Classificação e características básicas dos materiais magnéticos
Todas as substâncias na natureza são magnéticas no sentido de que possuem certas propriedades magnéticas e interagem de certa forma com um campo magnético externo.
Os materiais utilizados na tecnologia são chamados de magnéticos, levando em consideração suas propriedades magnéticas. As propriedades magnéticas da substância dependem das propriedades magnéticas das micropartículas, da estrutura dos átomos e das moléculas.
Classificação de materiais magnéticos
Os materiais magnéticos são divididos em magnéticos fracos e magnéticos fortes.
Sendo fracamente magnéticos incluem diamagnetos e paramagnetos.
Forte magnético - ferromagnetos, que por sua vez podem ser magneticamente macios e magneticamente duros. Formalmente, a diferença nas propriedades magnéticas dos materiais pode ser caracterizada pela permeabilidade magnética relativa.
Diamagnetos referem-se a materiais cujos átomos (íons) não têm momento magnético resultante. Externamente, os diamagnetos se manifestam ao serem repelidos pelo campo magnético. Estes incluem zinco, cobre, ouro, mercúrio e outros materiais.
Os paramagnetos são chamados de materiais, cujos átomos (íons) resultam em um momento magnético independente do campo magnético externo. Externamente, os paramagnetos se manifestam através da atração campo magnético não homogêneo… Isso inclui alumínio, platina, níquel e outros materiais.
Os ferromagnetos são chamados de materiais nos quais seu próprio campo magnético (interno) pode ser centenas e milhares de vezes maior que o campo magnético externo que o causou.
Cada corpo ferromagnético é dividido em regiões - pequenas áreas de magnetização espontânea (espontânea). Na ausência de um campo magnético externo, as direções dos vetores de magnetização de diferentes regiões não coincidem e a magnetização resultante de todo o corpo pode ser zero.
Existem três tipos de processos de magnetização ferromagnética:
1. O processo de deslocamento reversível de domínios magnéticos. Nesse caso, há um deslocamento dos limites das regiões orientadas mais próximas à direção do campo externo. Quando o campo é removido, os domínios se deslocam na direção oposta. A região de deslocamento do domínio reversível está localizada na parte inicial da curva de magnetização.
2. O processo de deslocamento irreversível de domínios magnéticos. Neste caso, o deslocamento dos limites entre os domínios magnéticos não é removido com a diminuição do campo magnético. As posições iniciais dos domínios podem ser alcançadas no processo de reversão da magnetização.
O deslocamento irreversível dos limites do domínio leva ao aparecimento histerese magnética - o atraso da indução magnética de força de campo.
3. Processos de rotação de domínio. Neste caso, a finalização dos processos de deslocamento dos contornos do domínio leva à saturação técnica do material.Na região de saturação, todas as regiões giram na direção do campo. O loop de histerese que atinge a região de saturação é chamado de limite.
O circuito limitador de histerese tem as seguintes características: Bmax — indução de saturação; Br — indução residual; Hc — força retardadora (coercitiva).
Materiais com valores de Hc baixos (ciclo de histerese estreito) e altos permeabilidade magnética são chamados de magnéticos macios.
Materiais com altos valores de Hc (amplo loop de histerese) e baixa permeabilidade magnética são chamados de materiais magneticamente duros.
Durante a magnetização de um ferroímã em campos magnéticos alternados, sempre são observadas perdas de energia térmica, ou seja, o material esquenta. Estas perdas são devidas à histerese e perdas por correntes parasitas… A perda de histerese é proporcional à área do loop de histerese. As perdas por correntes parasitas dependem da resistência elétrica do ferroímã. Quanto maior a resistência, menores as perdas por correntes parasitas.
Materiais magneticamente macios e magneticamente duros
Materiais magnéticos macios incluem:
1. Ferro tecnicamente puro (aço elétrico de baixo carbono).
2. Aços Silício Eletrotécnicos.
3. Ligas de ferro-níquel e ferro-cobalto.
4. Ferritas magnéticas macias.
As propriedades magnéticas do aço de baixo carbono (ferro tecnicamente puro) dependem do teor de impurezas, distorção da rede cristalina devido à deformação, tamanho do grão e tratamento térmico. Devido à sua baixa resistividade, o ferro comercialmente puro é raramente usado em engenharia elétrica, principalmente para circuitos de fluxo magnético DC.
O aço silício eletrotécnico é o principal material magnético para consumo em massa. É uma liga de ferro-silício. A liga com silício permite reduzir a força coercitiva e aumentar a resistência, ou seja, reduzir as perdas por correntes parasitas.
As chapas de aço elétrico, fornecidas em chapas ou bobinas individuais, e as fitas de aço, fornecidas apenas em bobinas, são produtos semiacabados destinados à fabricação de circuitos magnéticos (núcleo).
Os núcleos magnéticos são formados a partir de placas individuais obtidas por estampagem ou corte, ou por enrolamento de tiras.
Eles são chamados de ligas permalóides de níquel-ferro... Eles têm uma grande permeabilidade magnética inicial na região de campos magnéticos fracos. Permalloy é usado para núcleos de pequenos transformadores de potência, bobinas e relés.
As ferritas são cerâmicas magnéticas com alta resistência, 1010 vezes maior que a do ferro. As ferritas são usadas em circuitos de alta frequência porque sua permeabilidade magnética praticamente não diminui com o aumento da frequência.
As desvantagens das ferritas são sua baixa indução de saturação e baixa resistência mecânica. Portanto, as ferritas são comumente usadas em eletrônicos de baixa tensão.
Os materiais magneticamente duros incluem:
1. Fundir materiais magneticamente duros baseados em ligas Fe-Ni-Al.
2. Materiais magnéticos sólidos em pó obtidos por prensagem de pós com posterior tratamento térmico.
3. Ferritas magnéticas duras. Materiais magneticamente duros são materiais para ímãs permanentesusado em motores elétricos e outros dispositivos elétricos que requerem um campo magnético permanente.