منحنی B-H (منحنی شار مغناطیسی - میدان مغناطیسی) (B-H curve)

چگالی شار مغناطیسی متناسب با قدرت میدان افزایش می یابد تا جایی که به یک نقطه اشباع رسیده و حتی با افزایش قدرت میدان نیز ثابت می ماند.

چگالی شار مغناطیسی با واحد گوس Gauss (G) یا تسلا Tesla (T) اندازه گیری می شود، 10000 گوس برابر با 1 تسلا است. واحد اندازه‌گیری قدرت میدان مغناطیسی نیز اورستد Oersteds (Oe) است. هنگام تجزیه و تحلیل مواد ناهمسانگرد اگر میدان مغناطیسی به طور موازی یا عمود بر محور ناهمسانگردی اجسام اعمال نشود، منحنی B-H معتبر نیست.

منحنی BH یا منحنی مغناطیسی

منحنی BH یا منحنی مغناطیسی نموداری است که بین چگالی شار مغناطیسی (B) و نیروی مغناطیسی (H) رسم شده است. منحنی BH نحوه تغییر چگالی شار مغناطیسی با تغییر نیروی مغناطیسی را نشان می دهد.

شکل زیر شکل کلی منحنی BH یک ماده مغناطیسی را نشان می دهد. غیر خطی بودن منحنی نشان می دهد که نفوذپذیری نسبی μr یک ماده مغناطیسی ثابت نیست اما بسته به چگالی شار مغناطیسی متفاوت است.

هیسترزیس مغناطیسی

پدیده عقب ماندن چگالی شار مغناطیسی (B) از نیروی مغناطیسی (H) در یک ماده مغناطیسی تحت چرخه مغناطیسی (یعنی ابتدا در یک جهت و سپس در جهت دیگر مغناطیسی می شود) پسماند مغناطیسی نامیده می شود .

حلقه پسماند

یک سیم پیچ N دور بر روی یک میله آهنی غیر مغناطیسی AB پیچیده شده است (شکل را ببینید). نیروی مغناطیسی (H = NI/l) تولید شده توسط سیم پیچ را می توان با تغییر جریان از طریق سیم پیچ تغییر داد. مشاهده می شود که وقتی میله آهن تحت یک چرخه کامل مغناطیسی قرار می گیرد، منحنی BH حاصل یک حلقه abcdefa به نام حلقه هیسترزیس را ترسیم می کند .

هنگامی که جریان در سیم پیچ صفر است، H صفر است و بنابراین B در میله آهنی صفر است. هنگامی که H با افزایش جریان سیم پیچ افزایش می یابد، چگالی شار مغناطیسی نیز تا نقطه حداکثر چگالی شار مغناطیسی افزایش مییابد و به +Bmax می رسد. در این نقطه، ماده اشباع شده و فراتر از این نقطه، چگالی شار مغناطیسی حتی با افزایش نیروی مغناطیسی (H) افزایش نخواهد یافت. برای این کار، منحنی BH مسیر oa را دنبال می کند.

حال اگر H به تدریج با کاهش جریان سیم پیچ کاهش یابد، مشخص می شود که چگالی شار مغناطیسی در طول مسیر oa کاهش نمی یابد بلکه مسیر ab را دنبال می کند . در نقطه b نیروی مغناطیسی صفر است اما چگالی شار مغناطیسی در ماده دارای مقدار محدودی برابر ob است که چگالی شار باقیمانده (+Br) نامیده می شود. توانایی حفظ مغناطیس باقیمانده توسط یک ماده مغناطیسی به عنوان قابلیت نگهداری ماده نامیده می شود.

به منظور مغناطیس زدایی میله آهنی یعنی حذف مغناطیس باقیمانده (ob) ، نیروی مغناطیسی با معکوس کردن جریان سیم پیچ معکوس می شود. هنگامی که H به تدریج در جهت معکوس افزایش می یابد، منحنی BH مسیر bc را دنبال می کند به طوری که وقتی H = oc، مغناطیس باقیمانده صفر شود. مقادیر H = oc مورد نیاز برای حذف کامل مغناطیس باقیمانده به عنوان نیروی اجباری Hc شناخته می شود .

حال اگر H در جهت معکوس بیشتر شود، ماده دوباره در جهت معکوس اشباع می شود ( نقطه d ). کاهش H به صفر و سپس افزایش آن در جهت مثبت، منحنی defa را تشکیل می دهد. بنابراین هنگامی که یک میله آهنی تحت یک چرخه کامل مغناطیسی قرار می گیرد، منحنی BH یک حلقه بسته abcdefa به نام حلقه هیسترزیس را تشکیل می دهد .

اهمیت حلقه هیسترزیس

شکل و اندازه حلقه هیسترزیس به ماهیت ماده بستگی دارد. انتخاب یک ماده مغناطیسی برای یک کاربرد خاص به شکل و اندازه حلقه هیسترزیس بستگی دارد.

برای درک اهمیت حلقه پسماند، موارد زیر را در نظر بگیرید:

• هر چه مساحت حلقه هیسترزیس یک ماده مغناطیسی کوچکتر باشد، از دست دادن پسماند کمتر است. به عنوان مثال فولاد سیلیکونی. بنابراین، فولاد سیلیکونی به طور گسترده ای برای ساخت هسته های ترانسفورماتور و ماشین های الکتریکی دوار که در معرض برگشت سریع مغناطیسی قرار می گیرند، استفاده می شود.

• هر چه مساحت حلقه هیسترزیس یک ماده مغناطیسی بزرگتر باشد، تلفات پسماند بیشتر است مثلاً فولاد سخت. بنابراین، فولاد سخت برای ساخت آهنرباهای دائمی استفاده می شود، زیرا این ماده قابلیت نگهداری و مغناطیس زدایی بالایی دارد.

• حلقه هیسترزیس برای آهن فرفورژه دارای خاصیت مغناطیسی و اجباری باقیمانده نسبتاً خوبی است. از این رو برای ساخت هسته های الکترومغناطیس استفاده می شود.