Elektryczność i Magnetyzm Wykład: Jan Gaj Pokazy: Tomasz Kazimierczuk/Karol Nogajewski, Tomasz Jakubczyk Wykład dwudziesty trzeci 6 maja 2010

Z poprzedniego wykładu Indukcyjność zwojnicy na rdzeniu zamkniętym zależy tylko od liczby zwojów Funkcja Langevina Przybliżenie pola średniego – opis ferromagnetyzmu Paramagnetyzm Curie, Curie-Weissa, Van Vlecka, Pauliego Fazy uporządkowane magnetycznie: Ferromagnetyk, antyferromagnetyk, ferrimagnetyk Magnetostrykcja

Twardy dysk

Twardy dysk głowica

Informacja na twardym dysku Nanometrowa skala odległości

Zapis i odczyt informacji GMR: gigantyczny magnetoopór w strukturach warstwowych

Gigantyczny magnetoopór w strukturze warstwowej FM NM Albert Fert, Peter Gruenberg Nobel 2007 za GMR A. Fert et al.

GMR i zawór spinowy rozpraszanie elektronu z odwróceniem spinu http://www.research.ibm.com/research/demos/gmr/cyberdemo1.htm http://www.research.ibm.com/research/demos/gmr/cyberdemo3.htm Zawór spinowy: warstwa „miękka” i warstwa trwale namagnesowana

Exchange bias Zawór spinowy: warstwa „miękka” i warstwa trwale namagnesowana Sposób na trwałość namagnesowania: sprzężenie ferromagnetyk – antyferromagnetyk (exchange bias) Ferromagnetyk Antyferromagnetyk Idealizacja Bliżej rzeczywistości

Exchange bias Antyferromagnetyk Para sprzężonych warstw Ferromagnetyk Jak zorientować antyferromagnetyk? Ferromagnetykiem

Gęstość zapisu informacji

Pojemność twardego dysku

Transformator Oscylo- U ~ skop Przybliżenie wspólnego strumienia magnetycznego (w rdzeniu) Uwaga: teraz I jest natężeniem prądu doprowadzonego do zwojnicy!

Mechanizmy strat w transformatorze Jak sprawdzić wkłady do strat pochodzące od oporu uzwojenia i histerezy? Oscylo- skop U ~ U1 – R1I1 -RI1 U1 + RI1 R

Transformator nieobciążony Odbiornik U ~ M L1, R1 L2, R2 Prawa Kirchhoffa w obwodzie pierwotnym i wtórnym czyli Przekładnia napięciowa

Mechanizmy strat w transformatorze Opór uzwojeń (straty silnie zależne od obciążenia) – zaniedbywalny Magnetostrykcja Promieniowanie fali elektromagnetycznej Prądy wirowe w rdzeniu Praca przemagnesowania (histereza, straty niezależne od obciążenia) – mechanizm dominujący

Transformator - pomiary miernik mocy A U ~ V Prąd jałowy głównie indukcyjny (cos   0.3) Straty w oporze uzwojenia małe, przy obciążeniu umiarkowanym prądem mała zmiana mocy strat Przekładnia napięciowa (240/68) nieznacznie zmienia się przy obciążeniu Sprawność około 96%

Transformator obciążony Odbiornik U ~ M L1, R1 L2, R2 Prawa Kirchhoffa w obwodzie pierwotnym i wtórnym

Transformator obciążony

Transformator - dyskusja Transformator idealny: L1 L2 = M 2, L1/L2 = n12/n22 , R1 = R2 = 0 Prąd jałowy I10 Schemat zastępczy transformatora idealnego U1 Zn12/n22 L1 -U1 n2/n1 Z Od strony uzwojenia pierwotnego Od strony uzwojenia wtórnego

Transformator idealny - podsumowanie Prąd jałowy (uzwojenie wtórne rozwarte) nie pobiera mocy Przekładnie Napięciowa: jak liczby zwojów Prądowa: liczona po odjęciu prądu jałowego, odwrotnie do liczb zwojów Znak minus: kompensacja zmiany strumienia Sprawność 100% Pominięte mechanizmy strat: histereza, prądy wirowe w rdzeniu, opór uzwojeń

Transformator magnetycznie idealny obciążony opornikiem Z oporem uzwojeń: L1 L2 = M 2, L1/L2 = n12/n22 , R1, R2  0, Z = R Sprawność transformatora maleje zarówno dla małych jak i dla dużych wartości R W rzeczywistości dochodzą jeszcze straty na histerezę i prądy wirowe w rdzeniu. W dobrych transformatorach (o dużej mocy) są one dominujące, a sprawność przekracza 95%.