План – конспект теоретичного уроку з предмета “Електротехніка з основами промислової електроніки” Тема уроку: Парамагнітні, діамагнітні, феромагнітні матеріали.

Про матеріал

Мета уроку: Навчальна: сформувати знання про магнітні матеріали, їх властивості та способи використання. Виховна: виховувати культуру праці, працелюбність, повагу до праці. Розвиваюча: розвивати мислення, сприяти всебічному розвитку учнів, розвивати пам`ять, мислення. Тип уроку: урок засвоєння нових знань.

Перегляд файлу

План – конспект теоретичного уроку з предмета

“Електротехніка з основами промислової електроніки”

Тема уроку: №12 Парамагнітні, діамагнітні, феромагнітні матеріали.

Мета уроку:

Навчальна: сформувати знання про магнітні матеріали, їх властивості та способи використання.
Виховна: виховувати культуру праці, працелюбність, повагу до праці.
Розвиваюча: розвивати мислення, сприяти всебічному розвитку учнів, розвивати пам`ять, мислення.
Тип уроку: урок засвоєння нових знань.

Наочні засоби :

плакати;
зразки магнітних матеріалів та приладів.

СТРУКТУРА УРОКУ

1. Організаційно-вступна частина уроку.

2. Актуалізація опорних знань учнів.

3. Постановка завдань уроку.

4. Пояснення нової теми.

5. Оперативний контроль вивченого на уроці.

6. Закріплення теми уроку (практичне завдання).

7. Систематизація та узагальнення знань.

8. Підсумок уроку:

а) підведення підсумків розглянутих на уроці знань

б) пояснення домашнього завдання

в) оцінювання знань учнів.

ХІД УРОКУ

1. Організаційно-вступна частина

Налаштування психологічного настрою учня на продуктивну роботу

взаємне вітання;
перевірка наявності учнів;
організація уваги учнів до уроку.

2. Актуалізація та корекція опорних знань учнів

Актуалізація мотиваційних резервів учня шляхом фронтального опитування учнів з пройденого раніше матеріалу. Запитання до учнів :

1) що таке магнітне поле?

2) що таке магнітна індукція?

3) що таке магнітний потік?

3. Постановка завдання уроку

Сьогодні на уроці ми вивчимо основні властивості та характеристики парамагнітних, діамагнітних, феромагнітних матеріалів.

4. Пояснення нової теми

З двох котушок індуктивності, що мають однакові розміри, струми, однакову кількість витків, та котушка, яка має феромагнітне осердя, створюватиме магнітний потік і потокозчеплення набагато більше, ніж котушка, яка не має феромагнітного осердя. Отже, інтенсивність магнітного потоку залежить від типу середовища, в якому діє магнітний потік. Розрізняють чотири типи середовищ: вакуум, діамагнетики, парамагнетики та феромагнетики.

Вакуум характеризується магнітною сталою μо = 4π • 10 (Гн/м). На відміну від вакууму, у речовині кожен електрон із зарядом 1,6 • 10Кл, обертаючись по своїй орбіті з частотою 5 • 10Гц, створює круговий струм 10 А . Крім того, обертаючись навколо своєї осі, електрон створює спіновий струм. Ці струми спричинюють своє магнітне поле. Якщо на речовину не діє зовнішнє магнітне поле, то за законом великих чисел середнє значення індукції від електронів скінченного об'єму речовини і часу, внаслідок хаотичного розміщення магнітних потоків окремих електронів, дорівнює нулю. Під дією зовнішнього магнітного поля для діа- і парамагнетиків траєкторії електронів частково повертаються своїми осями за полем (для парамагнетиків) чи проти зовнішнього поля (діамагнетики). Спільне поле дещо зміниться. Інший процес відбувається у феромагнетиках. Весь об'єм феромагнетика спонтанно розбивається на області, які мають однаковий напрям магнітних полів електронів. Такі області називаються доменами, тобто елементарними магнітами. Природна оптимальність поділу феромагнетика на домени полягає в орієнтуванні їх за напрямом намагніченості за умови мінімуму втрат енергії на подолання меж між ними і повітряними ділянками замкнених силових ліній поля. Найбільш енергетичне вигідною є конфігурація доменів, коли поле замикається всередині речовини і при цьому кількість меж між доменами мінімальна.

Якщо на нейтральний феромагнетик вплинути зовнішнім магнітним полем, то у міру зростання В домени, які зорієнтовані за полем, поглинають домени, які не зорієнтовані у напрямку поля і повертаються за напрямом В0. Тут відбувається пружне (зворотне) намагнічування (укрупнення доменів і зменшення несприятливо розміщених). Далі під зростанням індукції зворотний процес зростання доменів доповнюється незворотним процесом розвороту несприятливо розміщених доменів (зміщення меж та обертання доменів). Подальше зростання В спричинює розворот за В0 всіх доменів, після чого незначне пружне домагнічування здійснюється внаслідок парапроцесу.

Наявність нелінійної залежності між В і Н магнітопроводу зумовлює нелінійністпь магнітних кіл. При змінній МРС ця нелінійна залежність має неоднозначний характер. Залежність індукції В від напруженості утворює на площині (В, Н) петлю гістерезису (рис.1). Розмір і форма петлі залежать від амплітуди напруженості магнітного поля Н. Якщо амплітуду напруженості поступово збільшувати, то траєкторії В(Н) утворюють часткові петлі гістерезису, поки індукція не заходить в область насичення (парапроцесу). При подальшому збільшенні амплітуди Н траєкторія В(Н) вже не залежить від амплітуди Н і утворює так звану граничну петлю. Гранична петля має характерні точки: Вг — залишкова індукція, Нс — коерцитивна сила, В∞ — індукція насичення. Початкова і основна крива намагнічування — це геометричне місце вершин часткових петель гістерезису.

Основна крива намагнічування використовується для розрахунку магнітних кіл. Параметри Вг і Нс і петлі гістерезису характеризують основні магнітні властивості речовини та області її ефективного застосування.

Магнітном'які матеріали мають відносно мале значення Нс і невелику площу циклів гістеризису. Це — чисте залізо, електротехнічні сталі, сплави заліза і нікелю, деякі хімічні з'єднання заліза, їх застосовують для виготовлення магнітопроводів електричних машин, трансформаторів, електровимірювальних приладів та інших електротехнічних апаратів. Деякі магнітном'які матеріали за відповідної технології обробки дають можливість отримати «прямокутну» петлю гістеризису. Матеріали з прямокутною петлею характеризуються малим значенням Нс і великим значенням Вг, близьким до В∞. Вони широко застосовуються в пристроях автоматики та обчислювальної техніки.

До магнітнотвердих матеріалів належать сплави заліза з алюмінієм, хромом та вольфрамом, які містять різні домішки. Магнітнотверді матеріали характеризуються відносно великими значеннями Вг і Нс і застосовуються для виготовлення постійних магнітів.

Властивості феромагнітних матеріалів

Помістимо феромагнітний матеріал усередині котушки із струмом. Спочатку, із збільшенням напруженості поля, що намагнічує, магнітна індукція швидко зростає. Потім, через насичення матеріалу, при подальшому збільшенні напруженості магнітного поля магнітна індукція майже не міняється. При зменшенні напруженості поля, що намагнічує, крива розмагнічування не співпадає з кривою намагнічування через явище гістерезису. Явище гістерезису полягає в тому, що зміна магнітної індукції запізнюється від зміни поля, що намагнічує. Крива залежності B(H), що виходить при циклічному перемагнічуванні феромагнітного матеріалу, називається петлею гістерезису. Ця крива зображена на мал.1. Чим більше площа петлі, тим більше за втрату на перемагнічування, нагріваючи матеріал.

Мал.1

      Значення магнітної індукції при напруженості поля, що намагнічує, рівному нулю, називається залишковою магнітною індукцією Br, або   залишковою намагніченістю.                                 .
      Напруженість магнітного поля Нс при В = 0 називається коерцитівна силоміць.
      Феромагнітні матеріали з великим значенням коерцитівною силою () називаються магнітотвердими. З цих матеріалів виготовляють постійні магніти.                               .
      Феромагнітні матеріали з малим значенням коерцитівної сили () називаються магнітом‘якими. Ці матеріали використовують в магнітопроводах електричних машин і трансформаторів.
      Таким чином, залежності B = f(H) у феромагнітних матеріалів нелінійні.
      Ці залежності приводяться в довідниках в табличній формі або у вигляді кривих, званих кривими намагнічування.