Открытый урок на тему: «КЛАССИФИКАЦИЯ МАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ».

Тема: «Классификация магнитных материалов»

I.Цель урока:

учебная:

1.Организовать  работу студентов по усвоению новых понятий и углублению имеющихся знаний.

2. Организация самостоятельного анализа, сравнения, умозаключения  и обобщения материала.

3. Сформировать убеждение о необходимости разработки данной темы.

развивающая:

1.Развить мысленную деятельность студентов, расширить технический кругозор.

2.Развить у студентов интерес к изучаемой теме.

воспитательная:

1.Привить трудолюбие.

2.Привить любовь к данной дисциплине.

II. Организация учебного процесса.

Урок:

1)по форме - урок-лекция с применением ИКТ;

2)по методу – объяснение с элементами исследования;

3)по методу опроса – устная форма.

III. Межпредметные связи:

1)Связь, предшествующая с дисциплинами: «Химия», «Электротехника», «Физика».

2)Связь параллельная - с дисциплиной «Периферийные устройства ВТ».

3)Последующая связь - с дисциплиной «Конструирование, производство и эксплуатация ВТ».

IV.Учебно-наглядные пособия:

Подготовленная к уроку презентация с рисунками и схемами, интерактивная доска.

V.Ход урока

1.Организационный момент: проверка санитарного состояния аудитории, учет посещаемости.

2.Проверка выполнения домашнего задания по теме: «Диэлектрики для оптической генерации».

Основные вопросы:

-материалы для твердотельных лазеров;

-материалы для жидких лазеров;

-материалы для газовых лазеров.

3.Изложение нового материала:

Основные вопросы:

- Магнитомягкие материалы.

- Магнитотвердые материалы.

- Магнитные материалы специального назначения.

Лекция.

Все вещества в природе являются магнетиками в том понимании, что они обладают определенными магнитными свойствами и определенным образом взаимодействуют с внешним магнитным полем.

Магнитными называют материалы, применяемые в технике с учетом их магнитных свойств. Магнитные свойства вещества зависят от магнитных свойств микрочастиц, структуры атомов и молекул.

Магнитные материалы делятся: магнитомягкие материалы; магнитотвердые материалы; магнитные материалы специального назначения.

I.Магнитомягкие материалы – это материалы, обладающие свойствами ферромагнетика.

Ферромагнетик  - это железо, никель, кобальт или другое вещество, которое имеет высокую магнитную проницаемость.

 Магнитная проницаемость  - это физическая величина, характеризующая связь между магнитной индукцией В и магнитным полем Н в веществе.

Магнитная индукция - это вектор магнитной индукции В, основная характеристика магнитного поля (рис 1.).

Рис. 1. Линии магнитной индукции полей постоянного магнита.

Магнитомягкие материалы обладают высокой магнитной проницаемостью, небольшой коэрцитивной силой и малыми потерями на гистерезис.

Коэрцитивная сила - это напряженность магнитного поля, вызывающая магнитную индукцию ферромагнетика, равную нулю, в условиях циклического перемагничивания.

Гистерезис - это явление, которое состоит в том, что намагниченность тела зависит от магнитного поля (рис 2).

Рис 2.Петли магнитного гистерезиса.

К магнитомягким материалам относятся:

1.технически чистое железо (электротехническая низкоуглеродистая сталь);

2. электротехнические кремнистые стали;

3. железоникелевые и железокобальтовые сплавы;

4. магнитомягкие ферриты (ферритовые сердечники).

Магнитомягкие материалы используются в качестве сердечников трансформаторов, электромагнитов, в измерительных приборах генераторов, электродвигателей, дросселей, стабилизаторов, реле и т.д. Магнитомягкие, т.е. легко намагничивающиеся материалы имеют узкую петлю гистерезиса небольшой площади при высоких значениях индукции. Материалы этого типа с округлой петлей гистерезиса применяют для работы в низкочастотных магнитных полях. Магнитомягкие материалы с прямоугольной петлей гистерезиса используют в импульсных устройствах магнитной памяти.

Свойства магнитомягких материалов:

1. Малое значение коэрцитивной силы (то есть размагничивание происходит медленно).

2. Способность намагничиваться до насыщения даже в слабых полях. То есть там существует высокая магнитная проницаемость.

Магнитная проницаемость m - это величина, характеризующая магнитные свойства материала.

3. Малые потери на перемагничивание.

 Перемагничивание – это изменение направления намагниченности ферро или ферримагнитного образца на противоположное под действием внешнего магнитного поля.

II. Магнитотвердые материалы (магнитожесткие материалы) намагничиваются до насыщения и перемагничиваются в сравнительно сильных магнитных полях напряженностью в тысячи и десятки тысяч А/м. Характеризуются высокими значениями коэрцитивной силы.

 Магнитотвердые материалы – это материалы для постоянных магнитов, использующихся в электродвигателях и других электротехнических устройствах, в которых требуется постоянное магнитное поле.

 Магнитотвердые материалы  обладают большой удельной энергией. Эта энергия пропорциональна произведению остаточной индукции на величину коэрцитивной силы.

Магнитотвердые материалы намагничиваются с трудом, но способны длительное время сохранять сообщенную им энергию. Для них характерна широкая петля гистерезиса большой площади.

Классификация магнитотвердых материалов:

1. Литые магнитотвердые материалы на основе сплавов Fe-Ni-Al (используются для изготовления постоянных магнитов).

2. Порошковые магнитотвердые материалы, получаемые путем прессования порошков с последующей термообработкой (используются для изготовления постоянных магнитов сложной формы).

3. Магнитотвердые ферриты. Ферриты являются химическим соединением оксида железа Fe₂O₄ с оксидами двухвалентных металлов, например, Cu, Zn, Mg, Ni, Fe, Co и Mn.

Ферриты представляют собой магнитную керамику с большим удельным сопротивлением, в 1010 раз превышающим сопротивление железа. Ферриты применяют в высокочастотных цепях, так как их магнитная проницаемость практически не снижается с увеличением частоты. Недостатком ферритов является их низкая индукция насыщения и низкая механическая прочность. Поэтому ферриты применяют в низковольтной электронике.

Основными характеристиками магнитотвердых материалов являются:

- коэрцитивная сила Н_с;

-остаточная индукция В_r;

- максимальная удельная энергия, отдаваемая магнитом во внешнее пространство W_a^;

Магнитотвердые материалы перемагничиваются только в очень сильных магнитных полях и служат в основном для изготовления постоянных магнитов.

III.                    Магнитные материалы специального назначения - это магнитные материалы, имеющие узкие области применения, благодаря высоким значениям одного, иногда двух параметров.

К магнитным материалам специального назначения относят:

- магнитные материалы с прямоугольной петлей гистерезиса;

- СВЧ- ферриты;

- магнитострикционные материалы.

1. Магнитные материалы с прямоугольной петлей гистерезиса. Сердечники из материала с прямоугольной петлей гистерезиса имеют два устойчивых магнитных состояния, которые соответствуют различным направлениям магнитной индукции. Это свойство используется для хранения и переработки двоичной информации. Магнитные материалы с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ) находят широкое применение в устройствах автоматики, вычислительной техники, в аппаратуре телеграфной связи.

2. СВЧ - ферриты - это неметаллические твёрдые магнитные материалы. Магнитными характеристиками ферритов можно управлять с помощью внешнего магнитного поля. В СВЧ-технике используют ряд эффектов, основанных на взаимодействии электромагнитной волны с магнитными моментами атомов (ионов) СВЧ ферритов.

Назначение. В качестве ферритов СВЧ используются магний-марганцевые ферриты с большим содержанием оксида магния, литий-цинковые ферриты, никель-цинковые ферриты и ферриты сложного состава.

 3. Магнитострикционные материалы – это ферромагнитные металлы и сплавы, а также ферриты, у которых происходит изменение формы и размеров при намагничивании.

Применение. Магнитострикционные материалы применяют:

- для изготовления сердечников электромеханических преобразователей в электроакустической и ультразвуковой технике;

-для сердечников электромеханических и магнитострикционных фильтров;

-для резонаторов и линий задержек.

4. Самостоятельная работа.

Решение ситуационных задач.

Задача № 1. Известно, что при тепловом пробое в равномерном поле диэлектрик однородной структуры толщиной 2мм, расположенный между электродами площадью 2см², пробивается при напряжении 15кВ. При каком напряжении пробьется этот же диэлектрик, если его расположить между электродами площадью 3см²?

Задача № 2. В тонких металлических пленках с уменьшением толщины пленки возрастает ее удельное сопротивление, а также у них наблюдается отрицательный температурный коэффициент удельного сопротивления. Объяснить.

5.Закрепление материала:

1.Отчего зависят магнитные свойства вещества?

2.На какие классы делятся магнитные материалы?

3.магнитомягкие материалы – это …?

4.Ферромагнетик – это…?

5.Магнитная проницаемость – это…?

6.Коэрцитивная сила - это…?

7.Гистерезис - это…?

8.Свойства магнитомягких материалов?

9.Как классифицируются магнитотвердые материалы?

10. Основные характеристики магнитотвердых материалов?

11.Как классифицируются магнитные материалы специального назначения?

Домашнее задание:

1. Тема: «Классификация магнитных материалов» со стр.161-169 по учебнику «Электрорадиоматериалы» (авторы: Н.Н.Калинин, Г. Л.Скибинский, П.П. Новиков, М., «Высшая школа», 2006).

 2.Решение ситуационных задач.

Список литературы:

1.Н.Н.Калинин, Г. Л.Скибинский, П.П. Новиков: «Электрорадиоматериалы», М. «Высшая школа», 2006.

2.В.В. Пасынков, В.С. Сорокин: «Материалы электронной техники», М. «Высшая школа», 2006.