Математика. I. Определение предмета математики, связь с другими науками и техникой 12 страница

МАГНИТНОЕ СТАРЕНИЕ, см. Старение магнитное.

МАГНИТНО-ЖЁСТКИЕ МАТЕРИАЛЫ, то же, что магнитно-твёрдые материалы.



МАГНИТНО-МЯГКИЕ МАТЕРИАЛЫ, магнитные материалы, к-рые намагничиваются до насыщения и перемагничивают-ся в относительно слабых магнитных полях напряжённостью Н ~ 8- 800 а/м (0, 1 - 10 э). При темп-pax ниже Кюри точки (у армко-железа, напр., до 768 °С) М.-м. м. спонтанно намагничены, но внешне не проявляют магнитных свойств, так как состоят из хаотически ориентированных намагниченных до насыщения областей (доменов). М.-м. м. характеризуются высокими значениями магнитной проницаемости - начальной n_a~10²-10⁵ и максимальной n _max ~ 10³ - 10⁶. Коэрцитивная сила Н_c М.-м. м. колеблется от 0, 8 до 8 а/м (от 0, 01 до 0, 1 э), а потери на магнитный гистерезис очень малы ~ 1-10³ дж/м³ (10-10⁴ эрг/см³) на один цикл перемагничивания. Способность М.-м. м. намагничиваться в слабых магнитных полях обусловлена низкими значениями энергии магнитной кристаллич. анизотропии, а у нек-рых из них (напр., у М.-м. м. на основе Fe - Ni, у нек-рых ферритов) также низкими значениями магнитострикции. Это связано с тем, что намагничивание происходит в результате смещения границ между доменами, а также вращения вектора намагниченности доменов. Подвижность границ, способствующая намагничиванию, снижается в случае присутствия в материале различных неоднородностей и напряжений, изменяющих энергию границ при их смещении. Поэтому свойствами М.-м. м. обладают также магнитные материалы, имеющие значит, энергию магнитной кристаллич. анизотропии, но в к-рых отсутствуют (вернее, присутствуют в малых количествах) вредные примеси внедрения (углерод, азот, кислород и др.), дислокации и др. дефекты, искажающие кристаллич. решётку, а также включения в виде др. фаз или пустот размером существенно больше параметров решётки. Однако процесс вращения вектора намагниченности в таких материалах требует приложения более сильных полей. Получение таких малодефектных материалов связано с большими технологическими трудностями. К М.-м. м. принадлежат ряд сплавов (напр., перминвары) и нек-рые ферриты с малой энергией магнитной кристаллич. анизотропии, но с хорошо выраженной одноосной анизотропией, к-рая формируется при отжиге материала в магнитном поле. Некоторые М.-м. м. (например, пермендюр) имеют слабую анизотропию, но большие значения магнитострикции.

По назначению М.-м. м. подразделяют на 2 группы: материалы для техники слабых токов и электротехнич. стали. Важнейшими представителями М.-м. м., применяемых в технике слабых токов, являются бинарные и легированные сплавы на основе Fe - Ni (пермаллои), имеющие низкую Н_с ~ 0, 01 э и очень высокие n_a (до 10⁵) и n_max (до 10⁶). К этой же группе относятся сплавы на основе Fe - Со (напр., пермендюр), к-рые среди М.-м. м. обладают наивысшими точкой Кюри (950-980 °С) и значением магнитной индукции насыщения B_s, достигающей 2, 4*10⁴ гс (2, 4 тл), а также сплавы Fe - А1 и Fe - Si - Al. Для работы при частотах до 10^s гц используются сплавы на Fe - Со - Ni основе с постоянной магнитной проницаемостью, достигаемой термич. обработкой образцов в поперечном магнитном поле, к-рое формирует индуцированную одноосевую анизотропию (кристаллич. магнитная анизотропия при этом должна быть как можно меньше). Постоянство магнитной проницаемости (в пределах 15%) сохраняется при индукциях до 8000 гс и обеспечивается тем, что при намагничивании таких М.-м. м. процесс вращения является доминирующим. В области частот 10⁴-10⁸ гц нашли применение магнитодиэлектрики, представляющие собой тонкие порошки карбонильного железа, пермаллоя или альсифера, смешанные с к.-л. диэлектрической связкой.

Широко применяются в технике слабых токов смешанные ферриты (напр., соединение из цинкового и никелевого ферритов), а также ферриты-гранаты, кристаллич. структура к-рых одинакова с природными гранатами. Для них характерно исключительно высокое электрическое сопротивление и практическое отсутствие скин-эффекта. Ферриты-гранаты применяются при очень высоких частотах (если невелики диэлектрические потери).

Магнитно-мягкие сплавы выплавляют в металлургич. печах, для придания необходимой формы слитки подвергают ковке или прокатке. Ферриты получают спеканием окислов металлов при высоких темп-pax, изделия прессуют из порошка (для чего феррит размалывают) и обжигают. Из магнитно-мягких сплавов изготавливают сердечники трансформаторов (микрофонных, выходных, переходных, импульсных и др.), магнитные экраны, элементы памяти ЭВМ, сердечники головок магнитной записи; из ферритов, кроме того, - магнитные антенны, волноводы и др.

К электротехническим сталям относятся сплавы на основе железа, легированные Si (0, 3-6% по массе); сплавы содержат также 0, 1- 0, 3% Мп. Стали вырабатываются горячекатаные - изотропные, и холоднокатаные - текстурованные. Потери энергии при перемагничивании текстурованной стали ниже, а магнитная индукция выше, чем горячекатаной. Электротехнические стали применяют в производстве генераторов электрического тока, трансформаторов, электрических двигателей и др.

Для улучшения магнитных свойств все холоднокатаные магнитно-мягкие сплавы и стали подвергают термич. обработке (при 1100-1200 °С) в вакууме или в среде водорода. Сплавы Fe-Со, Fe-Ni и Fe-Al склонны упорядочивать структуру при темп-рах 400-700 °С, поэтому в этой области темп-р для каждого сплава должна быть своя скорость охлаждения, при к-рой создаётся нужная структура твёрдого раствора.

К М.-м. м. спец. назначения относятся термомагнитные сплавы, служащие для компенсации температурных изменений магнитных потоков в магнитных системах приборов, а также магнитострикционные материалы, с помощью к-рых электромагнитная энергия преобразуется в механич. энергию.

Основные характеристики важнейших магнитно-мягких материалов

Примечание: n_a и n _тах - начальная и максимальная магнитные проницаемости магнитно-мягких материалов; T_k - темп-pa Кюри; р- электрическое сопротивление; Н_с - коэрцитивная сила; B_s, В_r и В_т - индукция насыщения, остаточная и максимальная в поле 8-10 э.

¹ Кристаллически текстурован. ² После обработки в продольном магнитном поле. ³ После обработки в поперечном магнитном поле. 1 гс = 10^-4 тл; 1 э = 79, 6 а/л.

В табл. приведены характеристики наиболее распространённых М.-м. м. Лит, см. при ст. Магнитные материалы. И. М. Пузей.

МАГНИТНО-ТВЁРДЫЕ МАТЕРИАЛЫ, магнитно-жёсткие (высококоэрцитивные) материалы, магнитные материалы, к-рые намагничиваются до насыщения и пере-магничиваются в сравнительно сильных магнитных полях напряжённостью в тысячи и десятки тыс. а/м (10²-10³э). М.-т. м. характеризуются высокими значениями коэрцитивной силы Н_с, остаточной индукции Вг, Магнитной энергии (ВН)тах на участке размагничивания - спинке петли гистерезиса (см. табл.). После намагничивания М.-т. м. остаются магнитами постоянными из-за высоких значений В, и Не- Большая коэрцитивная сила М.-т. м. может быть обусловлена след. причинами: 1) задержкой смещения границ доменов благодаря наличию посторонних включений или сильной деформации кристаллич. решётки; 2) выпадением в слабомагнитной матрице мелких однодоменных ферромагнитных частиц, имеющих или сильную кристаллич. анизотропию, или анизотропию формы.

М.-т. м классифицируют по разным признакам, напр, по физ. природе коэрцитивной силы, по технологич. признакам и др. Из М.-т. м. наибольшее значение в технике приобрели: литые и порошковые (недеформируемые) магнитные материалы типа Fe - А1 - Ni-Со; деформируемые сплавы типа Fe-Со-Мо, Fe - Со - V, Pt - Со; ферриты (гексаферриты и кобальтовый феррит). В качестве М.-т. м. используются также соединения редкоземельных элементов (особенно лёгких) с кобальтом; магнитопласты и магнитоэласты из порошков ални, альнико, ферритов со связкой из пластмасс и резины (см. Магнитодиэлектрики); материалы из порошков Fe, Fe - Co, Mn - Bi, SmCО₅.

Высокая коэрцитивная сила литых и порошковых М.-т. м (к ним относятся материалы типа альнико, магнико и др.) объясняется наличием мелкодисперсных сильномагнитных частиц вытянутой формы в слабомагнитной матрице. Охлаждение в магнитном поле приводит к предпочтительной ориентации у этих частиц их продольных осей. Повышенными магнитными свойствами обладают подобные М.-т. м., представляющие собой монокристаллы или сплавы, созданные путём направленной кристаллизации [их макс, магнитная энергия (ВН) max достигает 10⁷ гс*э]. М.-т. м, типа Fe - А1 - Ni - Со очень тверды, обрабатываются только абразивным инструментом или электроискровым методом, при высоких темп-pax их можно изгибать. Изделия из таких М.-т. м. изготавливаются фасонным литьём или металлокерамическим способом.

Деформируемые сплавы (важнейшие из них - комолы и викаллои) более пластичны и значительно легче поддаются механич. обработке. Дисперсионно-твердеющие сплавы типа Fe - Со - Мо (комолы) приобретают высококоэрцитивное состояние (магнитную твёрдость) в результате отпуска после закалки, при к-ром происходит распад твёрдого раствора и выделяется фаза, богатая молибденом. Сплавы типа Fe - Со - V (викаллои) для придания им свойств М.-т, м, подвергают холодной пластич. деформации с большим обжатием и последующему отпуску. Высококоэрцитивное состояние сплавов типа Pt - Co возникает за счёт появления упорядоченной тетрагональной фазы с энергией анизотропии 5*10⁷ эрг/см³. Из литых, порошковых и деформируемых М.-т. м. изготавливают постоянные магниты, используемые в измерит, приборах (напр., амперметрах и вольтметрах постоянного тока), в микродвигателях и гистерезисных электрич. двигателях, в часовых механизмах и др. К М.-т. м. относятся гексаферриты, т. е. ф е р р и т ы с гексагональной кристаллич. решёткой (напр., BaO-6Fe₂O₃, SrO-6Fe₂O₃). Кроме гексаферритов, в качестве М.-т. м. применяется феррит кобальта CoO-Fe₂O₃ со структурой шпинели, в к-ром после термич. обработки в магнитном поле формируется одноосевая анизотропия, что и является причиной его высокой коэрцитивной силы. Магнитно-твёрдые ферриты применяются для работы в условиях рассеянных магнитных полей и в СВЧ-диапазоне. Изделия из ферритов изготовляют методами порошковой металлургии.

Основные характеристики важнейших магнитно-твёрдых материалов

ит. см. при ст, Магнитные материалы. И. М. Пузей.

МАГНИТНО-ТВЁРДЫЕ СПЛАВЫ, основной вид магнитно-твёрдых материалов.

МАГНИТНЫЕ АНОМАЛИИ, отклонение значений магнитного поля на поверхности Земли от его нормальных значений, т. е. значений, к-рые характеризуют геомагнитное поле на территории, существенно превышающей территорию распространения М. а. На картах М а. изображаются с помощью линий, соединяющих точки с одинаковым значением какого-либо из элементов земного магнетизма (склонения - изогоны, наклонения - изоклины, напряжённости одной из составляющих или полного вектора - изодинамы).

По величине охватываемой территории М. а. делятся на континентальные, региональные и локальные. Континентальные М. а. распространяются на пл. 10-100 тыс. км². Для них нормальным полем является поле однородно намагниченного шара (поле диполя). По совр. представлениям, они связаны с особенностям л движения вещества в ядре Земли, т. е. входят в гл. геомагнитное поле. Наиболее крупные континентальные М. а. известны в Вост. Сибири и в районе Зондских о-вов. Региональные М. а., охватывающие пл. 1-10 тыс. км², вызываются особенностями строения земной коры (гл. обр. кристаллич. фундамента) и выделяются на фоне гл. геомагнитного поля (поле диполя + континента М. а.) (известны на Сибирской, Восточно-Европейской платформах и в др. районах), Л о-кальные М. а. охватывают территорию от неск. м² до сотен км², вызываются неоднородностью строения верхних частей земной коры или особенностями намагниченности горных пород (напр., вследствие удара молнии). Часто локальные М. а. связаны с залежами полезных ископаемых, поэтому их изучение с помощью магнитной разведки имеет большое практич. значение. Наиболее интенсивные М. а. наблюдаются в области залегания жел. руд и др. железосодержащих пород (напр., Криворожская и Курская М. а. определяются залежами железистых кварцитов, М. а. в районе г. Магнитной на Урале и г. Кирунавара в Швеции связаны с залежами магнетита). Я. Н„ Кропоткин, В. А, Магницкий.

МАГНИТНЫЕ БУРИ, сильные возмущения магнитного поля Земли, резко нарушающие плавный суточный ход элементов земного магнетизма. М. б. длятся от неск. часов до неск. суток и наблюдаются одновременно на всей Земле. С наибольшей интенсивностью (до ~5*10^-2 э) они проявляются в высоких широтах. В средних широтах изменения напряжённости геомагнитного поля во время М. б колеблются в пределах от ~0, 1 до ~1 а/м (~1*1О^-3-1*10^-2 э). Как правило, М. б. состоят из предварительной, начальной и главной фаз, а также фазы восстановления. В предварительной фазе наблюдаются незначит. изменения геомагнитного поля (в основном в высоких широтах), а также возбуждение характерных короткопериодич. колебаний поля. Начальная фаза характеризуется внезапным изменением отд. составляющих поля на всей Земле, а главная - большими колебаниями поля и сильным уменьшением горизонтальной составляющей, В фазе восстановления М. б. поле возвращается к своему нормальному значению. В возмущённом геомагнитном поле обычно выделяют апериодич. вариацию, полярные магнитные суббури, проявляющиеся в средних широтах в виде бухтообразных возмущений, специфические короткопериодич. колебания и др. виды вариаций (см. Вариации магнитные).

М. б. вызываются потоками солнечной плазмы из активных областей Солнца, накладывающимися на спокойный солнечный ветер. Поэтому М. б" чаще наблюдаются вблизи максимумов 11-летнего цикла солнечной активности. Достигая Земли, потоки солнечной плазмы увеличивают сжатие магнитосферы, вызывая начальную фазу М. б., и частично проникают внутрь магнитосферы Земли. Попадание частиц высоких энергий в верхнюю атмосферу Земли и их воздействие на магнитосферу приводят к генерации и усилению в ней электрич. токов, достигающих наибольшей интенсивности в полярных областях ионосферы, с чем связано наличие высокоширотной зоны магнитной активности. Изменения магнитосферно-ионосферных токовых систем проявляются на поверхности Земли в виде иррегулярных магнитных возмущений.

Попавшие во время М. б. в радиационный пояс Земли солнечные протоны с энергиями от 1, 6*10^-16 до 1, 6*10^-14 дж (от 1 до 100 кэв) создают на расстоянии 3-6 радиусов Земли от её центра экваториальное токовое кольцо, магнитное поле к-рого ослабляет геомагнитное поле в главной фазе М. б. Распад кольцевого тока в результате столкновений протонов с нейтральными атомами водорода атмосферы Земли и возникновения неустойчивостей в плазме приводят к экспоненциальному затуханию магнитного поля тока в фазе восстановления М. б.

М. б. - одно из осн. проявлений более общего геофизич. процесса - магнитосферной бури. Она сопровождается возникновением в верхней атмосфере Земли полярных сияний, ионосферных возмущений, рентгеновского и низкочастотного излучений. Во время М. б. существенно изменяются параметры слоев ионосферы, отражающих и поглощающих радиоволны (высота их расположения, концентрация электронов и др.). В результате возникают значительные помехи в коротковолновой радиосвязи. Во время магнитных возмущений происходит также разогрев верхней атмосферы и передача теплоты вниз, в тропосферу, что способствует развитию в ней циркуляц. движений и возникновению циклонов.

Лит.: Яновский Б. М., Земной магнетизм, [3 изд.], т. 1, Л., 1964; А к а с о ф у С.-И., Полярные и магнитосферные суобури, пер с англ., М., 1971. А. Д. Шевнин.

МАГНИТНЫЕ ВЕСЫ, приборы, действующие по принципу маятниковых, крутильных или рычажных весов и применяемые для измерения магнитной восприимчивости тел, анизотропии восприимчивости, реже вертикальной и горизонтальной составляющих напряжённости магнитного поля Земли. Восприимчивость магнитного материала определяется по силе, с к-рой исследуемый образец, имеющий форму длинного цилиндра, втягивается в поле электромагнита (метод Гун), или по силе, действующей на образец малого размера, помещённый в неоднородное магнитное поле (метод Фарадея). Обычно пользуются нулевым методом измерений; компенсация силы или момента сил в этом методе осуществляется силой взаимодействия спец. электромагнитов. Градуировку М. в. проводят с помощью стандартных веществ с известной магнитной восприимчивостью, определённой по их кривым намагничивания. На рис. изображена одна из конструкций рычажных М. в. для измерения магнитной восприимчивости в области низких темп-р.

Схема магнитных весов для измерения восприимчивости в области низких температур: 1 - полюсы электромагнита; 2 - исследуемый образец; 3 -кварцевая нить; 4 - растяжки; 5 -коромысло; 6 и 7 - гайки; 8 - демпфер; 9 и 10-стержень и катушка компенсационного устройства; 11 - колпак; 12 - сосуд Дьюара.

Чувствительность таких весов достигает 10^-8 н на деление шкалы, погрешность относительных измерений ~1%.

Лит.: Чечерников В. И., Магнитные измерения, 2 изд., М., 1969; Ч е ч у р и н а Е. Н., Приборы для измерения магнитных величин, М., 1969; С е л в у д П., Магнетохимия, пер. с англ., 2 изд., М., 1958; Боровик-Романов А С., К р е и н а с Н., Магнитные свойства трёхвалентных ионов европия и самария, " Журнал экспериментальной и теоретической физики", 1955, т. 29, в. 6/12, с. 790.

МАГНИТНЫЕ ЗВЁЗДЫ, звёзды, на поверхности к-рых имеются магнитные поля более нескольких сотен гаусс. Впервые магнитные поля звёзд измерены американским астрономом X. Бабкоком в 1948 по зеемановскому расщеплению линий в спектре звезды (см. Зеемана эффект). Самое сильное из измеренных магнитное поле обнаружено у звезды HD 215441 и равно 34 000 гс. Все известные М. з. имеют аномальный химич состав атмосфер - большой избыток редкоземельных элементов (Eu, La и др.), избыток элементов группы железа (Fe, Мп, Сг) и более лёгких элементов (Si, Cl, P и др.); по этому признаку они относятся к группе пекулярных А-звёзд. Напряжённость магнитного поля и определяемый по спектру химич. состав атмосфер М. з. периодически меняются, что объясняется вращением звёзд, для к-рых характерно неоднородное распределение по поверхности магнитного поля и химич. состава. На Герцгипрунга -Ресселла диаграмме М з. лежат в пределах гл. последовательности в области спектральных классов от FO до В5, составляя ок. 10% всех звёзд этих классов. Сильное магнитное поле таких звёзд могло возникнуть либо при их образовании (сжатие частично ионизованного газа, имевшего первоначально слабое магнитное поле, приводит к усилению поля), либо путём механизма генерации динамопроцессом во вращающейся звезде (о динамо-процессе см. в ст. Земной магнетизм). Происхождение аномалий химич. состава не выяснено.

Лит.: Эруптивные звёзды, М., 1970, гл. 7. В. Л. Хохлова.

МАГНИТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ, измерения характеристик магнитного поля или магнитных свойств веществ (материалов). К измеряемым характеристикам магнитного поля относятся: вектор магнитной индукции В, напряжённость поля Н, поток вектора индукции (магнитный поток), градиент магнитного поля и др. Магнитное состояние вещества определяется: намагниченностью J- величиной результирующего магнитного момента, отнесённого к единице объёма (или массы) вещества; магнитной восприимчивостью к, магнитной проницаемостью n, магнитной структурой. К важнейшим характеристикам наиболее распространённых магнитных материалов - ферромагнетиков - относятся: кривые индукции В(Н) и намагничивания J (Н), т. е. зависимости В и J от напряжённости поля Н, коэрцитивная сила, потери энергии на перемагничивание (см. Гистерезис), максимальная магнитная энергия единицы объёма (или массы), размагничивающий фактор (коэффициент размагничивания) ферромагнитного образца.

Для измерения магнитных характеристик применяют следующие методы: баллистический, магнитометрический, электродинамический, индукционный, пондеромоторный, мостовой, потенциометриче-ский, ваттметровый, калориметрический, нейтронографический и резонансный.

Баллистический метод основан на измерении баллистич. гальванометром количества электричества, индуктируемого в измерительной катушке при быстром изменении сцепленного с ней магнитного потока (см. Баллистический метод электроизмерений). Кроме баллистич. гальванометров, для измерения магнитного потока применяют вебер-метры (флюксметры) - магнитоэлектрические и фотоэлектрические. Веберметрами можно измерять медленно меняющиеся потоки. Баллистич. методом определяют основную кривую индукции В(Н), кривую намагничивания J(H), петлю гистерезиса, различные виды проницаемости и размагничивающий фактор ферромагнитных образцов.

Магнитометрический метод основан на воздействии исследуемого намагниченного образца на расположенную вблизи него магнитную стрелку. По углу отклонения магнитной стрелки от начального положения определяют магнитный момент образца. Далее можно вычислить J, В и Н. Т. о., метод даёт возможность найти зависимости В(Н) и J(H), петлю гистерезиса и магнитную восприимчивость. Благодаря высокой чувствительности магнитометрич. метода его широко применяют для измерений геомагнитного поля и для решения ряда метрологич. задач.

Иногда для определения характеристик магнитного поля, в частности в пром. условиях, применяют электродинамический метод, при к-ром измеряют угол поворота катушки с током под действием магнитного поля намагниченного образца. К преимуществам метода относится возможность градуирования шкалы прибора непосредственно в единицах измеряемой величины (В или Н).

Для исследования ферромагнитных веществ в широком интервале значений Н используются индукционный и пондеромоторный методы. Индукционный метод позволяет определять кривые В(Н), J(H), петлю гистерезиса и различные виды проницаемости. Он основан на измерении эдс индукции, к-рая возбуждается во вторичной обмотке при пропускании намагничивающего переменного тока через первичную обмотку образца. Метод может быть также использован для измерения намагниченности в сильных импульсных магнитных полях и магнитной восприимчивости диа- и парамагнитных веществ в радиочастотном диапазоне.

Пондеромоторный метод состоит в измерении механич. силы, действующей на исследуемый образец в неоднородном магнитном поле. Особенно широко метод применяется при исследовании магнитных свойств слабомагнитных веществ. На основе этого метода созданы разнообразные установки и приборы для М. и.: маятниковые, крутильные и рычажные магнитные весы, весы с использованием упругого кольца и др. Метод применяется также при измерении магнитной восприимчивости жидкостей и газов, намагниченности ферромагнетиков и магнитной анизотропии (см. Анизометр магнитный).

Мостовой и потенциометрический методы определения магнитных характеристик в большинстве случаев применяются для измерений в переменных магнитных полях в широком диапазоне частот. Они основаны на измерении параметров (индуктивности L и активного сопротивления r) электрич. цепи с испытуемыми ферромагнитными образцами. Эти методы позволяют определять зависимости В(Н), J(H), составляющие комплексной магнитной проницаемости и комплексного магнитного сопротивления в переменных полях, потери на перемагничивание.

Наиболее распространённым методом измерения потерь на перемагничивание является ваттметровый метод, им пользуются при синусоидальном характере изменения во времени магнитной индукции. При этом методе с помощью ваттметра определяется полная мощность в цепи катушки, используемой для перемагничивания образца. Ваттметровый метод стандартизован для испытания электротехнич. сталей.