Ферромагнетики

5 ЭТАПОВ · 3 БАЛЛА

9. Включение подъёмного электромагнита

Расположите этапы работы подъёмного электромагнита в правильной последовательности.

1. Магнитное поле исчезает или значительно ослабевает после размыкания цепи
2. Стальной груз притягивается к сердечнику
3. Груз освобождается и падает под действием силы тяжести
4. Источник подключают к обмотке электромагнита
5. Вокруг обмотки возникает магнитное поле

1 ОБОСНОВАНИЕ · 3 БАЛЛА

10. Причина потерь энергии

Почему при циклическом перемагничивании ферромагнетика происходят энергетические потери? Назовите явление, связанное с запаздыванием намагниченности.

3 ШАГА · 3 БАЛЛА

11. Сравнение энергии катушек

В двух одинаковых катушках сила тока равна $I=3\text{А}$. Индуктивность катушки с сердечником из материала A равна $L_A=0,72\text{Гн}$, а с сердечником из материала B — $L_B=0,24\text{Гн}$. Во сколько раз энергия магнитного поля катушки A больше энергии катушки B? Используйте формулу $W=\frac{L{I}^2}{2}$.

1 ЗАДАНИЕ · 3 БАЛЛА

12. Материал для быстродействующего реле

Для электромагнитного реле нужен сердечник, который быстро намагничивается при включении тока и быстро теряет намагниченность после отключения. Какой вариант лучше обосновывает выбор материала?

• Выбрать мягкий ферромагнетик с малой коэрцитивной силой и узкой петлёй гистерезиса.
• Выбрать твёрдый ферромагнетик с большой коэрцитивной силой, чтобы сердечник дольше сохранял намагниченность.
• Выбрать диамагнетик с отрицательной магнитной восприимчивостью, поскольку он усиливает поле катушки.
• Выбрать материал с большой остаточной намагниченностью, чтобы после отключения токов поле исчезало быстрее.

4 ЭТАПА · 5 БАЛЛОВ

13. Переход к магнитному насыщению

Расположите этапы намагничивания ферромагнетика внешним полем от исходного состояния до насыщения.

1. Сначала увеличиваются размеры доменов, ориентация которых наиболее выгодна относительно внешнего поля.
2. При дальнейшем усилении поля большинство доменов ориентируется по его направлению, и намагниченность приближается к насыщению.
3. В размагниченном образце домены ориентированы в различных направлениях.
4. Затем происходит преимущественная переориентация магнитных моментов доменов вдоль внешнего поля.

5 ЭТАПОВ · 5 БАЛЛОВ

14. Сердечник трансформатора

Расположите рассуждения в порядке выбора материала и конструкции сердечника трансформатора, работающего при частоте 60 Гц.

1. Выбирают материал с узкой петлёй гистерезиса для снижения потерь энергии.
2. Сердечник выполняют из тонких изолированных пластин, чтобы уменьшить вихревые токи.
3. Устанавливают, что сердечник будет многократно перемагничиваться переменным магнитным полем.
4. Проверяют сохранение магнитных характеристик при рабочей частоте 60 Гц и заданной индукции.
5. Не используют материал с широкой петлёй, так как его перемагничивание приводит к большим потерям.

5 ЭТАПОВ · 5 БАЛЛОВ

15. Принцип действия постоянного магнита

Расположите этапы объяснения, почему ферромагнетик с большой коэрцитивной силой подходит для постоянного магнита.

1. Для изготовления магнита выбирают твёрдый ферромагнетик с большой коэрцитивной силой.
2. После удаления внешнего поля значительная часть доменов сохраняет преимущественную ориентацию.
3. До намагничивания направления магнитных моментов доменов различаются, поэтому суммарное поле невелико.
4. Материал подвергают воздействию сильного магнитного поля.
5. Большая коэрцитивная сила препятствует размагничиванию при воздействии слабых внешних полей.

3 ЭТАПА · 1 БАЛЛ

1. Ферромагнитный сердечник в электромагните

Расположите этапы работы электромагнита с ферромагнитным сердечником в правильном порядке.

1. Через катушку пропускают электрический ток
2. Ток выключают, и действие электромагнита ослабевает
3. Ферромагнитный сердечник усиливает магнитное действие катушки

1 ТЕРМИН · 1 БАЛЛ

2. Области намагничивания

Как называется небольшая область ферромагнетика, внутри которой магнитные моменты атомов ориентированы преимущественно одинаково?

3 ВЫРАЖЕНИЯ · 1 БАЛЛ

3. Температура Кюри

Вычислите температуру Кюри для железа, если она равна $T_{\text{К}}=1043\text{К}$. Выразите результат в градусах Цельсия, используя $t=T-273$.

4 УТВЕРЖДЕНИЯ · 2 БАЛЛА

4. Основные свойства

Определите истинность утверждений, опираясь только на физические свойства ферромагнетиков.

1. Ферромагнетики способны сильно намагничиваться во внешнем магнитном поле.ИстинаЛожь
2. Ферромагнетик после удаления поля всегда мгновенно полностью теряет намагниченность.ИстинаЛожь
3. Ферромагнитные свойства зависят от температуры.ИстинаЛожь
4. Все вещества являются ферромагнетиками.ИстинаЛожь

4 ЭТАПА · 2 БАЛЛА

5. Петля гистерезиса

Расположите события при циклическом изменении внешнего магнитного поля в правильном порядке.

1. Для размагничивания требуется поле противоположного направления
2. Внешнее магнитное поле увеличивается
3. После уменьшения внешнего поля до нуля образец сохраняет остаточную намагниченность
4. Намагниченность образца приближается к насыщению

1 ВЕЛИЧИНА · 2 БАЛЛА

6. Остаточная намагниченность

Как называется намагниченность, сохраняющаяся в ферромагнетике после снятия внешнего магнитного поля?

3 ВЫРАЖЕНИЯ · 2 БАЛЛА

7. Энергия магнитного поля катушки

Катушка с ферромагнитным сердечником имеет индуктивность $L=0,20\text{Гн}$, а сила тока в ней равна $I=3\text{А}$. Найдите энергию магнитного поля катушки по формуле $W=\frac{L{I}^2}{2}$.

4 УТВЕРЖДЕНИЯ · 3 БАЛЛА

8. Гистерезис и применение

Определите истинность утверждений, используя связь между петлёй гистерезиса и применением ферромагнетика.

1. Широкая петля гистерезиса характерна для материалов, из которых изготавливают постоянные магниты.ИстинаЛожь
2. Узкая петля гистерезиса помогает уменьшить потери энергии в сердечниках переменного тока.ИстинаЛожь
3. Большая коэрцитивная сила означает, что материал легко размагнитить.ИстинаЛожь
4. Мягкие ферромагнетики подходят для деталей, которые должны долго сохранять намагниченность.ИстинаЛожь

5 ЭТАПОВ · 3 БАЛЛА

9. Работа электромагнита с ферромагнитным сердечником

Расположите этапы работы электромагнита в правильной последовательности.

1. Груз перестаёт удерживаться электромагнитом
2. Ферромагнитный сердечник усиливает магнитное поле катушки
3. Вокруг катушки возникает магнитное поле
4. После отключения тока магнитное поле катушки резко ослабевает
5. Через катушку начинает проходить электрический ток

1 ОБОСНОВАНИЕ · 3 БАЛЛА

10. Почему сердечник нагревается

Почему при периодическом перемагничивании ферромагнитного сердечника часть энергии превращается во внутреннюю энергию? Назовите физическое явление.

3 ШАГА · 3 БАЛЛА

11. Сравнение сердечников

В двух одинаковых катушках сила тока равна $I=2\text{А}$. Индуктивность катушки с сердечником из материала A равна $L_A=0,50\text{Гн}$, а с сердечником из материала B — $L_B=0,20\text{Гн}$. Во сколько раз энергия магнитного поля катушки с сердечником A больше энергии катушки с сердечником B? Используйте формулу $W=\frac{L{I}^2}{2}$.

1 ЗАДАНИЕ · 3 БАЛЛА

12. Выбор материала для электромагнита

Для электромагнита требуется сердечник, который после выключения тока должен почти полностью размагничиваться, чтобы устройство быстро отпускало якорь. Какой вариант наиболее обоснован с точки зрения свойств ферромагнетика?

• Выбрать материал с малой коэрцитивной силой и узкой петлёй гистерезиса: он легко намагничивается и размагничивается, а потери энергии малы.
• Выбрать материал с большой коэрцитивной силой и широкой петлёй гистерезиса: именно такой материал быстрее всего теряет намагниченность после выключения тока.
• Выбрать любой диамагнетик: его магнитная проницаемость больше, чем у ферромагнетика, поэтому электромагнит будет сильнее.
• Выбрать ферромагнетик с большой остаточной намагниченностью: это гарантирует отсутствие магнитного поля после выключения тока.

4 ЭТАПА · 5 БАЛЛОВ

13. Свяжите домены и намагничивание

Расположите этапы в порядке, который описывает намагничивание ферромагнетика внешним магнитным полем от размагниченного состояния до насыщения.

1. В слабом внешнем поле сначала увеличиваются размеры доменов, намагниченных благоприятно относительно направления поля.
2. Ферромагнетик находится в размагниченном состоянии: магнитные моменты доменов ориентированы в разных направлениях.
3. При усилении поля происходит преимущественная переориентация магнитных моментов доменов по направлению поля.
4. При дальнейшем увеличении поля достигается состояние, близкое к насыщению: домены преимущественно ориентированы по полю.

5 ЭТАПОВ · 5 БАЛЛОВ

14. Выберите материал для сердечника

Расположите рассуждения в порядке выбора ферромагнетика для сердечника трансформатора, работающего с переменным током. Учитывайте потери энергии и назначение сердечника.

1. Проверяют, что материал сохраняет требуемые магнитные свойства в рабочем диапазоне частот и магнитных индукций.
2. Сначала определяют режим работы устройства: сердечник периодически перемагничивается переменным магнитным полем.
3. Для уменьшения потерь на вихревые токи сердечник делают шихтованным — собирают из изолированных тонких пластин.
4. Выбирают ферромагнитный материал с узкой петлёй гистерезиса, чтобы уменьшить потери на перемагничивание.
5. Отбрасывают вариант с широким гистерезисом, поскольку при каждом цикле перемагничивания он рассеивает больше энергии.

5 ЭТАПОВ · 5 БАЛЛОВ

15. Объясните работу постоянного магнита

Расположите этапы объяснения, почему ферромагнитный материал с большой коэрцитивной силой подходит для изготовления постоянного магнита и сохраняет намагниченность после удаления внешнего поля.

1. Большая коэрцитивная сила затрудняет размагничивание материала под действием слабых внешних полей.
2. В исходном состоянии магнитные моменты отдельных доменов ориентированы хаотично, поэтому результирующая намагниченность мала.
3. После снятия внешнего поля часть доменов остаётся ориентированной преимущественно в одном направлении.
4. Материал намагничивают достаточно сильным внешним магнитным полем.
5. Для постоянного магнита выбирают твёрдый ферромагнетик с большой коэрцитивной силой.