Главная | Обратная связь

Основні теоретичні відомості

Всі речовини складаються з атомів. Атоми деяких хімічних елементів (Fe, Mn, Co та ін.) можуть мати магнітний момент Р за відсутності зовнішнього магнітного поля. Магнітний момент атомів зумовлений орбітальним рухом електронів навколо ядра і спіном електронів. Орбітальний рух електрона можна уявляти як коловий струм (мікрострум), що зумовлює орбітальний магнітний момент. Зі спіном електрона пов’язаний спіновий магнітний момент. Атоми, що мають певний (не рівний нулю) магнітний момент за відсутності зовнішнього поля, називаються парамагнітними. З парамагнітних атомів можуть утворюватись як парамагнетики, так і феромагнетики. Парамагнетиками можуть бути речовини як у твердому, так і рідкому або газоподібному станах. На відміну від парамагнетиків феромагнетиками можуть бути речовини лише в твердому стані. За певних умов у твердих тілах взаємодія між магнітними моментами атомів може бути настільки сильною, що з парамагнітних атомів можуть утворюватись області спонтанної намагніченостї - домени. В межах домена феромагнітної речовини магнітні моменти атомів паралельні, і магнітний момент домена не дорівнює нулю. Але сумарний магнітний момент усіх доменів за відсутності зовнішнього поля дорівнює нулю. При внесенні феромагнетика в зовнішнє магнітне поле останнє діє на домени, так що вони орієнтуються переважно по полю. Магнітний момент усього феромагнітного тіла стає нерівним нулю, тобто феромагнетик намагнічується. Мірою намагніченості речовини є вектор намагніченості:

,

де - магнітний момент домена; N - кількість доменів в об’ємі V.

Намагніченість пропорційна напруженості зовнішнього магнітного поля:

.

Тут - магнітна сприйнятливість, величина безрозмірна, додатна і залежить від роду матеріалу. Для феромагнетиків може досягати великих значень - сотень, тисяч одиниць. Тому намагніченість J феромагнетиків теж досягає великих значень. Внаслідок намагнічування і додатного значення феромагнетики завжди втягуються в магнітне поле. Сумарне магнітне поле в феромагнетиках складається з магнітного поля макрострумів і поля мікрострумів.

Магнітна індукція поля у феромагнетиках є сумою двох складових:

або

,

де - магнітна проникність речовини. Для феромагнетиків досягає великих значень; ця величина залежить від роду речовини та від Н. Тому графік залежності В від Н для феромагнетиків не описується лінійною функцією. Спочатку В дуже швидко зростає, а потім лінійно змінюється при зміні Н, коли намагніченість досягає насиченості (J перестає залежати від Н).

Залежність В від Н при початковому намагніченні феромагнетика від нуля до J_нас має вигляд кривої лінії, яка називається початковою кривою намагнічування (рис. 1, 2).

Якщо після досягнення стану насиченості феромагнетика почати зменшувати напруженість Н зовнішнього магнітного поля, то спостерігається (лабораторна робота №ЕМ 7, рис. 5) “відставання” зміни магнітної індукції (і ) від зміни . Явище відставання зміни однієї із спряжених величин від зміни іншої називається гістерезисом. Внаслідок явища гістерезису, коли напруженість поля досягає нуля (Н = 0), магнітна індукція В і намагніченість J мають значення, нерівні нулю: відповідно В_з ¹ 0, J_з ¹ 0, J_з, В_з - залишкова намагніченість і залишкова індукція. Щоб розмагнітити феромагнетик, потрібно прикласти зовнішне магнітне поле з напруженістю Н_к протилежного напрямку. Н_к називається коерцитивною силою. Чим більше значення має Н_к, тим важче розмагнітити феромагнетик. Матеріали з Н_к < 800 називаються магнітном’якими, з Н_к > 4000 − магнітнотвердими.

За циклічної зміни напруженості поля Н магнітна індукція В і намагніченість J будуть змінюватись теж циклічно. Внаслідок явища гістерезису за циклічного перемагнічування феромагнетика графік залежності В від Н (і J від Н) буде мати вигляд замкненої кривої, яка називається петлею гістерезису.

Для кожного феромагнетика існує деяка температура Т_с, при якій руйнуються домени і зникають феромагнітні властивості матеріалу. Ця температура називається температурою (точкою) Кюрі. При Т ³ Т_с феромагнетик веде себе як звичайний парамагнетик, тобто магнітна проникність наближається до одиниці ( ) і не залежить від Н, зникає явище гістерезису. При охолодженні до температури нижче температури Кюрі в ньому знову виникають домени. Для феромагнетика заліза Т_с = 768 °С. (Для порівняння, температура плавлення заліза - 1530 °С).

Перелічені властивості феромагнетиків визначають можливості їх застосування. Феромагнетики з великими значеннями m і малими значеннями коерцитивної сили використовуються як осердя трансформаторів, котушок індуктивності електромагнітів, вимірювальних приладів та електромагнітної вимірювальної системи.

Магнітнотверді феромагнетики з великими значеннями J₃ використовуються для виготовлення постійних магнітів, феромагнетики з прямокутною петлею гістерезису − магнітних носіїв інформації.