Лекционный комплекс и Методические рекомендации по изучению дисциплины а основные понятия и термины по Курсу (стр. 6 из 8)

Процесс намагничивания сопровождается явлением гистерезиса (рис.144 б). С ростом напряженности внешнего поля H индукция H растет по кривой 1-2 и в точке 2 достигает насыщения. Однако при уменьшении H индукция изменяется уже по кривой 2-3-4-5 и при H=0 ферромагнетик не размагничивается полностью. Величина Вост. Называется остаточным магнетизмом. Полное размагничивание ферромагнетика происходит только при H = -Н_с (Н_с - коэрцитивная сила), а затем начинается перемагничивание в противоположном направлении, вплоть до насыщения в точке 5.

При изменении напряженности от -Н₁ до +Н₁ гистерезисная кривая замыкается по линии 5-6-7-2. Площадь петли гистерезиса пропорциональна запасенной магнитной энергии, которая при перемагничивании переходит в тепло. По величине коэрцитивной силы ферромагнетики подразделяются на мягкие - с малой коэрцитивной силой и жесткие, или высококоэрцитивные - с широкой теплей гистерезиса.

Магнитомягкие материалы, у которых величина Н_с может быть сделана не более 0.1 А/м, используют для статоров и роторов электромашин и магнитопроводов электромагнитных устройств (трансформаторы, дроссели, реле и т.д.).

У магнитожестких материалов, применяемых для постоянных магнитов, коэрцитивная сила может быть повышена до 10⁶ А/м.

С ростом T^o К намагниченность ферромагнетика уменьшается, и при определенной температуре называемой ферроомагнитной точкой Кюри, он превращается в парамагнетик с линейной зависимостью от 1/Т (закон Кюри-Вейсса).

Для всех ферромагнетиков характерна идентичная зависимость

где М_s(Т) - намагниченность насыщения при температуре T. Величина θ_к равна 1043^o К для Fe -

1403К для Со и 631К для Ni.

Анизотропия кристаллической структуры сказывается и на ферромагнитных свойствах тела. Вдоль определенных кристаллографических направлений, называемых направлениями легкого намагничивания, насыщение намагниченности достигается при меньших значениях H, чем вдоль направлений трудного намагничивания, и при этом затрачивается меньшая энергия.

Намагничивание ферромагнетиков вызывает изменение их размеров. Это явление называется магнитострикцией. Наблюдается и обратное явление: при механическом сжатии образца в том же направлении, в котором он укорачивался в магнитном поле, облегчается процесс намагничивания, тогда как растяжение приводит к затруднению намагничивания (магнитоупругий эффект).

Намагниченность ферромагнетика зависит от температуры, и в некоторых веществах с заметно выраженной магнитострикцией коэффициент линейного расширения может быть близким к нулю, поскольку обычное тепловое расширение компенсируется уменьшением размеров при изменении намагниченности с ростом температуры. На этом принципе создан ряд сплавов с малым коэффициентом линейного расширения (в частности, инвар).

У антиферромагнетиков не возникает самопроизвольной намагниченности и при T=0^o К значение θ_м=0. Однако с повышением магнитная восприимчивость возрастает и достигает максимума при Т=Т_N, где Т_N - точка Несля (или фантиферромагнитная точка Кюри).

При Т > Т_N антиферромагнетик теряет свои свойства и превращается в парамагнетик с линейной зависимостью

(см. рис. 147).

В ферримагнетиках возможно появление спонтанного намагничивания и поведение их, за исключением некоторых особенностей, (например, меньшей намагничинности насыщения и сложной зависимости М_М=f(T^o К)), аналогично поведению ферромагнетиков (см. рис.148). К ферримагнетикам относятся, в частности, ферриты - вещества типа MeO · Fe₂O₃, где Ме - двухвалентный металл. Ферриты нашли широкое применение в технике, поскольку, обладая хорошими магнитными свойствами, они в то же время имеют большое электрическое сопротивление (до 10⁷ Ом·м) и могут использоваться в технике СВЧ в виду малых потерь на вихревые токи. Ферриты широко применяют также при изготовлении постоянных магнитов и в ячейках памяти ЭВМ. Изготовленные из порошков высокотемпературным спеканием ферриты типа MnOЧ MgЧ Fe₂O₃ имеют прямоугольную петлю гистерезиса и обладают большим остаточным магнетизмом.

Причина ферромагнитных свойств заключена в наличии значительных сил взаимодействия между магнитными моментами атомов в некоторых кристаллических решетках. Это обуславливает взаимную ориентацию моментов, которые стремятся повернуться параллельно или антипараллельно друг другу. Параллельная ориентация магнитных моментов вызывает появление ферромагнетизма, антипараллельная свойственна антиферромагнетикам (если магнитные моменты равны друг другу) или ферромагнетикам (если соседние антипараллельные моменты различны по величине).

Возможны и промежуточные типы ориентации соседних магнитных моментов, однако, хотя коллинеарность и не соблюдается, упорядоченность моментов распространяется на значительное количество атомов.

К ферромагнитным веществам относятся Fe, Со, Ni, Gd, редкоземельные элементы с недостроенной 4f- оболочкой, сплавы и соединения этих веществ, а также так называемые гейслеровы сплавы - соединения Cr и Mn с неферромагнетиками.

Типичные представители антиферромагнетиков - Cr, Vn, ряд окислов и солей переходных металлов, например MnO, FeO, CuCl.

задания для самоконтроля:

1) Как происходит процесс намагничивания

2) Как строится петля гистерезиса

3) Какие материалы называются магнитомягкими материалами?

4) Какие материалы называются магнитожесткими материалами?

5) Какие направления называют направлениями легкого намагничивания?

6) От чего зависит намагниченность ферромагнетика?

Литература: [1-12], ДЛ [1-12]

Занятие 12

Тема лекции: Сверхпроводимость

Цель лекции Определить данные понятия, и познакомиться с эффектами, присущими сверхтекучести

Вопросы к лекции:

1 Сверхпроводимость

2 Высокотемпературная сверхпроводимость

Тезисы лекционного занятия:

В 1913 году за открытие сверхпроводимости Каммерлинг-Оннесу была присуждена Нобелевская премия по физике.

В настоящее время сверхпроводимость обнаружена у 27 элементов Периодической системы Д.И. Менделеева, у 13 элементов обнаруживается сверхпроводимость под действием давления, ею обладают более 1000 сплавов, в том числе, что весьма интересно, сплавы, состоящие из несверхпроводящих компонентов. Сверхпроводимость наблюдается также у ряда органических проводников, легированных углеродных кластеров (фуллеренов - микроскопических образований, имеющих форму футбольного мяча и состоящих из 60 атомов углерода), у широкого класса керамик, которые принято относить к категории высокотемпературных сверхпроводников.

Резкое уменьшение электрического сопротивления в сверхпроводниках долгое время давало повод рассматривать их как "идеальные" проводники с нулевым сопротивлением. В 1933 году было обнаружено изменение магнитных свойств при переходе в сверхпроводящее состояние - эффект Мейсснера-Оксенфельда. При охлаждении в постоянном и не очень сильном магнитном поле, при температуре сверхпроводящего перехода магнитное поле выталкивается из толщи сверхпроводника. Физически это можно объяснить тем, что по поверхности образца начинает течь незатухающий ток, магнитное поле которого полностью компенсирует внешнее магнитное поле. Плотность незатухающего тока, экранирующего внешнее магнитное поле, приблизительно экспоненциально убывает при удалении от поверхности внутрь сверхпроводника. Соответственно, в этой области уменьшается внешнее магнитное поле от значения В₀ на поверхности до нуля в глубине. Толщина "токового" слоя характеризуется параметром

, который называется глубиной проникновения магнитного поля в сверхпроводник;

Величина

изменяется в пределах от сотен до тысяч ангстрем и возрастает, обращаясь в бесконечность при Т = Т_с , то есть поле полностью проникает в образец. Таким образом, для всех сверхпроводников существует область магнитных полей, в которой одновременно

R = 0, B = 0.

Так как внутри вещества магнитная индукция В = m₀(H + M) = mm₀H, то формально можно считать, что при эффекте Мейсснера-Оксенфельда (В = 0) у сверхпроводников, как и у "идеальных" диамагнетиков, намагниченность М = - Н, а магнитная проницаемость m = 0. Другими словами, сверхпроводники являются одновременно и сверхдиамагнетиками.