Ферромагнетики. Магнитный гистерезис. Точка Кюри.

 

Некоторые из веществ обладают свойством давать весьма боль-шое добавочное поле. Такие вещества характеризуются большой маг-нитной проницаемостью μ (∼ 10 4–105) и называются ферромагнитны-ми.К числу ферромагнитных веществ относятся железо,никель,кобальт, их сплавы и некоторые сплавы неферромагнитных веществ.

 

Ферромагнитные вещества обладают рядом особенностей:

– они сохраняют намагниченность и после того, как намагничи-вающее поле прекратило свое действие;

 

– магнитная проницаемость μ (а также магнитная восприимчи-вость χ) для них не являются величиной постоянной, а зависят от на-пряженности намагничивающего поля (рис. 4.4.1). Зависимость маг-нитной проницаемости μ (или восприимчивость χ) от Н характеризуется тем, что μ (или χ) сначала сильно возрастает с увели-чением напряженности намагничивающего поля, а затем, достигнув максимума, начинает уменьшаться. При больших значениях намагни-чивающего поля значение μ стремится к единице, а χ – к нулю.

 

μ

μmax

 

1

 

O H

 

Рис. 4.4.1

 

Рассмотрим графическую зависимость намагничивания J от на-пряженности поля Н (рис. 4.4.2). Как видно из графика, намагничива-ние быстро возрастает с увеличением напряженности, а затем возрас-тание уменьшается, и, наконец, начиная с некоторого значения Н, дальнейшее увеличение напряженности не дает увеличения намагни-чивания J, что соответствует горизонтальному участку графика. Это


 


явление, открытое русским физиком Александром Григорьевичем Столетовым (1872 г.), носит название магнитного насыщения.

 

Зависимость магнитной индукции В от напряженности намагни-чивающего поля Н выражается сходным графиком, не имеющим, од-нако, горизонтальной части (рис. 4.4.3). При насыщении магнитная индукция растет по линейному закону в зависимости от напряженно-сти внешнего поля.

 

J B

Jнас

 

O O
  H   H
         
  Рис. 4.4.2     Рис. 4.4.3  
           

 

Весьма важной особенностью ферромагнетиков является магнит-ный гистерезис.Явление гистерезиса заключается в том,что намаг-ниченность J (следовательно, и магнитная индукция В) зависит, не только от значения напряженности намагничивающего поля Н в дан-ный момент, но и от того, какова напряженность была раньше.

 

На рис. 4.4.4 приведен график зависимости J от Н. Ветвь кривой 0А дает возрастание намагниченности J при увеличении поля Н при условии, что намагничивание производится первый раз. Точка А соот-ветствует насыщению (намагниченность достигает максимального значения Jнас). Если после того как насыщение достигнуто, начать уменьшать напряженность поля H, то намагниченность J будет спа-дать не по кривой А0, а по новой кривой АС. Тем же самым значениям H,проходимым в обратном порядке,соответствуют большие значения J.При H = 0намагниченность полностью не пропадает,а сохраняется остаточная намагниченность Jост.Чтобы вызвать дальнейшее умень-шение J, надо изменить направление намагничивающего поля Н на обратное. При некотором определенном Н = –Нc намагниченность J пропадает (точка D). Значение Нс называется коэрцитивной силой. При еще большем возрастании напряженность H обратного по на-правлению поля возникает намагниченность обратного знака. Здесь может быть также достигнуто насыщение (точка А'). Далее уменьшая напряженность обратного по направлению магнитного поля до нуля получаем остаточную намагниченность –Jост (точка C'). Чтобы убрать остаточную намагниченность необходимо приложить поле напряжен-


 


ностью +Нc (точка D'). Если затем напряженность H магнитного поля увеличивать до значения +Ннас, то зависимость J от Н изобразится симметричной кривой АCDA'C'D'А, которую назвали петлей гистере-зиса.Если намагниченность ферромагнетика достигает насыщения,топетля гистерезиса называется максимальной (рис. 4.4.4, сплошная ли-ния). Если в процессе намагничивания ферромагнетика насыщение не достигается, то полученную петлю гистерезиса называют частным циклом (рис. 4.4.4,пунктирная линия).Все частные циклы лежатвнутри максимальной петли гистерезиса.

 

J

+Jост А

 

С

 

Hнас –Hс D′

 

D 0 +Hс +Hнас H

 

С′

А′ –Jост

 

 

Рис. 4.4.4

 

В результате явления гистерезиса одному и тому же значению намагничивающего поля H могут соответствовать несколько значений намагниченности J. Например, Н = 0 соответствуют: 1) отсутствие намагниченности (точка 0); 2) намагниченность, выражаемая отрезком 0D (имеет место после намагничивания ферромагнетика ); 3) намагни-ченность, выражаемая отрезком 0D' (имеет место после перемагничи-вания ферромагнетика).

 

Различные ферромагнитные вещества дают весьма разнообразные кривые гистерезиса. Ферромагнитные свойства оказываются тесно свя-занными с кристаллической структурой вещества. Кривые намагничения (петли гистерезиса) реальных материалов зависят от их мелкокристал-лической структуры и меняются под влиянием внешних воздействий. Принято различать «магнитомягкие» ферромагнетики, характеризуемые малой коэрцитивной силой, и «магнитожесткие», характеризуемые большой коэрцитивной силой. Магнитомягкие ферромагнетики исполь-зуются для изготовления сердечников электрических машин (трансфор-


 


маторов, генераторов, электродвигателей). Магнитожесткие ферромаг-нетики используются как постоянные магниты.

 

Ферромагнетизм специфически связан с твердой фазой вещества. Для всякого ферромагнетика существует такая температура Т = Θ, при которой его ферромагнитные свойства пропадают. Эта температура Θ называется температурой или точкой Кюри. При температурах, ле-жащих выше точки Кюри, ферромагнетик ведет себя, как обычное па-рамагнитное вещество. В точке Кюри наблюдается не только исчезно-вение ферромагнитных свойств у вещества, но и аномалия в ряде других их свойств, например, аномалия в ходе теплоемкости, электро-проводности и т. д.

 

Рис. 4.4.5

 

Рассмотренные особенности ферромагнетика обусловлены тем, что в нем имеется множество сравнительно крупных самопроизвольно намагниченных областей , называемых доменами (рис. 4.4.5). Домены содержат большое число атомов, и в пределах одного домена спино-вые магнитные моменты электронов всех атомов ориентированы оди-наково. Это упорядочение определяется специфическим (квантово-механическим) взаимодействием спинов молекул ферромагнитных веществ. Возникновение доменной структуры соответствует миниму-му энергии тела.

 

Н = 0      
H H нас  
а б в  
  Рис. 4.4.6    


 


При отсутствии внешнего магнитного поля магнитные моменты различных доменов ориентированы беспорядочно, в результате чего те-ло в среднем не намагничено (рис. 4.4.6, а). С появлением внешнего магнитного поля домены, ориентированные в направлении этого поля начинают увеличиваться в объеме за счет соседних доменов, имеющих иные ориентации магнитных моментов. Ферромагнетик начинает на-магничиваться (рис. 4.4.6, б). Сначала при увеличении напряженности внешнего поля происходит обратимый рост границ доменов, ориентиро-ванных по полю (рис. 4.4.7, область 1); при дальнейшем возрастании по-ля происходит необратимый рост границ доменов (рис. 4.4.7, область 2). Далее происходит переворачивание доменов, ориентированных против поля, в направлении внешнего поля (рис. 4.4.7, область 3). При доста-точно сильных полях все домены ориентируются в направлении поля (ферромагнетик представляет собой один монодомен) и намагничива-ние достигает насыщения (рис. 4.4.6, в).


 

Jнас

 

O


 

J

 

 

1 2 3

 

H

 

Рис. 4.4.7


 

При выключении внешнего поля тепловое движение не в состоя-нии полностью разрушить преимущественную ориентацию доменов. Поэтому ферромагнетики полностью не размагничиваются, а сохра-няют остаточную индукцию (намагниченность). Этим объясняется яв-ление гистерезиса.

 

При нагревании ферромагнетика до точки Кюри тепловое движение молекул становится достаточно интенсивным, чтобы разрушить домены. Поэтому исчезает спонтанная намагниченность, и ферромагнетик ведет себя как обычный парамагнетик. Процесс, связанный переходом через точку Кюри, не сопровождается выделением или поглощением теплоты, что указывает на фазовый переход второго рода.

 






Дата добавления: 2017-01-08; просмотров: 2308; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2021 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.016 сек.