Ферромагнетики (стр. 6 из 8)

Мал. Доменна структура ферромагнетика:

а) під час відсутності зовнішнього поля,

б) при наявності зовнішнього поля

У межах кожного домена нескомпенсовані спини орієнтовані в одному напрямку , тобто речовина в домені знаходиться в стані магнітного насиченні і володіє визначеним магнітним моментом. Напрямку цих моментів для різних доменов різні, так що під час відсутності зовнішнього поля сумарний момент завжди дорівнює нулю.

Сили, що змушують магнітні моменти електронів вибудовуватися паралельно один одному, називаються обмінними. Їхнє пояснення в рамках класичної фізики неможливо (дається тільки квантовою механікою). Якщо помістити ферромагнетики в зовнішнє магнітне поле, то спочатку, при слабких полях, спостерігається зсув границь доменів (область 0-а кривій намагничения на мал.3). У результаті цього відбувається збільшення розмірів тих доменов, магнітні моменти яких складають з напрямок полючи Н менший кут за рахунок доменов, у яких кут між Pm і H більше . При збільшенні Н має місце поворот магнітних моментів доменів у напрямку полюя (область А-1 кривій намагничения на мал.3). При цьому моменти електронів у межах домена повертаються одночасно, без порушення паралельності один одному. Ці процеси є необоротними, що і служить причиною гистерезиса.

Для кожного ферромагнетика мається визначена температура Тс, при якій області спонтанного намагничения розпадаються і речовина утрачає феромагнітні властивості (стає звичайним парамагнетиком). Ця температура називається крапкою Кюрі.

Точки Кюрі деяких речовин:

Розглянуто залежність магнітної проникності від напруженості магнітного поля для ферромагнетиків.

Приведені значення температури Кюрі для ряду магнетиків.

Вивчення гистерезиса феромагнітних матеріалів

Дозволяє одержувати петлю гистерезиса феромагнітних матеріалів; визначати коерцетивну силу і роботу перемагнічування за один цикл.

Основи теорії феромагнетизму.

На відміну від діамагнетизму і парамагнетизму, що є властивостями окремих чи атомів молекул речовини, феромагнітні властивості речовини порозуміваються особливостями його кмалталічної структури. Атоми заліза, якщо взяти їх, наприклад, у пароподібному стані, самі по собі диамагнитны чи лише слабко парамагнитні. Феромагнетизм є властивість заліза у твердому стані, тобто властивість кмалталів заліза.

У цьому нас переконує ряд фактів. Насамперед на це вказує залежність магнітних властивостей заліза й інших феромагнітних матеріалів від обробки, що змінює їхня кмалталічна будівля (загартування, отжиг). Далі виявляється, що з парамагнітних і діамагнітних металів можна виготовити сплави, що володіють високими феромагнітними властивостями. Такий, наприклад, сплав Гойслера, що майже не уступає по своїх магнітних властивостях залозу, хоча він складається з таких слабко магнітних металів, як мідь (60%), марганець (25%) і алюміній (15%). З іншого боку, деякі сплави з феромагнітних матеріалів, наприклад сплав з 75% заліза і 25% нікелю, майже не магнитны. Нарешті, самим вагомим підтвердженням є те, що при досягненні визначеної температури (точка Кюрі) усі феромагнітні речовини утрачають свої феромагнітні властивості.

Феромагнітні речовини відрізняються від парамагнітних не тільки дуже великим значенням магнітної проникності і її залежністю від напруженості поле, але і дуже своєрідним зв'язком між намагнічуванням і напруженістю що намагнічує поле. Ця особливість знаходить своє вираження в явищі гистерезиса з усіма його наслідками: наявністю залишкового намагнічування і коэрцитивной сили.

У чому причина гистерезиса? Вид кривих мал. 8 і 9, - розходження між ходом наростання намагнічування ферромагнетика при збільшенні поле Н и ходом його розмагнічування при зменшенні Н,- показує, що при зміні намагнічування ферромагнетика, тобто при чи збільшенні зменшенні напруженості зовнішнього поле, орієнтація і дезорієнтація елементарних магнітів не відразу випливає за полем, а відбувається з відомим відставанням. Докладне вивчення процесів намагнічування і розмагнічування заліза й інших феромагнітних речовин показало, що феромагнітні властивості речовини визначаються не магнітними властивостями окремих чи атомів молекул, що самі по собі парамагнитны, а намагнічуванням цілих областей, називаних доменами,- невеликих ділянок речовини, що містять дуже велика кількість атомів.

Взаємодія магнітних моментів окремих атомів ферромагнетика приводить до створення надзвичайно сильних внутрішніх магнітних полів, що діють у межах кожної такої області і що вибудовують, у межах цієї області, всі атомні магнітики паралельно один одному, як показано на мал. 11. Таким чином, навіть при відсутності зовнішнього поле феромагнітна речовина складається з ряду окремих областей, кожна з який мимовільно намагнічена до насичення. Але напрямок намагнічування для різних областей по-різному, так що внаслідок хаотичності розподілу цих областей тіло в цілому виявляється у відсутності зовнішнього поле ненамагииченным.

Під впливом зовнішнього поле відбувається перебудова і перегрупування таких «областей мимовільного намагнічування», у результаті якої одержують перевагу ті області, намагнічування яких паралельно зовнішньому полю, і речовина в цілому виявляється намагніченим.

Один із прикладів такої перебудови областей мимовільного намагнічування показаний на мал. 11. Тут схематично зображені дві суміжні області, напрямки намагнічування яких перпендикулярне друг до друга.

При накладенні поле Н частина атомів області В, у який намагнічування перпендикулярне до поля, на границі її з областю А, у якій намагнічування рівнобіжне полю, повертається, так що напрямок їхнього магнітного моменту стає рівнобіжним полю. У результаті область А, намагнічена паралельно зовнішньому полю, розширюється за рахунок тих областей, у яких напрямок намагнічування утворить великі кути з напрямком поле, і виникає переважне намагнічування тіла по напрямку зовнішнього поле. У дуже сильних зовнішніх полях можливі і повороти напрямку орієнтації всіх атомів у межах цілої області.

При знятті (зменшенні) зовнішнього поле відбувається зворотний процес розпаду і дезорієнтації цих областей, тобто розмагнічування тіла. Через великі в порівнянні з атомами розмірів «областей мимовільного намагнічування» як процес орієнтації їх, так і зворотний процес дезорієнтації відбувається з набагато великими утрудненнями, чим установлення чи орієнтації дезорієнтації окремих чи молекул атомів, що має місце в парамагнітних і діамагнітних тілах. Цим і порозумівається відставання намагнічування і розмагнічування від зміни зовнішнього поле,

т. е. гистерезис феромагнітних тел.