Главная | Обратная связь

ИССЛЕДОВАНИЕ НАМАГНИЧИВАНИЯ ФЕРРОМАГНЕТИКА

Цель работы: снять кривую намагничивания, построить график зависимости относительной магнитной проницае­мости от напряженности; снять петлю магнитного гистерезиса, определить остаточную индукцию и коэрцитивную силу.

Теория метода

Под действием внешнего магнитного поля в ка­ждом веществе возникает дополнительное внутреннее магнитное поле. В диа- и парамагнетиках оно довольно невелико (магнитная проницаемость ) и только в ферромагнетиках достигает большой величины ( ). В ферромагнитном кристалле суще­ствуют произвольно намагниченные области размерами до 0,01 ...0,1 мм называемые доменами. Их намагниченность обусловле­на параллельной взаимной ориентацией электронных спинов. В частности, в железе, кобальте и никеле - это спины тех электро­нов, которые находятся в частично заполненной 3 - оболочке. Намагниченность доменов друг относительно друга беспорядочна, так что до воздействия поля ферромагнетик в целом не намагни­чен. При помещении его в нарастающее магнитное поле, проис­ходит сначала перемещение границ доменов. Домены с магнит­ным моментом, ориентированным в сторону поля, расширяются за счет доменов с противоположной ориентации, энергетически менее выгодной. Второй этап намагничивания - до насыщения - связан с поворотом магнитных моментов до полного совпадения с внешним полем. Сами домены и их изменения при намагничи­вании, можно наблюдать под микроскопом при внесении на по­лированный ферромагнетик суспензии магнитного порошка, час­тицы которого собираются на границах доменов.

Для описания магнитного поля используются две характе­ристики: напряженность и вектор магнитной индукции . Они связаны уравнением , в котором Г/м - маг­нитная постоянная в системе СИ. Относительная магнитная про­ницаемость у ферромагнетиков не постоянна, а зависит от . Физический смысл двух характеристик — и можно пояснить приме­ром. Внутри соленоида модуль напряженности магнитного поля не зависит от наличия внутри него сердечника, а ин­дукция магнитного поля зависит: когда сердечник есть - , а при его отсутствии .

Особенности процесса намагничивания хорошо видны на графике зависимости от . Первое намагничивание до насыщения при нарастании идет по линии 0ab (рис. 1 а). Участок 0a соответ­ствует перемещению границ доменов, а ab - повороту их магнитных моментов. При уменьшении обратные процессы перестройки до­менов запаздывают, и размагничивание идет по линии bcd.

При отсутствии внешнего поля, когда сила тока в обмотке , у ферромагнетика сохраняется остаточная индукция B_r (отрезок ). Прочность остаточного магнетизма определяется коэрцитивной силой H_K — напряженностью того внешнего поля обратного направления, которое уничтожает B_r. При дальнейшем усилении обратного поля процесс пойдет по линии de, новое намагничивание - по линии - efgb и т.д. Так формируется петля магнитного гистерезиса.

При циклическом перемагничивании не всегда достигается насыщение и процесс идет по одной из семейства петель гистерезиса (рис. 1 б). По форме петли гистерезиса магнитные материалы делятся: на магнитотвердые и магнитомягкие. К магнитотвердым относятся материалы, с большой величиной H_K, применяемые для постоянных магнитов; к магнитомягким - материалы с малой H_K, применяемые для сердечников катушек переменного тока.