|
|
|
Ferimagnetismul este prorietatea unor substante de a prezenta o orientare antiparalela a momentelor magnetice vecine, dar la care valorile acestor momente sunt neegale. Diferenta intre valorile momentelor magnetice provine fie din faptul ca atomii din subretelele substantei respective au naturi diferite, fie din aceea ca numarul atomilor din subretele este diferit. Ca urmare apare un moment magnetic total nenul al substantei ca intreg ceea ce conduce la existenta unei magnetizari aparente a cristalului. Un astfel de antiferomagnetism necompensat se numeste ferimagnetism iar substantele respective se numesc ferite.
O ferita se comporta in exterior exact ca si un feromagnet, dar datorita deosebirii intre structurile lor interne dependenta de temperatura a intensitatilor de magnetizare poate fi complet diferita. In particular la ferite intensitatea de magnetizare poate descreste nemonoton cu cresterea temperaturii, trecand prin zero inca inainte de atingerea punctului Curie.
Feritele sunt materiale dure si fragile care nu suporta prelucrari prin aschiere; ele nu pot fi numai slefuite si lustruite.
Efectul de magnetostrictiune apare diferit la diverse ferite. Astfel, feritele cu temperatura Courie scazuta au un efect de magnetostrictiune mai putin pronuntat.
Dupa proprietatile si aplicatiile lor, feritele pot fi impartite in urmatoarele grupe:
- ferite magnetice moi;
- ferite cu bucla histerezis dreptunghiulara;
- ferite magnetice dure.
Forma ciclului histerezis caracterizeaza cele doua categorii importante de magnetice si anume: cele magnetice dure, avand ciclu histerezis lat si cele magnetic moi cu ciclui histerezis ingust, cuvantul dur si moale referindu-se la caracteristicile magnetice, nu la cele fizice; de aceea folosirea expresiilor de materiale magnetice dure sau magnetice moi sunt eronate si pot da loc de confuzii.
Forma ciclului histerezis permite deosebirea anumitor tipuri de materiale magnetice, astfel:
La materialele izotrope, inductia remanenta este aproximativ jumatate din inductia de saturatie.
Materialele anizotrope au un ciclu de forma dreptunghiulara, raportul inductiei remanente la inductia de saturatie tinzand catre 1.
Ciclul caracteristic materialelor cu permeabilitatea constanta (perminvar) prezinta o strangulare in apropierea originii axelor de coordonate, in regiunea campurilor slabe.
Materialele izoterme au ciclul de forma ingusta, inductia remanenta fiind foarte redusa fata de aceea de saturatie.
Magnetizarea este procesul de aliniere partiala sau totala a momentelor magnetice ale domeniilor elementare in directia campului aplicat si este definita prin momentul magnetic pe unitatea de volum al campului supus magnetizarii.
Magnetizarea creste pina la o anumita prportie cu intensitatea campului aplicat si suscptibilitate magnetica a campului supus magnetizarii.
Forma curbei histerezis variaza de la material la material in functie de caracteristicile magnetice, care la randul lor depind de o serie de factori si pot fi influentate prin:
- compozitia chimica a aliajului;
- modul de elaborare;
- tratamente termice;
- prelucrari mecanice.
Prin metodele aratate se pot varia:
- magnetizarea;
- energia cristalina;
- anizotropiile;
- magnetostrictiunea;
- textura, forma si marimile particulelor.
Stabilirea unor relatii care sa permita determinarea influentei exacte a factorilor enumerati asupra formei curbei de histerezis este complicata mai ales pentru faptul ca deseori influenteaza mai mult decat un factor si nu se cunoaste exact ponderea fiecaruia si efectul actiunii comune.
Feritele folosite in tehnica se mai numesc si oxiferi, subliniind prin aceasta faptul ca ele reprezinta substante feromagnetice combinate cu oxizi, ceea ce este desigur mai corect; totusi prima denumire a capatat o raspandire mai larga. In literatura straina se foloseste de asemenea termenul "ferroexcub", care subliniaza structura cubica a retelei acestor materiale.
Tehnologia de productie a feritelor are de asemenea o influenta foarte mare asupra proprietatilor finale ale produselor finite. Procesul de productie a pieselor de ferita se reduce pe scurt la urmatoarele. In prealabil se prepara praful de ferita format din oxizii metalelor corespunzatoare macinati marunt si bine amestecati. La acesta se mai adauga un plastifiant, de obicei o solutie de alcool polivinilic si din masa obtinuta se preseaza sub presiune mare piese avand forma necesara. Apoi piesele sunt supuse sintetizarii la temperatura de 1100 - 1400 °C. Astfel se produce coacerea lor si formarea solutiilor solide de ferite. Sintetizarea trebuie sa se faca obligatoriu in mediu oxidant (de obicei in aer).
Existenta chiar a unei cantitati mici de hidrogen in spatiul de functionare al cuptorului poate duce la restabilirea partiala a oxizilor, ceea ce duce la cresterea brusca a pierderilor in aliajul magnetic. Contractia feritelor la sintetizare poate ajunge la 20%.
Feritele sunt materiale dure si fragile care nu suporta prelucrari prin aschiere; ele pot fi numai slefuite si lustruite.
Efectul de magnetostrictiune apare diferit la diverse ferite. Astfel, feritele cu temperatura Curie scazuta au un efect de magnetostrictiune mai putin pronuntata.
Sa cercetam legile principale ale proprietatilor feritelor magnetic moi, folosind in acest scop caracteristicile feritelor de Ni-Zn.
Cu cat este mai mare valoarea initiala a permeabilitatii magnetice, cu atat este mai mica frecventa la care se constata scaderea sa. Feritele cu valoare mare a lui mef au si o valoare mare a tg d, care arata o crestere mai rapida cu marirea frecventei.
Variatia permeabilitatii magnetice a feritelor de Ni-Zn in functie de temperatura este data in figura 11. Dupa cum se vede din curbele date ma creste o data cu cresterea temperaturii pina la punctul Curie si apoi scade brusc. In acest caz cu cat este mai mare valoarea permeabilitatii initiale, cu atat scade punctul Curie al acestei ferite.
Unele proprietati fizice ale feritelor sunt date in tabelul 2.
Tabelul 2. Principalele proprietati fizice ale feritelor.
Proprietati
Unitate de masura
Valoare numerica
Densitate
g/cm3
3-5
Capacitatea termica specifica
Cal/g*grad
0,17
Conductibilitati termice specifice
Cal/cm*s*grad
10-2
Coeficientul termic de dilatare liniara
Grad-1
10-5
Rezistenta electrica specifica
W*cm
10-10-7
Figura 11. Variatia permeabilitatii magnetice efective in functie de frecventa:
1-oxifer 2000; 2-oxifer 1000; 3-oxifer 400; 4-oxifer 200; 5-aliaj de Fe-Ni 50NXC -0,1mm
Feritele au o permeabilitate dielectrica relativ mare depinzand de frecventa si de compozitie. O data cu cresterea frecventei, permeabilitatea dielectrica a feritelor scade. Astfel, de exemplu ferita de Ni-Zn cu permeabilitate initiala ma =200 la frecventa de 1kHz are e' =400, iar la frecventa de 10MHz permeabilitatea lui dielectrica este e' =15. Valorile mari ale lui e' corespund feritelor de Mn-Zn si Li-Zn. Aceste ferite se folosesc in diferite game de frecventa, care sunt determinate orientativ de valorile permeabilitatii magnetice si de pierderi (fig. 11.)
f [Hz]
Figura 12. Schema orientativa a utilizarii feritelor la diferite frecvente.
Feritele magnetice moi si-au gasit aplicatii la fabricarea bobineor din circuite, a bobinelor de filtraj, a ecranelor magnetice.
Pentru verificarea cunostiintelor din acest capitol raspundeti in mod concis la urmatoarele intrebari:
1) Ce este un material magnetic?
2) Care miscare a particulelor atomice determina propietatile magnetice ale materia-
lelor?
3) Ce este un magneton si ce valoare are?
4) Clasificati materialele magnetice.
5) Definiti un material diamagnetic..
6) Dati exemple de materiale diamagnetice.
7) Definiti un material paramagnetic.
8) Dati exemple de materiale paramagnetice.
9) Definiti un material feromagnetic.
10) Dati exemple de materiale feromagnetice.
11) Definiti un material antiferomagnetic.
12) Dati exemple de materiale antiferomagnetice.
13) Definiti un material ferimagnetic.
14) Dati exemple de materiale ferimagnetice.
15) Care sunt unitatile de masura pentru B,H.si M?
16) Care este legea legaturii dintre B,H si M?
17) Care este teorema lui Warburg?
18) Ce este campul magnetic coercitiv?
19) Ce este inductia magnetica remanenta?
20) Definiti permeabilitatea magnetica diferentiala.
21) Cat este permeabilitatea magnetica a vidului?
22) Ce este un material magnetic moale?
23) Dati exemple de materiale magnetice moi?
24) La ce se folosesc materialele magnetice moi?
25) Ce este un material magnetic dur?
26) Dati exemple de materiale magnetice dure?
27) La ce se folosesc materialele magnetice dure?
28) Clasificati materialele ferimagnetice?
29) La ce se folosesc materialele ferimagnetice moi?
30) La ce se folosesc materialele ferimagnetice dure?
31) Ce tipuri de tabla silicioasa cunoasteti?
32) Ce sunt curentii turbionari (Foucault)?
33) Cum se modeleaza matematic pierderile prin curenti turbionari din tabla silicioasa?
34) Cum se modeleaza matematic pierderile prin histerezis din tabla silicioasa?
35) Ce aliaje feromagnetice speciale cunoasteti?
36) Ce relatie exista intre
susceptivitatea magnetica si permeabilitatea magnetica?
BIBLIOGRAFIE
1. Chioreanu, V. - Materiale electrotehnice - Universitatea Politehnica Timisoara 1996.
2. Agaston, Katalin - Materiale electrice si electronice - Editura Universitatii "Petru Maior" 2001
3. Nicula, Al.; Cristea, Gh.; Simon, S. - Electricitate si magnetism - Editura didactica si pedagogica, Bucuresti 1982.
4. Ifrim, A.; Nothingher, P. - Materiale electrotehnice - Editura didactica si pedagogica, Bucuresti 1979.
5. Cedighian Suren - Materiale magnetice - Editura tehnica, Bucuresti 1976.
6. Popescu, Christina - Materiale electrotehnice - Editura tehnica, Bucuresti 198
7. Samarescu, D. F. - Difuzia campului electromagnetic si aplicatii - Bucuresti 1983.
8. Schlett, Z., Hoffamn, I., Campeanu, A. - Semiconductoare si aplicatii - Ed. Facla, Timisoara 1981
9. Cruceru, C. - Supraconductibilitatea si aplicatiile ei - Ed. st. si ped. Bucuresti 1985
10. Kittel, Ch. - Introducere in fizica corpului solid - Ed. tehnica Bucuresti 1982
11. Lica, V. - Materiale electroizolante - Ed. tehnica Bucuresti 1992.
12. Ifrim, A. - Materiale electroizolante - Ed. tehnica Bucuresti 1982.
13. Burzo, E. - Magneti permanenti - Editura academiei - Bucuresti 1987
14. Hűtte - Manualul inginerului - Fundamente - Editura tehnica, Bucuresti 1995.
15.Nicula Al.'Fizica semiconductorilor',Ed. Scrisul Romanesc, 1988.
16 Bunget I. Popescu I.' Introducere in electronica corpului solid' Ed. Academiei,
1992.
17.Bunget I.'Fizica dielectricilor' Ed. Tehnica, 1995.
18.Institutul roman de standardizare - Materiale electroizolante si materiale magnetice - Colectia STAS - Editura tehnica, Bucuresti.
