Теоретическое введение. Ферромагнетиками называются вещества, способные обладать намaгниченностью в отсутствии внешнего магнитного поля

Ферромагнетиками называются вещества, способные обладать намaгниченностью в отсутствии внешнего магнитного поля. К их числу относятся железо, никель, кобальт, гадолиний, а также их сплавы и соединения (в том числе с элементами, не образующими ферромагнитных фаз). Ферромагнетики являются сильно магнитными веществами. Их магнитная восприимчивость примерно в 10¹⁰ раз превосходит восприимчивость диа- и парамагнетиков. В отличие от последних намагниченность J ферромагнетиков нелинейно зависит от напряженности Н внешнего магнитного поля, достигая насыщения при значениях Н» 100-200 А/м (см.рис.1-а).

Рис.1 а) Зависимость намагни- Рис.1 б) Зависимость индукции Рис.1 в) Зависимость маг-

ченности ферромагнетика от магнитного поля в ферромагне- нитной проницаемости

напряженности внешнего тике от напряженности внешнего ферромагнетика от на-

магнитного поля магнитного поля пряженности магнитного

поля

Вектор магнитной индукции связан с векторами и соотношением

(1)

из которого следует, что и относительная магнитная проницаемость m также нелинейно зависят от Н (рис.1-б,в)

Кроме нелинейной зависимости J(H) и B(H) для ферромагнетиков характерно явление магнитного гистерезиса, заключающееся в неоднозначной связи между В и Н, определяемой предысторией намагничивания ферромагнетика. Если намагниченный образец начать размагничивать, то зависимость В(Н) пойдет не по основной кривой, показанной на рис.1б, а несколько выше и при Н = 0 величина В_r (остаточная индукция) будет отлична от нуля за счет того, что ферромагнетик будет обладать остаточной намагниченностью J, не равной нулю (см. уравнение 1). Для полного размагничивания образца

Петля гистерезиса

нужно приложить обратное внешнее поле напряженности Н_c (рис.2). Если менять напряженность Н от положительных значений до отрицательных и обратно, то зависимость В и Н будет изображаться петлей гистерезиса, показанной на рис.2. Максимальная по размерам петля гистерезиса достигается в состоянии предельной намагниченности ферромагнетика, т.е. при J = Jнас.

Величина Н_c, соответствующая такой петле гистерезиса, называется коэрцитивной силой и является одной из характеристик ферромагнетика. Ферромагнетики с малой коэрцитивной силой Н_c называются магнитомягкими материалами и используются для изготовления сердечников трансформаторов, а с большой Н_c относятся к магнитожестким материалам, использующимся в изготовлении постоянных магнитов.

Отметим, что периодическое перемагничивание ферромагнитного образца приводит к его нагреванию. При этом площадь петли гистерезиса пропорциональна количеству теплоты, выделяющейся в единице объема ферромагнетика за один цикл перемагничивания.

Существование петли гистерезиса свидетельствует о том, что процесс перемагничивания не является равновесным. Необратимость этого процесса связана со специфической кристаллической структурой ферромагнетика. При определенных условиях магнитные моменты неспаренных электронов выстраиваются параллельно друг другу, в результате чего возникают области самопроизвольного намагничивания, называемые доменами. В пределах каждого домена ферромагнетик намагничен до насыщения и имеет определенный магнитный момент. При отсутствии внешнего поля магнитные моменты доменов разориентированы и магнитный момент образца равен нулю. При помещении образца в магнитное поле, магнитные моменты доменов стремятся повернуться в направлении поля, при этом одновременно происходит перестройка кристаллической структуры в междоменных областях. Эти процессы являются необратимыми, что и служит причиной гистерезиса.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: