第II章：材料の電気的および磁気的性質

II.1.素材 物質の基本構造: 原子 軌道上を移動する電荷は磁場を作り出します。 そして、これらの電子は原子核の周りの軌道を移動し、磁場を作り出します。この電子の回転は、電子が自身の周りを回転することによって生成される磁気モーメントです。核は格子構造に配置されています。格子の形状は、電気 - 磁気 - 運動エネルギー (振動-回転) - 物質の引力など、さまざまな力のバランスに依存します。これは、さまざまな格子について説明し、合金を作るときにさまざまな原子の結晶構造に影響を与えます.物質の電気的および磁気的性質に関しては、物質と外部磁場との間の相互作用が結晶構造の電磁バランスに依存することは明らかです。下の表は、いくつかの金属の結晶構造です。 物質の合金が作られると、異なる格子構造、新しい電磁平衡が得られます。さらに、物質の合金が作られる場合、電場または磁場との相互作用を確認することはできません。 Ⅱ.2.電気学の二重性 生成された電場が磁場に影響を与え、逆もまた同様であるため、電磁気学について話します。例: 移動時の電荷は、軌道に垂直な磁場を作成します。変化する磁場が導体に近づくと、誘導電流は磁場の力線に対して垂直に現れます。電気と磁場は常に互いに垂直です。 II.3.材料の電気特性 金属材料は、正または負に帯電した粒子の移動を可能にする能力によって定義されます。 材料の電気特性は、伝導率と呼ばれる 2 つの量  から定義され、シーメンス/メートル (S/m) で表されます。伝導率は、導体内の自由電子の移動によって達成されます。実際には、メガシーメンス/メートル (MS/m) で表される導電率 1 MS/m = 1,000,000 S/m •  は抵抗率と呼ばれ、オームメートル (. m) で表されます。関係があります:  = 1/ 物質の電気伝導率は、その性質と温度に依存します。また、材料の熱処理または機械的処理にも依存します. 例: • 純銅の導電率:  = 58 MS/m • アルミニウム合金の導電率 15 MS/m    35 MS/m • チタン合金の導電率:   2 MS/m • 鉄の導電率: 1 MS/m    9 MS/m 温度による導電率の変化は次の式で表されます:  = o / (1 +  (T – To))  温度での導電率 To  温度での導電率 T  材料の性質に依存する係数 例 アルミニウム合金の係数  温度が 0 C ～ 100 C の範囲にある場合、約 0.003 ～ 0.004 注:材料は、純銅を証人とする % IACS (International Annealed Copper Standard) として表すことができます。材料の導電率は、純銅の導電率 % として表されます。その単位では、純銅の導電率:  = 58 MS/m = 100 % IACS. 1 % IACS = 0.58 MS/m 1 MS/m = 1.7241 % IACS 次の表は、国際システム単位で表される導電率と % IACS 単位との間の対応する値を示しています。 II.4.材料の磁気特性 材料の磁気特性は、材料に存在する H 磁場の影響によって決まります。この効果を定量化するために、次の 2 つの基本概念に依存しています。 • 透磁率 • 磁性 4.1.透磁率の大きさ 透磁率は、材料が磁場の力線を「運び、伝導する」能力を特徴付ける量として理解されています。これは、磁性材料の成長能力に関連しています。透磁率の測定単位はヘンリー/メートル (H/m) です。 4.2.磁気インダクタンス 材料が H 磁場にさらされると、材料が J 磁化を生成できることがわかります. J 磁化と H 磁場の関係は、次の式で表すことができます: J =  . H はインダクタンスと呼ばれ、無次元 (単位のない) 量 H と J はアンペア/メートル (A/m) で測定されます。この関係は、材料が磁場の影響を受けやすく、磁場の影響に反応する能力があることを示しています。 . 4.3.誘導性 材料を通る磁束 (磁束) を表す量を磁気誘導 B と呼びます。磁気誘導 B の単位はテスラ (T) です。真空では、磁気誘導 B と磁場 H は、B = 0 の関係にあります。 H ここで、0 は真空透磁率、0 = 4..10-7 H/m H 磁場が材料を通過するとき、磁気誘導 B は次のように計算されます: B = 0. (H+J) B = 0. (H+  .H) B = 0. (1+)。 H r = (1+) を設定します: B = 0. r. H = . Hで。 r は材料の透磁率 r は比透磁率 (無次元) r =  /0 一般に、材料は磁場に対する反応の仕方によって 3 つのカテゴリに分類されます。 • 材料 常磁性体 • 常磁性体 • 強磁性体 注: 常磁性および常磁性材料は、強磁性材料に比べて磁化率が非常に弱いため、非磁性材料とも呼ばれます o 常磁性材料および常磁性材料は保磁力が非常に弱い (  1) r = 1 o 強磁性材料は高い保磁力を持っています:  r1 4.4.耐磁性材料 反磁性体の場合、磁場が存在しない場合、原子核の周りの電子の軌道は任意であり、電子の運動によって生成される磁場軌道の合計はゼロ (キャンセル) です。物質には 2 つのキャンセル (ゼロ) 原子磁気モーメントがあると言います。これらの材料が H 磁場にさらされると、電子軌道は H 磁場の方向に垂直な方向になる傾向があります. この場合、電子の移動によって作成される軌道磁気モーメントの合計は非ゼロ (非ゼロ) -破壊的な）。各原子について、磁気モーメントがあると言います。材料に磁化 J を与える原子の磁気モーメントの合計。 原子の磁気モーメントの合計の方向は、磁場 H の方向と常に反対です。反磁性材料は、その弱いインダクタンスによって特徴付けられ、負の符号 ( 0) を持ちます。 反磁性材料の例:  鉛  銀  水銀  銅 4.5.常磁性体 常磁性体の場合、原子磁気モーメントはゼロではありませんが、H 磁場が存在しない場合、それらは異なる方向を持ち、総モーメントはゼロになります。 磁場 H の影響下で、モーメントは磁場 H に追従する傾向があり、その結果、磁化 J が生じます。常磁性体は弱い保磁力を特徴とし、正の符号 ( 0) を持ちます。 いくつかの常磁性材料の例  プラチナ  アルミニウム  クロム  マンガン 4.6.強磁性体 強磁性材料は、磁区 (ドメイン) の出現によって特徴付けられます. これらの磁区は材料内に非常に小さな領域 (一辺のサイズは約 10 μm) を持ち、それらの磁気モーメントは同じ磁化方向を自己生成します. 材料が置かれたときの方向磁場 H 磁化されていない (磁性) 強磁性材料の場合、異なる磁性領域の磁化の結果はゼロです。 これらの材料が磁場にさらされると、強い磁化を発生させることができます。このような磁化の発生は、磁場 H による磁気モーメントの方向だけでなく、磁気領域のサイズの変化にも関連しています。これらの材料では、磁化 J の値は磁場 H に対して直線的に変化しません。得られた曲線を第一磁化曲線と呼ぶ。 すべての磁気モーメントが磁場 H の方向にあるとき、それらは飽和磁化を持つと言います。いくつかの強磁性材料の例 • ニッケル • コバルト • 鉄 • スチール II.5.レムナントとヒステリシス ループ 磁場Hに置かれた後に材料に残る磁気残留物の量を残留磁気と呼びます。常磁性および常磁性材料は、残留磁気を持たないという事実によって特徴付けられます。 H磁場を取り除くと、材料の誘導磁化はすぐに消えます.この現象は、強磁性材料の場合には発生しません.磁場が +Hm 値から減少すると、Js は値 0 に飽和します。残留 Jr (セグメント AJr) から飽和値から値までの曲線を描きます。 Jr+は残留磁気と呼ばれます。そのJrの残留量を制限したい場合は、最初の磁化で印加された磁場とは逆方向(H 0)に磁場を印加することができます。次に、線分 AB を描きます。磁界Ｈが値Ｈｃに達すると残留量が除去される（Ｊ＝０）。 その値は強制磁場と呼ばれます。 -Hc 値から -Hm 値に変化し続けると、再び新しい飽和値 –Js (BC セグメント) に到達します。 ここで磁場を -Hm から値 Hm まで増加させると、CDA 曲線がプロットされます。 Hm と -Hm の値の間の磁場 H の変化によって得られる閉曲線 ABCD は、ヒステリシス ループと呼ばれます。ヒステリシス リングの形状は、強磁性材料の性質と組成、および機械的処理を含む多くの要因に依存します。そのため、残留磁化の大きい強磁性体と残留磁化の小さい強磁性体があります。

重要な注意: 強磁性体は、反磁性体や常磁性体とは異なり、透磁率  が磁場 H によって変化するという特徴もあります。初磁化の場合、比透磁率rは最大値まで増加し、Hが最大になると1近くまで減少し、飽和に達します。 II.6.キュリー温度 残留磁気を含む強磁性材料は、適切な温度に加熱し、磁場のない状態で冷却することによって消磁できます。材料がその特性を磁性状態から非磁性 (常磁性) 状態に変化させる温度は、温度またはキュリー点と呼ばれます。その温度は、材料の特性と組成によって異なります。たとえば、1 % シリコンを含むニッケル合金のキュリー温度は 320℃ です。 5% シリコンを含むニッケル合金のキュリー温度は 450℃です。鋼のキュリー温度は 6500C から 8700C まで変化します。この現象は可逆的です。材料の温度がキュリー温度よりも高い場合、材料は常磁性になります。温度がキュリー温度よりも低くなると、材料は再び強磁性になりますが、残留磁性はすべて失われます。