Электротехнические материалы Теория конструктивных материалов

Электрическая прочность — величина, позволяющая оценить способность диэлектрика противостоять разрушению его электрическим напряжением. Механическая прочность электроизоляционных и других материалов оценивается при помощи следующих характеристик: предел прочности материала при растяжении, относительное удлинение при растяжении, предел прочности материала при сжатии, предел прочности материала при статическом изгибе, удельная ударная вязкость, сопротивление раскалыванию.

Намагничивание магнитных материалов (кривая намагничивания)

Если образец был размагничен, то зависимость индукции от напряженности внешнего магнитного поля называется кривой намагничивания. В процессе намагничивания образца основную роль играют два процесса - смещение доменных границ и вращение векторов намагниченности доменов. Посмотрите, как происходит процесс намагничивания и изменения доменной структуры.

[Процесс намагничивания]

 

Структура ферромагнетиков

[Типы кристаллических решеток]

[Магнитоанизотропия железа]

Ферромагнетики в основном кристаллизуются в трех типах решеток: кубической пространственной, кубической объемно-центрированной и гексагональной, показанных на рисунке.

Зависимости B=f(H) показывают, что кристаллы являются магнитоанизотропными. На рисунке эта зависимость показана для железа. Направления намагничивания указаны в квадратных скобках. При отсутствии внешнего поля векторы намагничивания располагаются в легком направлении. Площадь, заключенная между кривыми легкого и трудного намагничивания, пропорциональна энергии, которую требуется затратить для изменения направления намагничивания от легкого до трудного.

Энергию естественной кристаллографической магнитной анизотропии - Ек характеризуют константами кристаллографической магнитной анизотропии. Для кубического кристалла

EK= Ko + K1 . (12 . 22 + 22 . 32 + 32 . 12) + K2.12 . 22 . 32

где Ko, K1,K2 - константы кристаллографической магнитной анизотропии;

a 1 ,2 , 3 - направляющие косинусы вектора намагниченности по отношению к осям x,y,z ребер куба.

 

Магнитный гистерезис

Магнитный гистерезис вызывается необратимыми процессами намагничивания. Ход кривой намагничивания на рисунке показан стрелкой. К основным параметрам петли гистерезиса относятся:

[Кривая намагничивания]
    • Bs - индукция насыщения;
    • Br- остаточная индукция;
    • Hc - коэрцитивная сила (напряженность размагничивающего поля, при которой Br становится равной нулю).

Для различных значений H можно получить семейство петель гистерезиса. Петля гистерезиса при Bs называется предельной.

 

Магнитострикционная деформация

Это обратимое изменение формы и размеров образца при переходе ферромагнетика через точку Кюри при отсутствии внешнего поля (самопроизвольная магнитострикция) и при воздействии внешнего поля на ферромагнетик при Т<Тк.

Сумму энергий кристаллографической магнитной анизотропии и магнитоупругой в результате магнитострикции называют энергией магнитной анизотропии.

Из кoнструкциoнныx элeктрoтexничeскиx материалов изгoтoвляют кoнструктивныe элeмeнты элeктрoустaнoвoк, к кoтoрым oтнoсятся мнoгиe элeктрoизoляциoнныe и прoвoдникoвыe материалы. Примeрoм этoгo являeтся ряд издeлий из стaли, плaстмaссы, кeрaмики. Из кeрaмики изгoтaвливaют oснoвaния элeктрoнaгрeвaтeльныx приборов и рeoстaтoв, из плaстмaссы – кoрпусa элeктрoизмeритeльныx приборов, рукoятки рубильникoв, щитки, из стaли – кoнструкции нa кoтoрыx крeпят токоведущие чaсти, щиты, кoрпусa электрических мaшин.