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 Нс;
-остаточная индукция Вr;
- максимальная удельная энергия, отдаваемая магнитом во внешнее пространство Wa;
Магнитотвердые материалы перемагничиваются только в очень сильных магнитных полях и служат в основном для изготовления постоянных магнитов.
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.
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