Текст книги "Большая Советская Энциклопедия (МА)"
Автор книги: Большая Советская Энциклопедия
Жанр:
Энциклопедии
сообщить о нарушении
Текущая страница: 16 (всего у книги 155 страниц)
Магнитно-твёрдые материалы
Магни'тно-твёрдые материа'лы , магнитно-жёсткие (высококоэрцитивные) материалы, магнитные материалы , которые намагничиваются до насыщения и перемагничиваются в сравнительно сильных магнитных полях напряжённостью в тысячи и десятки тысяч а/м (102 —103э ). М.-т. м. характеризуются высокими значениями коэрцитивной силы Hc , остаточной индукции Br , магнитной энергии (BH ) max на участке размагничивания – спинке петли гистерезиса (см. таблицу). После намагничивания М.-т. м. остаются магнитами постоянными из-за высоких значений Br и Hc . Большая коэрцитивная сила М.-т. м. может быть обусловлена следующими причинами: 1) задержкой смещения границ доменов благодаря наличию посторонних включений или сильной деформации кристаллической решётки; 2) выпадением в слабомагнитной матрице мелких однодоменных ферромагнитных частиц, имеющих или сильную кристаллическую анизотропию, или анизотропию формы.
М.-т. м классифицируют по разным признакам, например, по физической природе коэрцитивной силы, по технологическим признакам и другим. Из М.-т. м. наибольшее значение в технике приобрели: литые и порошковые (недеформируемые) магнитные материалы типа Fe – Al – Ni – Со; деформируемые сплавы типа Fe – Со – Mo, Fe – Со – V, Pt – Со; ферриты (гексаферриты и кобальтовый феррит). В качестве М.-т. м. используются также соединения редкоземельных элементов (особенно лёгких) с кобальтом; магнитопласты и магнитоэласты из порошков ални, альнико, ферритов со связкой из пластмасс и резины (см. Магнитодиэлектрики ), материалы из порошков Fe, Fe – Со, Mn – Bi, SmCo5 .
Высокая коэрцитивная сила литых и порошковых М.-т. м (к ним относятся материалы типа альнико, магнико и другие) объясняется наличием мелкодисперсных сильномагнитных частиц вытянутой формы в слабомагнитной матрице. Охлаждение в магнитном поле приводит к предпочтительной ориентации у этих частиц их продольных осей. Повышенными магнитными свойствами обладают подобные М.-т. м., представляющие собой монокристаллы или сплавы, созданные путём направленной кристаллизации [их максимальная магнитная энергия (BH ) max достигает 107 гс·э ]. М.-т. м. типа Fe – Al – Ni – Со очень тверды, обрабатываются только абразивным инструментом или электроискровым методом, при высоких температурах их можно изгибать. Изделия из таких М.-т. м. изготавливаются фасонным литьём или металлокерамическим способом.
Деформируемые сплавы (важнейшие из них – комолы и викаллои) более пластичны и значительно легче поддаются механической обработке. Дисперсионно-твердеющие сплавы типа Fe – Со – Mo (комолы) приобретают высококоэрцитивное состояние (магнитную твёрдость) в результате отпуска после закалки, при котором происходит распад твёрдого раствора и выделяется фаза, богатая молибденом. Сплавы типа Fe – Со – V (викаллои) для придания им свойств М.-т. м, подвергают холодной пластической деформации с большим обжатием и последующему отпуску. Высококоэрцитивное состояние сплавов типа Pt – Со возникает за счёт появления упорядоченной тетрагональной фазы с энергией анизотропии 5·107эрг/см3 . Из литых, порошковых и деформируемых М.-т. м. изготавливают постоянные магниты, используемые в измерительных приборах (например, амперметрах и вольтметрах постоянного тока), в микродвигателях и гистерезисных электрических двигателях, в часовых механизмах и др. К М.-т. м. относятся гексаферриты, то есть ферриты с гексагональной кристаллической решёткой (например, BaO·6Fe2 O3 , SrO·6Fe2 O3 ). Кроме гексаферритов, в качестве М.-т. м. применяется феррит кобальта CoO·Fe2 O3 со структурой шпинели , в котором после термической обработки в магнитном поле формируется одноосевая анизотропия, что и является причиной его высокой коэрцитивной силы. Магнитно-твёрдые ферриты применяются для работы в условиях рассеянных магнитных полей и в СВЧ-диапазоне. Изделия из ферритов изготовляют методами порошковой металлургии .
Основные характеристики важнейших магнито-твердых материалов
| Марка материала | Основной состав, % (по массе) | Br ·10–3 , гс | Hc , э | (BH )max , Мгс·э |
| У13 | 1,3C, ост. Fe | 8 | 60 | 0,22 |
| Е7В6 | 0,7C, 0,4Cr, 5,7W, 0,4Si, ост. Fe | 10,4 | 68 | 0,36 |
| ЕХ9К15М | 1C, 9Cr, 15Co, 1,5Mo, ост. Fe | 8,2 | 160 | 0,55 |
| 12КМВ12 (комол) | 12Co, 6Mo, 12W, ост. Fe | 10,5 | 250 | 1,1 |
| ЮНД4 (ални) | 25Ni, 12Al, 4Cu, ост. Fe | 6,1 | 500 | 0,9 |
| ЮНДК24 (магнико) | 14Ni, 8Al, 24Co, 3Cu, ост. Fe | 12,3 | 600 | 4 |
| ЮНДК35Т5ВА (тиконал) | 14Ni, 8Al, 35Co, 3Cu, 5Ti, Nb<1 | 10 | 1500 | 10 |
| ПлК 76 (платинакс) | 76Pt, ост. Co | 7,9 | 4000 | 12 |
| 52КФ (викаллой) | 52Co, 13V, ост. Fe | 6 | 500 | – |
| 2ФК (Co феррит) | CoO·Fe2 O3 | 3 | 1800 | 2 |
| 1БИ (Ba феррит) | BaO·6Fe2 O3 (изотропный) | 2 | 1700 | 1 |
| 3БА (Ba феррит) | BaO·6Fe2 O3 (анизотропный) | 3,7 | 2000 | 3,2 |
| 3СА (Sr феррит) | SrO·6Fe2 O3 (анизотропный) | 3,6 | 3200 | 3 |
| Co5 Sm | Co5 Sm (анизотропный) | 9,4 | BHc =8500 | 21 |
Лит. см. при ст. Магнитные материалы .
И. М. Пузей.
Магнитно-твёрдые сплавы
Магни'тно-твёрдые спла'вы, основной вид магнитно-твёрдых материалов .
Магнитные аномалии
Магни'тные анома'лии, отклонение значений магнитного поля на поверхности Земли от его нормальных значений, то есть значений, которые характеризуют геомагнитное поле на территории, существенно превышающей территорию распространения М. а. На картах М а. изображаются с помощью линий, соединяющих точки с одинаковым значением какого-либо из элементов земного магнетизма (склонения – изогоны, наклонения – изоклины, напряжённости одной из составляющих или полного вектора – изодинамы).
По величине охватываемой территории М. а. делятся на континентальные, региональные и локальные. Континентальные М. а. распространяются на площадь 10—100 тысяч км2 . Для них нормальным полем является поле однородно намагниченного шара (поле диполя). По современным представлениям, они связаны с особенностями движения вещества в ядре Земли, то есть входят в главное геомагнитное поле. Наиболее крупные континентальные М. а. известны в Восточной Сибири и в районе Зондских островов. Региональные М. а., охватывающие площадь 1—10 тысяч км2 , вызываются особенностями строения земной коры (главным образом кристаллического фундамента) и выделяются на фоне главного геомагнитного поля (поле диполя + континент. М. а.) (известны на Сибирской, Восточно-Европейской платформах и в других районах), Локальные М. а. охватывают территорию от нескольких м2 до сотен км2 , вызываются неоднородностью строения верхних частей земной коры или особенностями намагниченности горных пород (например, вследствие удара молнии). Часто локальные М. а. связаны с залежами полезных ископаемых, поэтому их изучение с помощью магнитной разведки имеет большое практическое значение. Наиболее интенсивные М. а. наблюдаются в области залегания железных руд и других железосодержащих пород (например, Криворожская и Курская М. а. определяются залежами железистых кварцитов, М. а. в районе горы Магнитной на Урале и горы Кирунавара в Швеции связаны с залежами магнетита).
П. Н. Кропоткин, В. А. Магницкий.
Магнитные бури
Магни'тные бу'ри, сильные возмущения магнитного поля Земли, резко нарушающие плавный суточный ход элементов земного магнетизма . М. б. длятся от нескольких часов до нескольких суток и наблюдаются одновременно на всей Земле. С наибольшей интенсивностью (до ~ 5×10-2э ) они проявляются в высоких широтах. В средних широтах изменения напряжённости геомагнитного поля во время М. б колеблются в пределах от ~ 0,1 до ~ 1 а/м (~ 1·10-3 —1·10-2э ). Как правило, М. б. состоят из предварительной, начальной и главной фаз, а также фазы восстановления. В предварительной фазе наблюдаются незначительные изменения геомагнитного поля (в основном в высоких широтах), а также возбуждение характерных короткопериодических колебаний поля. Начальная фаза характеризуется внезапным изменением отдельных составляющих поля на всей Земле, а главная – большими колебаниями поля и сильным уменьшением горизонтальной составляющей. В фазе восстановления М. б. поле возвращается к своему нормальному значению. В возмущённом геомагнитном поле обычно выделяют апериодическую вариацию, полярные магнитные суббури, проявляющиеся в средних широтах в виде бухтообразных возмущений, специфические короткопериодические колебания и другие виды вариаций (см. Вариации магнитные ).
М. б. вызываются потоками солнечной плазмы из активных областей Солнца, накладывающимися на спокойный солнечный ветер . Поэтому М. б. чаще наблюдаются вблизи максимумов 11-летнего цикла солнечной активности . Достигая Земли, потоки солнечной плазмы увеличивают сжатие магнитосферы, вызывая начальную фазу М. б., и частично проникают внутрь магнитосферы Земли. Попадание частиц высоких энергий в верхнюю атмосферу Земли и их воздействие на магнитосферу приводят к генерации и усилению в ней электрических токов, достигающих наибольшей интенсивности в полярных областях ионосферы, с чем связано наличие высокоширотной зоны магнитной активности. Изменения магнитосферно-ионосферных токовых систем проявляются на поверхности Земли в виде иррегулярных магнитных возмущений.
Попавшие во время М. б. в радиационный пояс Земли солнечные протоны с энергиями от 1,6·10-16 до 1,6·10-14дж. (от 1 до 100 кэв ) создают на расстоянии 3—6 радиусов Земли от её центра экваториальное токовое кольцо, магнитное поле которого ослабляет геомагнитное поле в главной фазе М. б. Распад кольцевого тока в результате столкновений протонов с нейтральными атомами водорода атмосферы Земли и возникновения неустойчивостей в плазме приводят к экспоненциальному затуханию магнитного поля тока в фазе восстановления М. б.
М. б. – одно из основных проявлений более общего геофизического процесса – магнитосферной бури. Она сопровождается возникновением в верхней атмосфере Земли полярных сияний, ионосферных возмущений, рентгеновского и низкочастотного излучений. Во время М. б. существенно изменяются параметры слоев ионосферы, отражающих и поглощающих радиоволны (высота их расположения, концентрация электронов и другие). В результате возникают значительные помехи в коротковолновой радиосвязи. Во время магнитных возмущений происходит также разогрев верхней атмосферы и передача теплоты вниз, в тропосферу, что способствует развитию в ней циркуляционных движений и возникновению циклонов.
Лит.: Яновский Б. М., Земной магнетизм, [3 изд.], т. 1, Л., 1964; Акасофу С.-И., Полярные и магнитосферные суббури, перевод с английского, М., 1971.
Л. Д. Шевнин.
Магнитные весы
Магни'тные весы', приборы, действующие по принципу маятниковых, крутильных или рычажных весов и применяемые для измерения магнитной восприимчивости тел, анизотропии восприимчивости, реже вертикальной и горизонтальной составляющих напряжённости магнитного поля Земли. Восприимчивость магнитного материала определяется по силе, с которой исследуемый образец, имеющий форму длинного цилиндра, втягивается в поле электромагнита (метод Гуи), или по силе, действующей на образец малого размера, помещенный в неоднородное магнитное поле (метод Фарадея). Обычно пользуются нулевым методом измерений , компенсация силы или момента сил в этом методе осуществляется силой взаимодействия специальных электромагнитов. Градуировку М. в. проводят с помощью стандартных веществ с известной магнитной восприимчивостью, определённой по их кривым намагничивания . На рисунке изображена одна из конструкций рычажных М. в. для измерения магнитной восприимчивости в области низких температур.
Чувствительность таких весов достигает 10-8н на деление шкалы, погрешность относительных измерений ~ 1%.
Лит.: Чечерников В. И., Магнитные измерения, 2 изд., М., 1969; Чечурина Е. Н., Приборы для измерения магнитных величин, М., 1969; Селвуд П.; Магнетохимия, перевод с английского, 2 изд., М., 1958; Боровик-Романов А. С., Крейнас Н., Магнитные свойства трёхвалентных ионов европия и самария, «Журнал экспериментальной и теоретической физики», 1955, т. 29, в. 6/12, с. 790.
Схема магнитных весов для измерения восприимчивости в области низких температур: 1 – полюсы электромагнита; 2 – исследуемый образец; 3 – кварцевая нить; 4 – растяжки; 5 – коромысло; 6 и 7 – гайки; 8 – демпфер; 9 и 10 – стержень и катушка компенсационного устройства; 11 – колпак; 12 – сосуд Дьюара.
Магнитные звёзды
Магни'тные звёзды, звёзды, на поверхности которых имеются магнитные поля более нескольких сотен гаусс. Впервые магнитные поля звёзд измерены американским астрономом Х. Бабкоком в 1948 по зеемановскому расщеплению линий в спектре звезды (см. Зеемана эффект ). Самое сильное из измеренных магнитное поле обнаружено у звезды HD 215441 и равно 34000 гс. Все известные М. з. имеют аномальный химический состав атмосфер – большой избыток редкоземельных элементов (Eu, La и других), избыток элементов группы железа (Fe, Mn, Cr) и более лёгких элементов (Si, Cl, Р и других); по этому признаку они относятся к группе пекулярных А-звёзд. Напряжённость магнитного поля и определяемый по спектру химический состав атмосфер М. з. периодически меняются, что объясняется вращением звёзд, для которых характерно неоднородное распределение по поверхности магнитного поля и химического состава. На Герцшпрунга – Ресселла диаграмме М. з. лежат в пределах главной последовательности в области спектральных классов от F0 до B5, составляя около 10% всех звёзд этих классов. Сильное магнитное поле таких звёзд могло возникнуть либо при их образовании (сжатие частично ионизованного газа, имевшего первоначально слабое магнитное поле, приводит к усилению поля), либо путём механизма генерации динамо-процессом во вращающейся звезде (о динамо-процессе см. в статье Земной магнетизм ). Происхождение аномалий химического состава не выяснено.
Лит.: Эруптивные звёзды, М., 1970, гл. 7.
В. Л. Хохлова.
Магнитные измерения
Магни'тные измере'ния, измерения характеристик магнитного поля или магнитных свойств веществ (материалов). К измеряемым характеристикам магнитного поля относятся: вектор магнитной индукции В, напряжённость поля Н , поток вектора индукции (магнитный поток ), градиент магнитного поля и другие. Магнитное состояние вещества определяется: намагниченностью J — величиной результирующего магнитного момента, отнесённого к единице объёма (или массы) вещества; магнитной восприимчивостью c, магнитной проницаемостью m, магнитной структурой . К важнейшим характеристикам наиболее распространённых магнитных материалов – ферромагнетиков – относятся: кривые индукции В (Н ) и намагничивания J (Н ), то есть зависимости В и J от напряжённости поля Н ,коэрцитивная сила , потери энергии на перемагничивание (см. Гистерезис ), максимальная магнитная энергия единицы объёма (или массы), размагничивающий фактор (коэффициент размагничивания) ферромагнитного образца.
Для измерения магнитных характеристик применяют следующие методы: баллистический, магнитометрический, электродинамический, индукционный, пондеромоторный, мостовой, потенциометрический, ваттметровый, калориметрический, нейтронографический и резонансный.
Баллистический метод основан на измерении баллистическим гальванометром количества электричества, индуктируемого в измерительной катушке при быстром изменении сцепленного с ней магнитного потока (см. Баллистический метод электроизмерений ). Кроме баллистических гальванометров, для измерения магнитного потока применяют веберметры (флюксметры ) – магнитоэлектрические и фотоэлектрические. Веберметрами можно измерять медленно меняющиеся потоки. Баллистическим методом определяют основную кривую индукции В (Н ), кривую намагничивания J (H ), петлю гистерезиса, различные виды проницаемости и размагничивающий фактор ферромагнитных образцов.
Магнитометрический метод основан на воздействии исследуемого намагниченного образца на расположенную вблизи него магнитную стрелку. По углу отклонения магнитной стрелки от начального положения определяют магнитный момент образца. Далее можно вычислить J , В и Н . Таким образом, метод даёт возможность найти зависимости В (Н ) и J (H ), петлю гистерезиса и магнитную восприимчивость. Благодаря высокой чувствительности магнитометрического метода его широко применяют для измерений геомагнитного поля и для решения ряда метрологических задач.
Иногда для определения характеристик магнитного поля, в частности в промышленных условиях, применяют электродинамический метод, при котором измеряют угол поворота катушки с током под действием магнитного поля намагниченного образца. К преимуществам метода относится возможность градуирования шкалы прибора непосредственно в единицах измеряемой величины (В или Н ).
Для исследования ферромагнитных веществ в широком интервале значений Н используются индукционный и пондеромоторный методы. Индукционный метод позволяет определять кривые В (Н ), J (H ), петлю гистерезиса и различные виды проницаемости. Он основан на измерении эдс индукции, которая возбуждается во вторичной обмотке при пропускании намагничивающего переменного тока через первичную обмотку образца. Метод может быть также использован для измерения намагниченности в сильных импульсных магнитных полях и магнитной восприимчивости диа– и парамагнитных веществ в радиочастотном диапазоне.
Пондеромоторный метод состоит в измерении механической силы, действующей на исследуемый образец в неоднородном магнитном поле. Особенно широко метод применяется при исследовании магнитных свойств слабомагнитных веществ. На основе этого метода созданы разнообразные установки и приборы для М. и.: маятниковые, крутильные и рычажные магнитные весы , весы с использованием упругого кольца и другие. Метод применяется также при измерении магнитной восприимчивости жидкостей и газов, намагниченности ферромагнетиков и магнитной анизотропии (см. Анизометр магнитный ).
Мостовой и потенциометрический методы определения магнитных характеристик в большинстве случаев применяются для измерений в переменных магнитных полях в широком диапазоне частот. Они основаны на измерении параметров (индуктивности L и активного сопротивления r )электрической цепи с испытуемыми ферромагнитными образцами. Эти методы позволяют определять зависимости В (Н ), J (H ), составляющие комплексной магнитной проницаемости и комплексного магнитного сопротивления в переменных полях, потери на перемагничивание.
Наиболее распространённым методом измерения потерь на перемагничивание является ваттметровый метод, им пользуются при синусоидальном характере изменения во времени магнитной индукции. При этом методе с помощью ваттметра определяется полная мощность в цепи катушки, используемой для перемагничивания образца. Ваттметровый метод стандартизован для испытания электротехнических сталей.
Абсолютным методом измерения потерь в ферромагнитных материалах является калориметрический метод, который используется в широком частотном диапазоне. Он позволяет измерять потери при любых законах изменения напряжённости магнитного поля и магнитной индукции и в сложных условиях намагничивания. Сущность этого метода состоит в том, что мерой потерь энергии в образце при его намагничивании переменным магнитным полем является повышение температуры образца и окружающей его среды. Калориметрические М. и. осуществляются методами смешения, ввода тепла и протока (см. Калориметр ).
Магнитную структуру ферромагнитных и антиферромагнитных веществ исследуют с помощью нейтронографического метода, основанного на явлении магнитного рассеяния нейтронов, возникающего в результате взаимодействия магнитного момента нейтрона с магнитными моментами частиц вещества (см. Нейтронография ).
Резонансные методы исследования включают все виды магнитного резонанса – резонансного поглощения энергии переменного электромагнитного поля электронной или ядерной подсистемой вещества. Эти подсистемы, кроме электромагнитной энергии, могут резонансно поглощать энергию звуковых колебаний – так называемый магнетоакустический парамагнитный резонанс, который также применяют в М. и.
Важную область М. и. составляют измерения характеристик магнитных материалов (ферритов , магнитодиэлектриков и др.) в переменных магнитных полях повышенной и высокой частоты (от 10 кгц до 200 Мгц ). Для этой цели применяют в основном ваттметровый, мостовой и резонансный методы. Измеряют обычно потери на перемагничивание, коэффициент потерь на гистерезис и вихревые токи, компоненты комплексной магнитной проницаемости. Измерения осуществляют при помощи пермеаметра , аппарата Эпштейна, феррометра и других устройств, позволяющих определять частотные характеристики материалов.
Существуют и другие методы определения магнитных характеристик (магнитооптический, в импульсном режиме перемагничивания, осциллографический, метод вольтметра и амперметра и другие), позволяющие исследовать ряд важных свойств магнитных материалов.
Приборы для М. и. классифицируют по их назначению, условиям применения, по принципу действия чувствительного элемента (датчика, или преобразователя). Приборы для измерения напряжённости поля, индукции и магнитного момента обычно называют магнитометрами , для измерения магнитного потока – флюксметрами или веберметрами; потенциала поля – магнитными потенциалометрами , градиента – градиентометрами; коэрцитивной силы – коэрцитиметрами и так далее. В соответствии с классификацией методов М. и. различают приборы, основанные на явлении электромагнитной индукции, гальваномагнитных явлениях , на силовом (пондеромоторном) действии поля, на изменении оптических, механических, магнитных и других свойств материалов под действием магнитного поля (см., например, Феррозонд ), на специфических квантовых явлениях (см. Квантовый магнитометр ). Единая классификация приборов для М. и. не разработана.
Лит.: Электрические измерения. Средства и методы измерений (общий курс), под редакцией Е. Г. Шрамкова, М., 1972; Кифер И. И., Пантюшин В. С., Испытания ферромагнитных материалов, М. – Л., 1955; Чечерников В. И., Магнитные измерения, 2 изд., М., 1969; ГОСТ 12635-67. Методы испытаний в диапазоне частот от 10 кгц до 1 Мгц, ГОСТ 12636-67. Методы испытаний в диапазоне частот от 1 до 200 Мгц.
В. И. Чечерников.
