투과성 및 채도

더 나은 이해를 위해 물질 투과성의 비선형성을 그래프로 나타낼 수 있습니다. 전계 강도(H)의 양을 전계력(mmf)을 재료의 길이로 나눈 값을 그래프의 수평 축에 배치합니다. 수직 축에는 전체 플럭스를 재료의 단면적으로 나눈 값과 동일한 플럭스 밀도(B)의 양을 배치합니다.

그래프의 모양이 테스트 재료의 물리적 치수와 무관하게 유지되도록 필드 힘(mmf) 및 총 플럭스(Φ) 대신 필드 강도(H) 및 플럭스 밀도(B)의 양을 사용합니다. 여기서 우리가 하려고 하는 것은 모든에 대한 자기장과 플럭스 간의 수학적 관계를 보여주는 것입니다. 특정 물질의 덩어리, 재료의 특정 저항을 설명하는 것과 같은 정신 실제 저항 대신 ohm-cmil/ft 단위 옴 단위.

이것을 정상 자화 곡선이라고 합니다. , 또는 B-H 곡선 , 특정 재료의 경우. 위의 재료(주철, 주강 및 강판)에 대한 자속 밀도가 필드 강도의 양이 증가함에 따라 어떻게 평준화되는지 주목하십시오. 이 효과를 채도라고 합니다. . 적용된 자기력이 거의 없을 때(낮은 H), 소수의 원자만 정렬되고 나머지는 추가 힘으로 쉽게 정렬됩니다.

그러나 더 많은 플럭스가 강자성 물질의 동일한 단면적에 뭉쳐지면 해당 물질 내에서 전자를 추가 힘으로 정렬하는 데 사용할 수 있는 원자 수가 줄어들어 더 적은 양의 플럭스를 얻는 데 점점 더 많은 힘(H)이 필요합니다. 더 많은 자속 밀도를 생성하는 재료의 "도움"(B). 이를 경제에 적용하려면 용어, 우리는 투자(H)에 대한 수익 체감(B)의 경우를 보고 있습니다. 포화는 철심 전자석에 국한된 현상입니다.

공심 전자석은 포화되지 않지만 다른 한편으로는 동일한 수의 와이어 권선 및 전류에 대해 강자성 코어만큼 많은 자속을 생성하지 않습니다.

자기 히스테리시스

자속 대 힘에 대한 우리의 분석을 혼란스럽게 만드는 또 다른 단점은 자기 히스테리시스 현상입니다. . 일반적인 용어로 히스테리시스 방향이 바뀔 때 시스템에서 입력과 출력 사이의 지연을 의미합니다. "느슨한" 조향으로 오래된 자동차를 운전한 적이 있는 사람은 히스테리시스가 무엇인지 알고 있습니다. 좌회전에서 우회전으로(또는 그 반대로) 변경하려면 내장된 "지연"을 극복하기 위해 스티어링 휠을 추가로 돌려야 합니다. 스티어링 휠과 자동차 앞바퀴 사이의 기계적 연결 시스템에서.

자기 시스템에서 히스테리시스는 적용된 자기장 힘이 제거된 후에도 자화 상태를 유지하는 경향이 있는 강자성 재료에서 볼 수 있습니다(이 장의 첫 번째 섹션에서 "보유율" 참조).

동일한 그래프를 다시 사용하여 양수와 음수를 모두 나타내도록 축만 확장해 보겠습니다. 먼저 증가하는 전계력(전자석 코일을 통과하는 전류)을 적용합니다. 정상적인 자화 곡선에 따라 자속 밀도가 증가하는 것을 볼 수 있습니다(오른쪽 위로 이동).

다음으로, 전자석의 코일을 통과하는 전류를 멈추고 플럭스에 어떤 일이 발생하는지 살펴보고 첫 번째 곡선은 그래프에 그대로 남습니다.

재료의 보유력으로 인해 힘이 가해지지 않은(코일에 전류가 흐르지 않음) 자속이 있습니다. 우리의 전자석 코어는 이 시점에서 영구 자석 역할을 합니다. 이제 반대에 동일한 양의 자기장을 천천히 적용하겠습니다. 샘플 방향:

자속 밀도는 이제 음의 방향 또는 반대 방향을 제외하고 필드 강도(H)의 완전한 양수 값과 동일한 지점에 도달했습니다. 코일을 통과하는 전류를 다시 멈추고 자속이 얼마나 남아 있는지 봅시다.

다시 한 번, 재료의 자연적인 보유력으로 인해 코일에 전력이 가해지지 않은 상태에서 자속을 유지할 것입니다. 단, 마지막으로 코일을 통해 전류를 멈춘 방향과 반대 방향입니다. 다시 양의 방향으로 전력을 공급하면 자속 밀도가 그래프의 오른쪽 상단 모서리에서 이전 피크에 다시 도달하는 것을 볼 수 있습니다.

이러한 단계에 의해 추적되는 "S"자형 곡선은 히스테리시스 곡선이라고 하는 것을 형성합니다. 주어진 극한의 장 강도 세트(-H 및 +H)에 대한 강자성 물질.

자동차의 히스테리시스의 예

앞에서 설명한 자동차 조향 시나리오에 대한 히스테리시스 그래프를 고려하십시오. 하나는 "긴장된" 조향 시스템을 묘사하고 다른 하나는 "느슨한" 시스템을 묘사합니다.

자동차 조향 시스템의 경우와 마찬가지로 히스테리시스가 문제가 될 수 있습니다. 주어진 전류량에 대해 정확한 양의 자기장 플럭스를 생성하는 시스템을 설계하는 경우 히스테리시스가 이 설계 목표를 방해할 수 있습니다(자속 밀도의 양이 전류 및 이전에 얼마나 강하게 자화되었는지!). 마찬가지로 느슨한 조향 시스템은 정확하고 반복 가능한 조향 응답이 필요한 경주용 자동차에서는 허용되지 않습니다.

또한 코일에 전원을 공급하는 데 사용되는 전류가 교류(AC)를 하는 경우 전자석에서 이전의 자화를 극복해야 하는 것은 에너지 낭비가 될 수 있습니다. 히스테리시스 곡선 내의 면적은 이 낭비되는 에너지의 양에 대한 대략적인 추정치를 제공합니다.

다른 경우에는 자기 히스테리시스가 바람직한 것입니다. 정보(컴퓨터 디스크, 오디오 및 비디오 테이프)를 저장하는 수단으로 자성체를 사용하는 경우가 그렇습니다. 이러한 응용 분야에서는 산화철(페라이트)의 한 부분을 자화할 수 있고 해당 재료의 보유력에 의존하여 마지막 자화 상태를 "기억"하는 것이 바람직합니다.

자기 히스테리시스의 또 다른 생산적인 응용 프로그램은 페라이트 링의 중간을 통해 와이어를 실행하여 신호 배선에서 고주파 전자기 "노이즈"(급격하게 교류하는 전압 서지)를 필터링하는 것입니다. 페라이트의 히스테리시스를 극복하는 데 소비되는 에너지는 "노이즈" 신호의 강도를 약화시킵니다. 흥미롭게도 페라이트의 히스테리시스 곡선은 매우 극단적입니다.

검토:

<울>

재료의 투자율은 재료를 통과하는 자속의 양에 따라 변합니다.

자속에 대한 힘의 특정 관계(장 강도 H 대 자속 밀도 B)는 정상 자화 곡선이라는 형식으로 그래프로 표시됩니다. .

강자성 물질에 더 이상 자속이 채워지지 않을 정도로 많은 자기장을 가하는 것이 가능합니다. 이 상태를 자기 포화라고 합니다. .

유지율 강자성 물질의 반대 방향으로의 재자화를 방해하는 상태를 히스테리시스라고 합니다. 발생합니다.

관련 워크시트:

<울>

중급 전자기 및 전자기 유도 워크시트

자기 측정 단위 워크시트