Вплив температурних умов на магнітні властивості речовини
Вплив температурних умов на магнітні властивості речовини - розділ Фізика, Магнітний потік Ще З Часів Гільберта Було Відомо, Що Залізо і Сталь втрачають свої магніти.
Ще з часів Гільберта було відомо, що залізо та сталь втрачають свої магнітні властивості, будучи нагріті до світло-червоного жару. Вони при цьому перестають намагнічуватись і не притягуються магнітом, але при охолодженні відновлюють свої звичайні якості. Те ж саме відбувається при дещо вищій температурі з кобальтом і при нижчій — з ніккелем. Взагалі, перехід від магнітного стану до немагнітного відбувається дуже швидко, як тільки температура тіла досягає певної межі.
У вигляді прикладу наведемо дані, які були отримані: Гопкінсон під час одного досвіду зі шматком кованого заліза. Коли цей матеріал був підданий дії слабкого магнітного поля (H=0,3 ерстеда), його магнітна проникність безперервно зростала з підвищенням температури спочатку повільно, потім все швидше і швидше і так далі, до граничної температури, яка в описуваному випадку дорівнювала 775° С. При цій температурі магнітна проникність у багато разів більша, ніж у разі холодного заліза. При подальшому нагріванні була надзвичайно швидка втрата магнітних властивостей: коли температура піднялася всього лише на 11°, тобто до 786°С, залізо стало практично немагнітним. Його магнітна проникність стала рівною 1,1, тоді як при 775°С проникність мала значення близько 11000. На малюнку 89) представлена графічно залежність m від температури в даному випадку, тобто приH=0 ,3 Ерстеда.
Тут дуже чітко видно, наскільки раптово магнітна проникність даного зразка заліза падає при наближенні температури до786°С. Коли матеріал був підданий дії порівняно сильнішого поля, перехід від магнітного стану до немагнітного відбувався більш плавно, але втрата
магнітних властивостей настільки ж повна, і відбувається це за тієї ж температури, що й раніше. Гопкінсон назвав її критичною температурою. На рисунках 90 та 91 представлена залежність m від температури при
для того ж сорту заліза, до якого відноситься і малюнок 89. У випадкуH=4 ерстедам, у міру підвищення температури ще спостерігається деяке піднесення m,і це триває приблизно до 650°. Потім m досить швидко падає. У разіН=45 ерстедам, підвищення m у міру підвищення температури зовсім не спостерігається. У межах від 0 до 500°С магнітна проникність практично зберігається незмінною, а при подальшому нагріванні починає повільно падати і порівняно повільно падає до граничного значення m=1,1 при температурі в 786° С. Критична температура різних сортів заліза і сталі коливається, як показали дослідження, у межах від 690° до 870°С. У кобальту критична температура дорівнює приблизно 1000°, у нікелю — близько 310°С.
З наведених на малюнках 89, 90 і 91 кривих ясно, що в межах нормальних робочих температур, що зустрічаються у звичайній електротехнічній практиці, зміна магнітних властивостей заліза і сталі в залежності від нагрівання настільки мізерно, що при будь-яких розрахунках їм можна знехтувати.
На малюнку 92 наведено ще характерні криві, що представляють результати спостережень Гопкінсона над перебігом намагнічення заліза за різних температур.
Тут крива I дає залежністьВвідНпри температурі 10°. Крива 11 дає ту ж залежність при температурі 670°.Крива III побудована для
температури близько 742 °, і, нарешті, крива IV - для температури близько 771 °. На малюнку 93 представлені початкові частини цих кривих.
Тут масштабНвзятий навмисне великим, щоб наочно показати відносне розташування кривих та їх перетин. Позначення кривих самі, як і малюнку 92.
З усіх наведених кривих виразно видно, що чим слабкіше магнітне поле, що впливає на залізо, тим більше значення має підвищення температури у сенсі досягнення найвищих ступенів намагнічення. Щодо цього ми маємо повну аналогію з впливом струсу на магнітні властивості феромагнітних матеріалів (див. § 39). У разі гіпотеза елементарних магнітів дає можливість припустити, що з підвищенням температури стійкість окремих груп магнітиків має зменшуватися, оскільки у своїй зростає загальна рухливість всіх молекул тіла. Слід припустити, що з наближенні до критичної температурі ця рухливість настільки вже велика, що досить невеликих додаткових впливів із боку слабкої намагничивающей сили у тому, щоб порушити вихідні угруповання молекулярних магнітиків і орієнтувати в напрямку поля.
Є багато даних на користь того припущення, що при переході через критичну температуру залізояінші магнітні матеріали взагалі зазнають якоїсь різкої зміни у своїх властивостях. Так, при переході через критичну температуру різко змінюються термоелектричні властивості, а також електричний опір матеріалу. Далі, залізо і сталь, попередньо нагріті вище за критичну температуру, при охолодженні темніють до досягнення цієї температури і потім раптово спалахують, проходячи через неї. Це останнє явище, відкрите Баррет. булоїм названорекалесценцією.З'ясувалося, що температура рекалесценції якраз і є температура критична в магнітному відношенні. Сучасна металургія повною мірою з'ясувала сутність того, що відбувається із залізом та іншими подібними матеріалами при переході через критичну температуру. Саме при цьому відбувається дуже швидка зміна молекулярної будови речовини, пов'язана з перетворенням однієї модифікації його (магнітної) на іншу (немагнітну).
Крім тих змін магнітних якостей заліза, які виявляються негайно при підвищенні температури його, на практиці доводиться зустрічатися ще з одним явищем, яке також очевидно обумовлюється нагріванням. Йдеться про так зване старіння заліза. Цей процес протікає дуже повільно при порівняно низьких температурах і виражається між іншим у зміні втрат на гістерезис, які зазвичай зростають з часом. Таке зростання втрат на гісте-
резис у час нерідко спостерігалося під час роботи трансформаторів змінного струму, виготовлення яких застосовувалося просте залізо. Є підстави вважати, що у разі ми маємо справу з повільним зміною молекулярного будови заліза. Досвід показує, що старіння прискорюється при нагріванні. Зокрема при температурах порядку 150 ° - 200 ° процес цей протікає в кілька днів, у той час як при температурах близько 50 ° він протікає роки, перш ніж залізо прийде в деякий стан. У зв'язку з тим, що явище вперше було спостережено у трансформаторах, спочатку висловлювалося припущення, що зростання втрат нагістерезис є результатом деякої втоми матеріалу, що відбувається внаслідок безперервного перемагнічування, подібно до втоми.пружного тіла, схильного до повторних механічних напруг. Юїнг, однак, показав, що змінне намагнічення саме по собі не робить жодної дії. Мордей з'ясував цілком виразно, що зростання втрат на гістерезис відбувається виключно завдяки тривалому нагріванню матеріалу. Це було підтверджено дослідженням Роджета. Для ілюстрації сказаного вище про старіння заліза наведено на малюнку 94 криві гістерези, отримані Роджетом для деякого сорту заліза при
Тут зображено три цикли. Перший характеризує залізо на початковій стадії, тобто до нагрівання. Другий – через 19 годин нагрівання при 200°. Третій цикл характеризує матеріал після нагрівання за тієї ж температури протягом 4 днів. За цей час було пройдено максимум втрат на гістерезис.
В даний час в галузі електричного машинобудування та апаратобудування питання про старіння заліза втратило свою гостроту, завдяки тому, що вдалося отримати сплави заліза, що мають дуже стійкі магнітні якості (наприклад, крем'янисте залізо).