =
izotropno sredstvo
2
1
2
1
=
t
t
BB
nn HH 2211 =1
2
2
1
=
n
n
HH
12 >
-
13
Elektrotehniki fakultet Osijek Struni studij Osnove elektrotehnike IET
FO
Sveuilite J. J. Strossmayera u Osijeku
2211 sinsin HH =
2211 coscos BB = 22
2
2
1
1
1
1
cos
sincos
sin
BH
BH
=
1tg 2tg11 21
2
1
2
1
tgtg
=
2
1
r
r
= zakon loma magnetskih silnica
-
14
Elektrotehniki fakultet Osijek Struni studij Osnove elektrotehnike IET
FO
Sveuilite J. J. Strossmayera u Osijeku
Izotropni materijali: normalne komponente magnetskog polja Hn obrnuto su
proporcionalne permeabilnostima,
tangencijalne komponente magnetske indukcije Btproporcionalne su vrijednostima permeabilnosti materijala.
Zakon loma magnetskih silnica - kvocijent tangensa upadnih kuteva silnica na granicu jednak je omjeru permeabilnosti.
Na granici neferomagnetskog i feromagnetskogmaterijala magnetske silnice se otro lome.
-
15
Elektrotehniki fakultet Osijek Struni studij Osnove elektrotehnike IET
FO
Sveuilite J. J. Strossmayera u Osijeku
Ovisnost magnetske indukcije B o jakosti magnetskog polja H za feromagnetske materijale je nelinearna.
Krivulja magnetiziranja nije pravac.
Krivulja magnetiziranja prikazuje ovisnost magnetske indukcije Bo jakosti magnetskog polja H za neki feromagnetski materijal.
Mjeri se na tankom torusu od tog materijala toku po toku.
B
0 H
Krivulja magnetiziranjaKrivulja magnetiziranja
Krivulja magnetiziranja
-
16
Elektrotehniki fakultet Osijek Struni studij Osnove elektrotehnike IET
FO
Sveuilite J. J. Strossmayera u Osijeku
N1
I
balistikigalvanometarN2
S, lsr
Hv
?=B
Qtorusna jezgra od
ispitivanog materijala
gusto namotana zavojnicaza magnetsku uzbudu zavojnica za mjerenje
magnetskog toka
instrument za mjerenje koliine naboja
srlINH 1=
' +=
III +='
skokovitporast struje
skokovitporast toka
srlINH 1=
skokovitporast polja
tNe
22
=
2
2
RNQ = Q
SRN
SB
2
2==
napon usvitku 2
naboj kroz balistiki galvanometar
porastindukcije
-
17
Elektrotehniki fakultet Osijek Struni studij Osnove elektrotehnike IET
FO
Sveuilite J. J. Strossmayera u Osijeku
B
0 H
eljezo
zrak
Krivulja prvog magnetiziranja Krivulja prvog magnetiziranja eljezaeljeza
koljeno krivuljemagnetiziranja
podruje zasienja
-
18
Elektrotehniki fakultet Osijek Struni studij Osnove elektrotehnike IET
FO
Sveuilite J. J. Strossmayera u Osijeku
Izmjerene toke spoje se u karakteristiku - krivulja magnetiziranja.
Ako eljezo jo nikad nije bilo magnetizirano, dobivena se krivulja naziva krivulja prvog magnetiziranja: na poetku magnetiziranja indukcija raste sporo, linearni dio - indukcija vrlo naglo raste, koljeno krivulje - dio na kojem se ona naglo savija, zasienje - za velike iznose indukcije krivulja postaje
paralelna s karakteristikom magnetiziranja vakuuma.
-
19
Elektrotehniki fakultet Osijek Struni studij Osnove elektrotehnike IET
FO
Sveuilite J. J. Strossmayera u Osijeku
Pri pojaavanju magnetskog polja Weissove domene se ispoetka polako, a onda sve bre usmjeravaju u smjeru vanjskog polja.
eljezo i svi metali imaju kristalnu strukturu. Pri tome vee grupe atoma imaju jednako usmjerene
magnetske dipole - Weissove domene.
U nemagnetiziranom materijalu Weissove domene su kaotino magnetski orijentirane.
-
20
Elektrotehniki fakultet Osijek Struni studij Osnove elektrotehnike IET
FO
Sveuilite J. J. Strossmayera u Osijeku
Kad su sve domene orijentirane u smjeru vanjskog polja, vektor magnetizacije materijala je dostigao svoj maksimum.
Materijal je u zasienju. Daljnje pojaavanje vanjskog polja doprinosi
pojaavanju indukcije samo toliko koliko bi pojaanje bilo u vakuumu.
Zato krivulja magnetiziranja za visoke indukcije postaje paralelna s pravcem magnetiziranja vakuuma.
-
21
Elektrotehniki fakultet Osijek Struni studij Osnove elektrotehnike IET
FO
Sveuilite J. J. Strossmayera u Osijeku
Krivulja Krivulja histerezehistereze pri polaganom pri polaganom izmjeniizmjeninom magnetiziranjunom magnetiziranju
B
0 HmH
mH
rBremanentna
indukcija
cHkoercitivnost
mB
krivulja prvog magnetiziranja
indukcija pri smanjenju jakosti magnetskog polja
zatvorena petlja histereze
Magnetska histereza
-
22
Elektrotehniki fakultet Osijek Struni studij Osnove elektrotehnike IET
FO
Sveuilite J. J. Strossmayera u Osijeku
Petlje Petlje histerezehistereze tvrdog i mekog tvrdog i mekog magnetskog materijalamagnetskog materijala
B
0 HmH
mB
tvrdi magnetskimaterijal ima veliku koercitivnost
meki magnetskimaterijal ima malu koercitivnost
-
23
Elektrotehniki fakultet Osijek Struni studij Osnove elektrotehnike IET
FO
Sveuilite J. J. Strossmayera u Osijeku
Karakteristika magnetskog materijala - irina petlje histereze, koercitivnost.
Tvrdi magnetski materijali - velika koercitivnost(kaljeni elik s 1% ugljika).
Meki magnetski materijali - mala koercitivnost(kemijski isto eljezo ).
Permanentni magneti - tvrdi magnetski materijali.
-
24
Elektrotehniki fakultet Osijek Struni studij Osnove elektrotehnike IET
FO
Sveuilite J. J. Strossmayera u Osijeku
0
HB
=
1
tg=
B
0 H
B
p
m
t
1B
1H
1
11 H
B=
pasimptota permeabilnosti
Permeabilnost eljeza