ИЗУЧЕНИЕ МАГНИТНого гистерезиса
В ФЕРРоМАГНЕТИКе Цель работы: исследовать явление магнитного гистерезиса, зарегистрировать кривую намагничивания ферромагнитного образца и определить потери энергии на перемагничивание. Приборы и принадлежности: лабораторный стенд для наблюдения петли гистерезиса, двухканальный осциллограф, генератор, соединительные провода. КРАТКАЯ ТЕОРИЯ В общем случае вектор магнитной индукции в среде связан с напряженностью магнитного поля соотношением , (1) где m0 = 4pЧ10–7 Гн/м - магнитная постоянная; m- магнитная проницаемость среды (m = 1 для вакуума). Магнитная индукция в среде определяется индукцией в вакууме и намагниченностью среды: , (2) где J - вектор намагничивания, равный магнитному моменту единицы объема магнетика. Так как вектор J связан с вектором напряжённости магнитного поля соотношением: , (3) где c - магнитная восприимчивость среды, перепишем (2): . (4) Из сравнения (1) и (4) следует, что . (5) Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость характеризуют магнитные свойства вещества. В зависимости от знака и величины восприимчивости c при нормальных условиях все вещества можно подразделить на три группы: диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики. Парамагнетики характеризуются положительной восприимчивостью (c > 0), величина которой может принимать значения в интервале от 10–5 до 10–3. Во внешнем магнитном поле намагниченность парамагнетиков совпадает по направлению с внешним полем (JH). Диамагнетики имеют отрицательное значение магнитной восприимчивости (c < 0) и имеют порядок величины 10–6. Во внешнем магнитном поле намагниченность диамагнетиков противоположна направлению внешнего поля (J¯H).
Диа- и парамагнетики принадлежат к классу слабомагнитных веществ, их магнитная проницаемость близка к единице (абсолютное значение c очень мало). В соответствии с формулой (3) существует линейная зависимость между J и H, как показано на рис. 1. Вещества, в которых вектор намагничивания может значительно превышать по величине индукцию внешнего поля, называются ферромагнетиками.
Ферромагнетики могут обладать спонтанной намагниченностью, то есть они намагничены при отсутствии поля. Магнитная восприимчивость c ферромагнетиков имеет высокое значение и может достигать величины 103…105. Магнитная проницаемость ферромагнетика является нелинейной функцией от напряжённости магнитного поля (рис. 2).
Если ненамагниченный ферромагнетик поместить в пространство с постоянно увеличивающимся магнитным полем, то зависимость индукции магнитного поля внутри ферромагнетика B от напряжённости внешнего магнитного поля Н (рис.3) выразится участком 0-1 (начальная кривая намагничивания), вид которого определяется свойствами исследуемого магнетика. Если продолжать увеличивать внешнее магнитное поле, то кривая намагничивания перейдёт в линейный участок, поскольку в результате насыщения величина намагниченности J станет постоянной, и B будет возрастать только за счёт увеличения H (см. выражение (2)). При уменьшении напряжённости внешнего поля до нуля намагничивание будет изменяться в соответствии с кривой 1-2. Величина Вn, соответствующая отрезку 0-2 называется остаточной индукцией и является характеристикой ферромагнетика. Остаточной индукции соответствует остаточная намагниченность Jn. Именно с наличием остаточной намагниченности связано существование постоянных магнитов. Остаточная намагниченность исчезает при температурах выше точки Кюри. Остаточную индукцию можно устранить, если приложить к образцу обратное поле с напряжённостью –Нc. Величина Нc называется коэрцитивной силой и тоже является характеристикой ферромагнетика. При дальнейшем увеличении обратного намагничивающего поля вновь достигается насыщение. Если от точки насыщения 3 уменьшать магнитное поле до нуля, а затем, изменив направление, увеличивать поле, получим кривую намагничивания 3-4-1. Замкнутая кривая «1-2-3-4-1» называется петлёй гистерезиса. Размеры петли гистерезиса увеличиваются с ростом амплитуды изменения напряжённости поля Н, но только до определённого предела (Нm). Максимально возможная площадь петли соответствует случаю насыщения. Очевидно, что максимальное значение коэрцитивной силы Нс и остаточной индукции Вn можно получить только по максимальной петле гистерезиса. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.
|