Явление магнитострикции, магнитострикционные материалы и их использование в технике.

 

Магнитострикция (от лат. натяжение, сжатие) - изменение формы и размеров тела при его намагничивании. Это явление свойственно как сильно магнитным (ферромагнитным), так и парамагнитным и диамагнитным веществам. Магнитострикция - результат проявления взаимодействий в магнитных телах. Изучение магнитострикции помогает выяснить природу указанных взаимодействий. Магнитострикция неизменно привлекает внимание не только физиков, но также и инженеров с точки зрения конструирования новых приборов и технических устройств.

Магнитострикция оценивается безразмерной величиной − относительным изменением размеров магнетика λ = dl/l, где dl – удлинение (или укорочение) при включении магнитного поля Н, а l – длина образца. В экспериментах обычно измеряется λ11 – продольная магнитострикция, когда напряжение поля Н совпадает с направлением измерения, λ1 – поперечная магнитострикция, когда указанные направления взаимно перпендикулярны. Величины λ11 и λ1 малы (даже для ферромагнетиков), и для их измерения применяются специальные методы и установки.

 

Рисунок 1 – Суть эффекта магнитострикции

 

Магнитострикции имеет непосредственное техническое применение в магнитострикционных вибраторах (генераторах) звуковых и ультразвуковых колебаний, а также в некоторых радиотехнических схемах и устройствах (вместо кварца для стабилизации частоты, в электромеханических фильтрах и т.д.).

В качестве магнитострикционных материалов применяют никель, пермендюр (сплавы Fe-Co, отличающиеся высокой намагниченностью насыщения), Альфер (сплавы Fe-Al), никелевый и никелькобальтовий ферриты и др..

Никель имеет большое абсолютное значение коэффициента магнитострикции насыщения l_S = D_l / l = -35 × 10 -6 (l - длина пластины к воздействию поля, D l - изменение длины в результате воздействия поля; знак минус означает уменьшение длины). Обычно применяют никель марки Н толщиной 0,1 мм в виде жесткой необожженной ленты. После вырубки пластины оксидируют нагреванием на воздухе до 800 о С в течении 15-25 мин. Образованная таким образом оксидная пленка служит для электрической изоляции пластин при составлении пакета. Никель имеет высокие антикоррозийные свойства и малый температурный коэффициент модуля упругости.

В последнее время более широко применяют магнитострикционные ферриты, особенно в прецизионных фильтрах.

 

Задача

 

На основание прямоугольного параллелепипеда из диэлектрика со сторонами а = 3 см, и b = 12 см нанесены металлические электроды. Высота параллелепипеда 1 см.

 

Определить:

1. Ток утечки диэлектрика и потери мощности в нём, если к электродам приложено постоянное напряжение.

2. Переменный ток через диэлектрик, его активную и реактивную составляющие, диэлектрические потери, если к электродам приложено переменное напряжение частотой f = 500 кГц и f = 1 МГц и значения удельных объёмного и поверхностного сопротивлений, относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь приводятся в таблице.

 

№ вари­анта	Диэ­лектрик	ρ V	ρ S	ε r		tg δ·10-3		Епр,	U,
		Ом·м	Ом·м	f1 = 50 Гц	f 2 = 1 МГц	f1 = 50 Гц	f 2 = 1 МГц	МВ/м	кВ
18.	Стеатит	1016	1017	6,4	7	40	30	42	10

 

 

Решение:

 

При постоянном токе

При включении диэлектрика в электрическую сеть ток будет протекать как в объеме диэлектрика, так и по его поверхности.

Полное сопротивление диэлектрика определяется как результирующее поверхностного и объемного сопротивлений

 

где R – полное диэлектрика, Ом

 R_v – объемное сопротивление, Ом

 R_s – поверхностное сопротивление, Ом.

Для плоского образца  и ,

где  – удельное объемное сопротивление, Ом м.

h – толщина образца, м.

 S – площадь электропривода,  

 – удельное поверхностное сопротивление, Ом.

 a – расстояние между электродами, м.

   – длина электрода, м.

 

 

 

Ток утечки:

 

 

Потери мощности в образце при постоянном напряжение – это потери мощности на нагрев диэлектрика, т.е активная мощность

 

При переменном токе

 

1) При частоте f₁ = 50 Гц

 

 

Емкость, плоского конденсатора

где  - диэлектрическая постоянная,

 - относительная диэлектрическая проницаемость

 - площадь электродов,

 - толщина диэлектрика, м

 

 

При переменном напряжении мощность диэлектрических потерь

 

2) При частоте f ₂ = 1 МГц

 

 

Емкость, плоского конденсатора

где  - диэлектрическая постоянная,

 - относительная диэлектрическая проницаемость

 - площадь электродов,

 - толщина диэлектрика, м

 

 

 

 

При переменном напряжении мощность диэлектрических потерь

 

Библиографический список

 

1. Богородицкий, Н. П. Электротехнические материалы / Н. П. Богородицкий, В. В. Пасынков, Б. М. Тареев. – Л. : Энергоатомиздат, 1985. – 304 с.; ил.

2. Электрорадиоматериалы / под. ред. Б. М. Тареева. – Л. : Высшая школа, 1978.

3. Электротехнические материалы. Руководство к лабораторным работам / под. ред. В. Т. Ренне. – 1973.

---

Дата добавления: 2020-01-07; просмотров: 1126; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!