Сделай Сам Свою Работу на 5

МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ФЕРРИТОВ





 

5.3.1. Определить индукцию насыщения вблизи температуры 0 К для никелевого феррита NiFe2О4, кристаллизующегося в структуре обращенной шпинели с периодом решетки 0,834 нм. Магнитные моменты катионов Fe3+ и Ni2+ принять равными соответственно 5μВ и 2μВ.

 

Решение

Феррит никеля характеризуется следующим распределением катионов по тетра- и октаэдрическим кислородным междоузлиям:

 

( 3+)[ 2+ 3+]О4.

 

В состав элементарной кубической ячейки входит восемь структурных единиц NiFe2О4, причем магнитные моменты катионов, находящихся в различных кислородных междоузлиях, антипараллельны. Поэтому намагниченность насыщения феррита

 

 

Отсюда индукция насыщения

 

 

5.3.2. Чему равна намагниченность насыщения при температуре 0 К для феррограната гадолиния, если магнитные моменты катионов гадолиния и железа равны соответственно 7μВ, и 5μВ, а период кристаллической решетки соединения а =1,244 нм?

5.3.3. Объясните, почему температура Кюри феррогранатов различных редкоземельных элементов отличается очень незначительно.

5.3.4. Запишите распределение катионов по кислородным междоузлиям для никель-цинкового феррита состава Ni0,8Zn0,2Fe2O4. Рассчитайте для этого материала индукцию насыщения при температуре вблизи абсолютного нуля и сравните полученный результат с индукцией насыщения для феррита никеля в тех же условиях. Период кристаллической решетки твердого раствора принять равным 0,84 нм.



5.3.5. Объясните, почему при замене части ионов Ni2+ немагнитными ионами Zn2+ наблюдается снижение температуры Кюри и увеличение начальной магнитной проницаемости феррита NiFe2О4.

5.3.6. Определить, как изменится намагниченность насыщения магнетита Fe3О4, если часть ионов Fe3+ замещена ионами А13+. Известно, что ионы А13+ занимают в решетке шпинели октаэдрические кислородные междоузлия.

5.3.7. Объясните, почему температурная зависимость спонтанной намагниченности феррограната иттрия в отличие от феррограната гадолиния не имеет точки компенсации магнитных свойств. Приведите примеры других феррогранатов с температурной зависимостью без точки компенсации.

5.3.8*. Вычислить намагниченность насыщения смешанного феррита состава Y3Fe4,5Ga0,5O12 вблизи абсолютного нуля, если известно, что галлий занимает в кристаллической решетке тетраэдрические кислородные междоузлия. Как изменится температура Кюри при добавлении галлия к иттриевому феррогранату?



Решение

 

Распределение катионов по кислородным междоузлиям в феррите данного состава характеризуется схемой

 

{Y33+} [ ]( )О12.

С В А

 

Магнитный момент катионов Y3+ и Ga3+ равен нулю. Суммарная намагниченность проявляется как разность намагниченностей подрешеток А и В. Магнитный момент в расчете на одну структурную единицу

 

Ms=МА — МВ=2,5 — 2 =0,5·5μВ=2,5μВ.

 

Намагниченность насыщения Js0=MsK/a3, где К — кратность элементарной ячейки (для граната K=8). Период решетки всех феррогранатов близок 1,24 нм. Поэтому

 

 

Разбавление подрешетки А немагнитными ионами приводит к ослаблению косвенного обменного взаимодействия типа А — 0 — В, что снижает устойчивость магнитной упорядоченности к тепловому воздействию. Поэтому при введении галлия в решетку иттриевого феррограната температура Кюри уменьшается.

5.3.9*. Рассчитать, в каком соотношении по массе необходимо смешать оксиды иттрия и железа, чтобы при спекании получить иттриевый феррогранат стехиометрического состава.

 

Решение

Химический состав феррограната можно представить в виде 2·Y3Fe5O12 = 3·Y2O3·5·Fe2О3. Отсюда получаем

 

/ = 3 /

 

где М — молярная масса соответствующих оксидов ( =226; =160).

Таким образом, / = 0,6·226/

5.3.10. Объясните, почему ферриты с высокой начальной магнитной проницаемостью обычно обладают невысокой температурой Кюри.



5.3.11. Какие условия необходимы для появления цилиндрических магнитных доменов (ЦМД) в магнитном материале? Возможно ли образование ЦМД в кристаллах кубической симметрии?

5.3.12. Определить магнитные потери в сердечнике К40×20×7,5 из феррита марки 2000 НМ на частоте 0,1 МГц при пропускании через намагничивающую обмотку тока 40 мА. Обмотка состоит из 100 витков, добротность сердечника в данных условиях равна 10. Магнитную проницаемость сердечника при рабочей напряженности поля принять равной μн.

5.3.13. Найти удельные магнитные потери в ферритовом сердечнике марки 2000 НН, перемагничивающегося на частоте 0,1 МГц магнитным полем напряженностью Нт=4 А/м, если в данных условиях tgδм=0,2, магнитная проницаемость μ=2500.

5.3.14. Кольцевой сердечник размерами R×r×h=16×8×Х8 мм, изготовленный из феррита марки 20000 НМ, на частоте 0,01 МГц имеет tgδм=0,5. На сердечник намотана обмотка из 20 витков. Найти эквивалентное сопротивление потерь в сердечнике в слабых магнитных полях.

5.3.15. На рис. 69 условно показана магнитная структура границы домена, называемой стенкой Блоха (имеющей толщину h), в пленке феррита с одноосной магнитной анизотропией. В средней части спиновые моменты атомов Мi, ориентированы параллельно плоскости стенки. Укажите на рисунке, как должен быть направлен вектор напряженности внешнего магнитного поля, чтобы под его действием произошло перемещение границы домена влево? Какие доменные структуры могут наблюдаться в таких пленках? Укажите направления легкого намагничивания в пленке.

5.3.16. Изобразите (качественно) температурные μ(Т) и частотные μ(f) зависимости магнитной проницаемости ферритов марок 4000 НМ и 1000 НМ, исходя из общих закономерностей изменения свойств марганец-цинковых ферритов. Сравните эти материалы по следующим параметрам: начальной магнитной проницаемости μн; граничной частоте fгр; тангенсу угла магнитных потерь tgδм; коэрцитивной силе Hс; удельному электрическому сопротивлению ρ; температурному коэффициенту магнитной проницаемости αμ; температуре Кюри ΘК; удельным потерям на вихревые токи рвт; удельным потерям на гистерезис рг.

 

Рис. 69 Рис. 70

 

5.3.17. Кольцевой ферритовый сердечник массой m=0,1 кг перемагничивается переменным магнитным полем напряженностью Нт=1 кА/м частотой f=104 Гц. Определить мощность, выделяемую в сердечнике, если магнитная проницаемость материала μ=1000; tgδM=2·10-2; плотность феррита d=4,5 Мг/м3.

5.3.18. Кольцевой ферритовый сердечник размерами 16×8×8 мм и магнитной проницаемостью μ=1000 имеет обмотку, содержащую 100 витков. Измерениями установлено, что на частоте 0,1 МГц при токе 100 мА в катушке выделяется активная мощность 0,313 Вт, а в отсутствие магнитного сердечника при том же токе в обмотке выделяется лишь 0,1 Вт. Определить добротность сердечника.

5.3.19. Почему температура Кюри большинства ферритов с высокой магнитной проницаемостью меньше температуры Кюри ферромагнитных металлов переходной группы (Со, Ni, Fe)?

5.3.20. Чем и почему отличаются предельные петли гистерезиса металлических ферромагнетиков и ферритов? Изложите методику экспериментального определения петли гистерезиса и основной кривой намагничивания.

5.3.21. На рис. 70 изображены частотные зависимости действительной части комплексной магнитной проницаемости металлического ферромагнетика 1 и ферритов 2 и 3. Изобразите на этом же графике (качественно) частотные зависимости мнимой части комплексной магнитной проницаемости μ" этих материалов.

5.3.22*. Пористость ферритовых стержней круглого сечения диаметром Dф=10 мм составляет 3%. Стержни изготовлены по керамической технологии путем обжига предварительно спрессованных заготовок. Каким должен быть диаметр заготовок Dз, если их пористость составляет 27%?. Определить относительное уменьшение длины стержня при обжиге.

 

Решение

Полагая, что общее количество материала в заготовке и в готовом феррите остается неизменным, можем записать Vз(l—0,27) = Vф(1—0,03), где V3 и Vф — объем заготовки и готового стержня после обжига. Считая, что Vз=KDз3 и Vф=KDф3, где К — коэффициент пропорциональности, получаем

 

мм.

 

Относительное уменьшение длины стержня при обжиге

 

≈9,1 %

 

5.3.23. Какое влияние оказывает диэлектрическая проницаемость на магнитные характеристики кольцевых ферритовых сердечников?

 

 

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.