Обмотками возбуждения

Между соседними магнитно-активными атомами в кристаллической решетке существует электрическое обменное взаимодействие, имеющее квантово-механическую природу. Силы обменного взаимодействия стремятся ориентировать магнитные моменты соседних атомов в одном направлении (параллельно или антипараллельно), но этому препятствует тепловое движение, которое дезориентирует магнитные моменты атома. Мерой сил обменного взаимодействия является обменный интеграл Z (рисунок 1.3.3), величина и знак которого зависят от отношения межатомного расстояния а к радиусу г незаполненной оболочки. При а/г > 3 обменный интеграл положителен и силы обменного взаимодействия стремятся выстроить магнитные моменты соседних атомов параллельно.

Однако при а/г > 6,6 энергия обменного взаимодействия настолько мала, что практически при сколь угодно низких температурах эта энергия меньше энергии тепловых колебаний атомов, поэтому магнитные моменты атомов располагаются с равной вероятностью по всем возможным направлениям (рисунок 1.3.4, а), и результирующий магнитный момент равен нулю. Такие вещества называются парамагнитными (у_~ КГ^.ЛО"5). Если парамагнитное вещество внести в магнитное поле, то появляется преимущественная ориентировка магнитных моментов атомов вдоль направления поля и вследствие этого некоторый результирующий положительный маг-

нитный момент. Однако дезориентирующее действие теплового движения атомов столь велико, что вещество намагничивается чрезвычайно слабо и даже самые сильные магнитные поля, которые в настоящее время могут быть получены, не в состоянии довести парамагнетик до магнитного насыщения, то есть полностью ориентировать в одном направлении магнитные моменты атомов. Если же 6,6 > а/г > 3,1, то ниже некоторой температуры, называемой точкой Кюри, энергия обменного взаимодействия будет больше, чем энергия тепловых колебаний атомов, и магнитные моменты соседних атомов будут ориентированы параллельно (рисунок 1.3.4, в) (строго параллельно при Г= О К; при повышении температуры происходит постепенная дезориентация, и при температуре Кюри наступает полная дезориентация магнитных моментов атомов). Такие вещества называются ферромагнитными, к ним относятся Fe, Ni, Co, Gd и сплавы преимущественно на основе этих металлов (х » !)•

Итак, под действием сил обменного взаимодействия даже при отсутствии внешнего магнитного поля спиновые магнитные моменты атомов ферромагнитного вещества выстраиваются в одном направлении. Направление самопроизвольной намагниченности определяется строением кристаллической решетки ферромагнитного материала или сплава.

Как уже отмечалось, под действием сил обменного взаимодействия даже при отсутствии внешнего магнитного поля спиновые магнитные моменты атомов ферромагнитного вещества выстраиваются в одном направлении. Направление самопроизвольной намагниченности определяется строением кристаллической решетки ферромагнитного материала или сплава.

Силы обменного взаимодействия препятствуют антипараллельному расположению магнитных моментов, поэтому между доменами появляется сравнительно узкая область, в которой вектор намагниченности постепенно меняет свое направление на противоположное. Эта область называется стенкой (рисунок 1.3.9). Образование стенки толщиной 8 между намагниченными в противоположные стороны соседними областями требует затраты определенной энергии против сил обменного взаимодействия. В переходном слое магнитные моменты атомов распложены не вдоль направления легчайшего намагничивания и с этим также связана затрата энергии, которая называется энергией магнитной анизотропии. Такая энергия характеризуется константой магнитной анизотропии К, которая пропорциональна разности между площадями, ограниченными кривыми легкого и трудного намагничивания. Кроме перечисленных видов энергий, в кристалле существует еще один вид энергии, связанный с магнитострикцией. Явление магнитострикции заключается в том, что при намагничивании ферромагнетик изменяет свои размеры вдоль направления намагничивания (удлиняется при положительной и укорачивается при отрицательной магнитострикции). Так как основные и замыкающие области намагничены во взаимно перпендикулярных направлениях, они стремятся удлиниться (укоротиться) также во взаимно перпендикулярных направлениях. В кристалле будет затрачиваться работа против упругих сил.

Определенный порядок расположения вращающихся электронов обусловливается обменными силами, приводящими к обменному взаимодействию. Теория ферромагнетизма элементов основана на наличии у атомов недостроенных внутренних оболочек 3d и 4/, имеющих высокую плотность их состояний. У таких элементов, как железо, никель, кобальт, имеющих недостроенную 3d оболочку, или у таких элементов, как гадолиний, диспрозий и эрбий, у которых недостроена 4/ оболочка, ферромагнетизм возникает вследствие обменного взаимодействия электронов недостроенных оболочек соседних атомов, поскольку электроны глубинных атомных слоев, так же как и валентные электроны внешних орбит, не могут принимать участия в ферромагнетизме из-за низкой Плотности их состояний. Обменное взаимодействие изменяет энергию системы; например, энергия двух сближенных атомов водорода

Здесь 2?0 — энергия двух невзаимодействующих (изолированных) атомов; А — энергия обменного взаимодействия, или обменный интеграл. Знак обменного интеграла (положительный или Отрицательный) зависит в основном . от расстояния между атомами. Для параллельной ориентации спинов, т. е. для ферромагнитных материалов, А > 0; 5 — интеграл неортогональности (0 =s; S sg 1); К, — энергия электростатического взаимодействия электронов между собой 'и ядер между собой (т, и. кулонов-ская энергия); эта энергия по знаку отрицательна, а по абсолютной величине меньше А. Параллельная ориентация спинов электронов, обменивающихся местами, отражается знаком минус, а антипараллельная — знаком плюс.

где С — постоянная Кюри (зависит от природы твердого тела); Т —_абсолютная температура; 9 о — парамагнитная точка Кюри (близка к точке Кюри, при которой исчезает ферромагнетизм). Чем выше энергия обменного взаимодействия, тем выше точка Кюри:

r ' L обменного взаимодействия

Между соседними магнитно-активными атомами в кристаллической решетке существует электрическое обменное взаимодействие, имеющее квантово-механическую природу. Силы обменного взаимодействия стремятся ориентировать магнитные моменты соседних атомов в одном направлении (параллельно или антипараллелъно), но этому препятствует тепловое движение, которое дезориентирует магнитные моменты атома. Мерой сил обменного взаимодействия является обменный интеграл Z (рисунок 1.3.3), величина и знак которого зависит от отношения межатомного расстояния а к радиусу г незаполненной оболочки. При а/г > 3 обменный интеграл положителен и силы обменного взаимодействия стремятся выстроить магнитные моменты соседних атомов параллельно.

Феррозондовые преобразователи - устройства для измерения напряжённости магнитного поля, действие которых основано на нелинейности кривых намагничивания сердечников из магнитных материалов. Простейший трансформаторный феррозонд состоит из сердечника с двумя обмотками - возбуждения и измерительной. С помощью первой обмотки создаётся поле возбуждения H^(t), в сердечнике возникает индукция Bft), которая индуцирует в измерительной обмотке ЭДС [22]

Существуют феррозонды различных типов и модификаций. Однако при неразрушающем контроле наибольшее распространение получили дифференциальные феррозонды с продольным возбуждением. Конструктивно они представляют собой два пермаллоевых сердечника с первичными обмотками возбуждения и вторичными измерительными обмотками на каждом.

ФЕРРОЗОНД (от ферро... и франц. sonde - щуп) - устройство с чувст-вит. элементом для обнаружения магн. поля и измерения его напряжённости. Представляет собой сердечник (обычно из пермаллоя) с двумя обмотками - возбуждения и измерительной. Ф. применяют при геофиз. исследованиях в разл. рода магнитометрах, коэрцитиметрах и др. приборах, в приборах для магн. дефектоскопии, при поисках полезных ископаемых, для измерения магн. полей Луны и планет, а также магн. полей биологич. объектов. ФЕРРОМАГНЕТИЗМ (ОТ ферро... И магнетизм) - магнитоупорядоченное

Феррозондовые преобразователи - устройства для измерения напряжённости магнитного поля, действие которых основано на нелинейности кривых намагничивания сердечников из магнитных материалов. Простейший трансформаторный феррозонд состоит из сердечника с двумя обмотками - возбуждения и измерительной. С помощью первой обмотки создаётся поле возбуждения H^ft), в сердечнике возникает индукция B(t), которая индуцирует в измерительной обмотке ЭДС [22]

Существуют феррозонды различных типов и модификаций. Однако при неразрушающем контроле наибольшее распространение получили дифференциальные феррозонды с продольным возбуждением. Конструктивно они представляют собой два пермаллоевых сердечника с первичными обмотками возбуждения и вторичными измерительными обмотками на каждом.

ФЕРРОЗОНД (от ферро... и франц. sonde _ щуп), магнитомодуляционный дат ч и к,— чувствит. элемент для обнаружения магнитного поля и измерений его напряжённости. Представляет собой сердечник (обычно из пермаллоя) с 2 обмотками — возбуждения и измерительной. Если Ф. поместить в пост, магнитное поле, напряжённость к-рого нужно измерить, магнитное состояние сердечника изменится и в измерит, обмотке появится эдс, пропорциональная напряжённости пост, магнитного поля. Ф. широко применяют при геофиз. исследованиях в качестве чувствит. элемента различного рода магнитометров, коэрцитиметров и др. приборов, в устройствах для магнитной дефектоскопии и т. д.

Существуют феррозонды различных типов и модификаций [2]. Однако при неразрушающем контроле наибольшее распространение получили дифференциальные феррозонды с продольным возбуждением. Конструктивно они представляют собой два пермал-лоевых сердечника с первичными обмотками возбуждения и вторичными измерительными обмотками на каждом.

кулярном к плоскости х — х, осуществляется аналогичным образом от пары электромоторов 9 и 10. Головка управления И содержит устройство, изображенное схематически на рис. б. На правом плече Ь крестовины 12, могущей скользить по неподвижной направляющей d, смонтирована качающаяся пластинка 13, которая находится в контакте с копиром е. Пластинка 13 снабжена зеркалом, отражающим фокусированный на него луч света от источника 14 в направлении двух фотоэлементов 15, которые с помощью электронного усилителя 16 управляют обмотками возбуждения моторов 7 и 8, приводя в действие тот или иной мотор. Между фотоэлементами 15 помещена разделяющая маска 17. К левому плечу f крестовины 12 прикреплена стальная лента 18, охватывающая цилиндр 19, с которым связано зеркало, отражающее фокусированный на него от источника 20 световой луч в направлении двух фотоэлементов 21, которые также с помощью электронного усилителя 16 управляют обмотками возбуждения электромоторов 9 и 10. Между фотоэлементами 21 также помещена разделяющая маска 22. При смещении точки контакта копира е с пластинкой 13 в ту или иную сторону от оси качания пластинки последняя отклонится и направит луч света на один из фотоэлементов 15. При этом возбуждается обмотка соответствующего электромотора 7 или 8, в результате чего салазки 5 перемещаются в продольном направлении в соответствующую сторону. Когда пластинка 13 вернется в нормальное положение, световой луч упадет на маску 17 между фотоэлементами 15, и продольная подача выключается. Когда точка контакта копира е с пластинкой 13 выйдет из плоскости шлифования х — х, крестовина 12 отойдет от своего нормального положения на направляющей d, причем зеркало, связанное с цилиндром 19, отклонится и направит отраженный световой луч на один из фотоэлементов 21. Это вызовет возбуждение обмотки одного из моторов 9 или 10, который придет во вращение и будет вращаться до тех пор, пока точка контакта копира е с пластинкой 13 не совпадет с плоскостью х—х.

Рис. 10.118. Датчик для измерения угловых скоростей (униполярная машина). Железный ротор 2, смонтированный изолированно от корпуса, вращается в сильном магнитном поле, создаваемом обмотками возбуждения 3. Напряжение, прямо пропорциональное угловой скорости ротора, снимается щетками 1. Уступая в чувствительности коллекторным генераторам, униполярная машина отличается значительно меньшими габаритами, отсутствием пульсаций тока, не требует фильтров и т. д.

Тензометр Центрального института авиамоторостроения (ЦИАМ) [12] (фит. 166, а) имеет электрическую схему датчика. В подвижную ферромагнитную трубку 1 запрессованы сердечники 2 с обмотками возбуждения 3- Трубка 1 помещена в трубке 4 из немагнитного материала, в прорезах которой укреплён якорь 5. Воздушные зазоры между якорем и сердечниками выравниваются и фиксируются штифтом 6. Базы тензометров

В последние годы применяется система Леонарда с особой вращающейся машиной регулятором „Рототролем". Эта система отличается применением на генераторе Леонарда нескольких обмоток возбуждения. Часть из них питается особо включённым возбудителем, называемым рототролем, также с несколькими обмотками возбуждения. Преимущество такой системы — в расширении пределов регулирования скорости до соотношения 1 :120 [22, 47, 48J.