http://www.promwater.ru/ vci 649 vci.
Двигатель внутреннего сгорания Электрический ток в металлах Электрическое сопротивление проводников Астрономия Физика атома Два типа ядерной реакции Цепная ядерная реакция деления. Проблемы развития атомной энергетики

Ферромагнитные тела образуют третий, особый класс магнетиков. Свое название они получили от наименования основного представителя этого класса веществ - железа. К ферромагнетикам относятся кобальт, никель, гадолиний, тербий, диспрозий, эрбий, ряд сплавов и химических соединений. В отличие от диа - и парамагнетиков для ферромагнетиков  >>1. (см. таблицу I), т.е. они сильно намагничиваются. Кроме того, ферромагнетики обладают рядом отличительных свойств:

 

 

 мах 

Рис. 2.

 

1. Магнитная проницаемость ферромагнетиков зависит от на­пряженности внешнего магнитно­го поля (см. рис.2 и таблицу I) . С увеличением напряженности  сначала возрастает, а затем, достигнув максимального значениямах, падает, стремясь при больших Н к единице.

2. Намагниченность I ферромагнетиков зависит от Н сложным образом, тогда как в случае слабомагнитных веществ (диа - и пара­магнетиков) I изменяется с напряженностью поля линейно. Из рис. 3 видно, что в слабых полях I резко возрастает с увеличением Н, затем рост I замедляется и, начиная с некоторого значения Н, намагниченность остается постоянной, равной Is , это явление носит название МАГНИТНОГО НАСЫЩЕНИЯ. Так как В= 0 (Н0 + I), то в ферромагнетиках 

является нелинейной и зависимость В от Н (рис.4): в слабых полях В возрастает резко, а в сильных, где I=Is изменяется по линейному закону. Кривая зависимости В от H называется ОСНОВНОЙ КРИВОЙ НАМАГНИЧЕНИЯ

 О Рис.3 Н

3. Важной особенностью ферромаг­нетиков является так называемый МАГНИТНЫЙ ГИСТЕРЕЗИС: намагничен­ность, следовательно, и магнитная индукция зависят не только от на­пряженности магнитного поля в да­нный момент, но и от того, какая напряженность была раньше. 

  Если намагнитить ферромагнитный образец до насыщения (точка 1, рис.5), а

затем уменьшать напряженность намагничивающего поля, то магнитная индукция будет убывать по кривой 1-2, лежащей выше основной кривой намагничения (кривая 0-1,). При Н = 0 образец остается намагниченным и представляет собой постоянный магнит с ОСТАТОЧНОЙ НАМАГНИЧЕННОСТЬЮ IR  и ОСТАТОЧНОЙ ИНДУКЦИЕЙ ВR.  Полное размагничивание образца происходит под действием поля напряженностью Нc (т.З), имеющего направление, противоположное первоначальному. Величина Нc называется КОЭРЦИТИВНОЙ СИЛОЙ. При дальнейшем увеличении этого поля возникает намагниченность обратного знака и вновь может быть достигнуто насыщение (точка 4). В

 Проведя затем процесс в обратную сторону, можно

получить зам­кнутую кривую, которая называется

 ПЕТЛЕЙ ГИСТЕРЕЗИСА. Если начать размагничивание 

 0  Рис.4. Н

наблюдаться петли гистерезиса меньшего размера, как 

бы вписанные в основную петлю. Величина IR(или ВR), Hc , а также мах являются основными характеристиками ферромагнетиков. Магнетики, у которых коэрцитивная сила мала и узкая петля гистерезиса, называются "магнито-мягкими". Они используются для изготовления сердечников трансформаторов. Материалы с большой коэрцитивной силой имеют широкую петлю гистерезиса. Они называются "магнито-твердыми", применяются для изготовления постоянных магнитов. Остаточное намагничивание может быть нарушено в результате удара. Аналогично действует и нагревание.

4. При намагничивании ферромагнетика происходит изменение его формы и объема. Это явление называется МАГНИТОСТРИКЦИЕЙ. Величина и знак этого эффекта зависят от напряженности магнитного поля, от угла между направлением поля и кристаллической осью (в случае монокристаллических тел). Удлинение, имеющее при этом место (составляет стотысячные доли от начальной длины). Наблюдается у ферромагнетиков и обратное явление - изменение намагничивания при деформации.

 

 Рис.5

5. Каждый ферромагнетик характеризуется определенной, обычно довольно высокой температурой, при достижении которой он теряет свои ферромагнитные свойства и переходит в парамагнитное состояние. Температура эта называется ТОЧКОЙ КЮРИ (Тк)ферромагнетика (см.табл.1). При достижении точки Кюри у него меняется также теплоемкость, электропроводность и ряд других физических характеристик.

 Таблица 1

Н, эрстед

Fe,

Ni,

Co,

Сплав Гейслера,

1

5800

650

-

-

1,5

5000

900

-

-

5

2200

865

114

80

10

1230

494

170

72

100

160

62

78

20

Точка Кюри,т0,кс

~770

~355

~1180

~330

 Процесс перехода вещества из ферромагнитного состояния впарамагнитное, совершающийся в точке Кюри, не сопровождается выделением или поглощением тепла. При охлаждении такого образца ниже точки Кюри ферромагнитные свойства его восстанавливаются Свойства ферромагнетиков, объясняются на основании представлений об их доменном строении. Домен - это область, обладающая определенным магнитным моментом в отсутствии поля, область спонтанного намагничивания, что обусловлено выстраиванием магнитных моментов всех атомов данной области параллельно друг другу. Экспериментально установлено, что это происходит только в тех веществах, в атомах которых имеются недостроенные внутренние электронные оболочки, а следовательно, и нескомпенсированные спиновые моменты. На свойства атома мало влияют валентные электроны, кроме того, в магнитный момент атома практически не дают вклада орбитальные магнитные моменты. Очевидно, между спинами электронов существует сильное взаимодействие, в результате которого спиновые магнитные моменты устанавливаются параллельно друг другу, что соответствует более устойчивому и энергетически выгодному состоянию системы электронов. Как показал теоретический анализ, а позднее и эксперимент, это взаимодействие имеет не магнитное, а скорее электрическое происхождение. Объяснить, однако, возникновение спонтанного намагничивания с точки зрения классической физики нельзя. Взаимодействие это, названное "обменным", связано с обменом электронов местами и объясняется с позиций квантовой механики, линейные размеры доменов не превышают обычно 0,01 мм, их можно увидеть с помощью микроскопа.

В отсутствии внешнего магнитного поля магнитные моменты отдельных доменов

ориентированы таким
образом, что суммарный магнитный 
момент всего образца равен нулю.
Направления эти в случае монокри­-
сталлов не произвольные, а вполне
определенные, совпадающие с так
называемыми направлениями легчай-­ рис.6,
шего намагничивания монокристалла ферромагнетика. Число направлений
легчайшего намагничения зависит от кристаллографической структуры данного вещества. Так в гексагональном кобальте существует одно такое направление - его гексагональная ось и одна половина доменов имеет направление вдоль оси, а другая - против. В кубическом железе таких направлений три. На рис.6 изображено расположение доменов в одном кристалле железа. Характерна для кубических ферромагнетиков конфигурация с замыкающими доменами (рис.7).



Рис.7 Рис.8

В поликристаллических веществах, где отдельные монокристаллы разбросаны своими кристаллографическими осями хаотически, магнитные моменты доменов в отсутствии поля принимают в пространстве любые полях, в монокристалле наблюдается смещение границ доменов, в результате чего направления. При наложении внешнего магнитного поля в начале, при слабых происходит (за счет других доменов) увеличение тех доменов, магнитные моменты которых составляют с направлением поля меньший угол (рис.8а,б). Таким образом, уже слабое поле может вызвать большое общее намагничивание образца.

Нужно отметить, что вначале смещение границ доменов носит обратимый характер, т.е. размагничивание образца.

Нагревание образца до температуры, равной точке Кюри, приводит в результате интенсивного теплового движения атомов к распаду доменов и к переходу вещества из ферромагнитного состояния в парамагнитное.


Физика, начертательная геометрия - лекции и примеры решения задач