Характеристика напряженности поля в однослойном и многослойном соленоидах: базовая и адаптационная. Зона однородности

Решается задача идентификации исполнительной зоны соленоида: той его срединной части протяженностью [L], где напряженность поля H практически постоянна — для проведения в ней исследований. По результатам диагностики используемых многослойных соленоидов (четырех, различающихся длиной L) показана приемлемость решения этой задачи адаптацией известного фундаментального выражения для H в однослойном соленоиде к многослойному: посредством коэффициента, немногим большего единицы. Установлено, что исходя из требования гарантированного достижения в центре соленоида значения H, весьма близкого (с занижением не более 1–2 %) к потенциальному (в бесконечно длинном соленоиде), отношение длины к диаметру должно быть L/D ≥ 5–7. Для определения [L] оценено то текущее значение H на его координатной характеристике, которое свидетельствует о заметном (в пределах допустимого, в частности, 3 %) снижении H, по сравнению с потенциальным. Определено расстояние x = [x] от торца соленоида, где по требованию соблюдения однородности поля такое снижение H, например, на величину более ε = 5 %, вряд ли допустимо. Показано, что вне зависимости от длины L соленоидов, значения протяженности [x] приторцевых их частей, где напряженность поля значительно занижена, близки, а относительные значения [x]/L подчиняются обратной связи с L/D. В графическом и аналитическом виде получены зависимости для [L] и [L]/L от L и L/D.

1. Сhen D. X., Pardo E., Zhu Y.-H., Xiang L.-X., Ding J.-Q. Demagnetizing correction in fluxmetric measurements of magnetization curves and hysteresis loops of ferromagnetic cylinders // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2018. Vol. 449. P. 447–454. DOI: 10.1016/j.jmmm.2017.10.069.

2. Сандуляк Д. А., Сандуляк А. А., Горпиненко Ю. О., Сандуляк А. В., Соловьев И. А. Модель „трубок-слоев“ намагничиваемой цепочки шаров: магнитные свойства, оценка гиперусиления поля между шарами // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение. 2023. № 3(144). C. 49–61. DOI: 10.18698/0236-3933-2023-3-49-61.

3. Пат. РФ 2530463. Способ измерения магнитного момента образцов на СКВИД-магнитометре / Д. А. Великанов . 19.12.2012.

4. Пат. РФ 2022292. Способ измерения намагниченности ферромагнитных материалов стержневых образцов / Г. М. Попов. 30.10.1994.

5. Пат. РФ 2279689. Вибрационный магнитометр / С. А. Гудошников, А. Н. Козлов, В. С. Скомаровский. 10.07.2004.

6. Цицикян Г. Н., Антипов М. Ю. Расчет индуктивности однослойного и двухслойного соленоида с учетом особенностей практического применения // Электричество. 2019. № 10. С. 48–53. DOI:10.24160/0013-5380-2019-10-48-53.

7. Капица П. Л., Филимонов С. И. Соленоид, создающий магнитное поле до 30 кЭ в объеме 5 л и потребляющий 500 кВт // УФН. 1968. Т. 95, вып. 1. С. 35–43.

8. Пат. РФ 2293344. Способ определения кривой намагничивания ферромагнитного материала / В. А. Захаров, Н. С. Зембеков. 2005.

9. Афанасьев Ю. В., Студенцов Н. В., Хорев В. Н., Чечурина Е. Н., Щелкин А. П. Средства измерений параметров магнитного поля. Л.: Энергия, 1979. 320 с.

10. Сандуляк Д. А., Соловьев И. А., Сандуляк А. В., Сандуляк А. А., Ершова В. А. Определение магнитных свойств ферромагнитного материала по данным диагностики образца-цилиндра с учетом критерия его длины // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2023. № 11. C. 1–9. DOI: 10.25791/pribor.11.2023.1450.

11. Sandulyak A. A., S andulyak A. V., Shitikova M. V., Tkachenko R. Yu., Sandulyak D. A., Gorpinenko Y. O. Concentrated dispersed magnet with different relative lengths: Basic properties and characteristics (on the example of a polyspherical structure) // Mechanics of Advanced Materials and Structures. 2021. Vol. 29, N 26. P. 4972–4978. DOI: 10.1080/15376494.2021.1943575.

12. Парселл Э. Электричество и магнетизм. Т. 2 (Берклеевский курс физики). М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1983. 416 с.

13. Панькин В. А. Расчет соленоидов для создания импульсных магнитных полей // Перспективное развитие науки, техники и технологий: матер. 3-й Междунар. науч.-практ. конф. Курск, 18 октября 2013. Т. 3. С. 52 –56.

14. Варюхин Д. В., Таряник Н. В., Дворников Е. А., Федюк Д. О. Лабораторный сверхпроводниковый соленоид с однородным магнитным полем и индукцией 9,2 Т // Физика и техника высоких давлений. 2017. Т. 27, № 3. C. 149–154.

15. Лазарев Б. Г., Лазарева Л. С., Горидов С. И. Об особенностях работы сверхпроводящих соленоидов в области температур 1,6–5,2 К // Доклады Академии Наук СССР. 1971. Т. 199, № 5. C. 1044–1047.

16. Сверхпроводящие соленоиды / Под ред. Н. Е. Алексеевского. М.: Мир, 1965. 287 с.

17. Монтгомери Д. Получение сильных магнитных полей с помощью соленоидов. М.: Мир, 1971. 359 с.

18. Бойко Б. Б., Сойко А. К., Митьковская Л. П. Получение импульсов магнитного поля с индукцией до 100 Тл (Обзор) // Приборы и техника эксперимента. 1993. № 5. C. 13–26.

19. Головин Ю. И. Магнитопластичность твердых тел // Физика твердого тела. 2004. № 5. C. 769–803.

20. Жмакин Ю. Д., Рыбянец В. А., Загуляев Д. В., Коновалов С. В., Кузнецов В. А., Громов В. Е. Соленоид из ферромагнитного материала // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2009. Т. 6, № 4. C. 58–60.

21. Пат. РФ 2829110. Способ идентификации в многослойном удлиненном соленоиде исполнительной зоны / Д. А. Сандуляк, А. С. Харин, А. А. Сандуляк, И. А. Соловьев, А. В. Сандуляк. 2024.