Ферромагнетизм
§ 4.6. Ферромагнетизм.
Рассматривая модель парамагнетика (ПМ), основным критерием для существования парамагнетизма мы считали наличие отличного от нуля магнитного момента у атома и отсутствие взаимодействия между магнитными моментами. При наличии (учете) взаимодействия между магнитными моментами магнитные свойства существенно изменяются. На рис.5.15 приведена зависимость намагниченности от поля для железа. Видно, что в поле 
намагниченность достигает насыщения 
.Температурная зависимость намагниченности насыщения приведена на рис.4.16.
При 
(температура Кюри) ферромагнетик (
) переходит в 
. Выше 
- линейная функция, как у обычных (рис.4.17). Это можно объяснить такими механизмами. Если и отличаются лишь наличием взаимодействия между магнитными моментами, то при энергия этого взаимодействия становится равной 
, а при 
оно уже не играет роли. Не рассматривая природы данного взаимодействия, назовем его обменным взаимодействием и оценим его величину, если 
:
. (4.70)
Сравним 
с энергией магнитного поля при 
, рассчитывая величину 
, при котором 
.
.
При этом 
. Максимально достижимое в импульсе магнитное поле имеет величину 
.
Таким образом, энергия является довольно большой по величине, а поскольку это взаимодействие осуществляется между магнитными моментами, оно приводит к их упорядочиванию, т.е. к параллельной ориентации магнитных моментов. В ФМ существует спонтанная ориентация магнитных моментов в отличие от ПМ, в которых она является хаотической. ФМ является магнитоупорядоченным веществом.
Образование одной ориентации магнитных моментов во всем макроскопическом объеме невозможно из-за эквивалентности распределения кристаллографических направлений (например, диагоналей куба). Поэтому происходит разбиение кристалла, как и в случае сегнетоэлектрика, на домены. Внутри домена существует спонтанная намагниченность 
, но эти ориентированы друг относительно друга в кристалле так, чтобы суммарный магнитный момент тела был равен нулю. Можно представить довольно много типов ДС, построенных по типу замыкания потока внутри ФМ (рис.4.18).
Люди также интересуются этой лекцией: 3. Субъекты международного бизнеса.
Если теперь приложить к ФМ поле 
, то увеличение намагниченности 
(см. (4.20)) всего объема ФМ происходит за счет двух типов процессов, которые можно получить следующим образом:
,
где 
- объем i-го домена; 
- угол между и каким-то определенным направлением (например, направлением поля):
,
Видно, что первое слагаемое приводит к росту объема доменов с выгодной ориентацией, второе – к повороту вдоль поля. Процессы, происходящие при этом, называются процессами смещения границ доменов и вращения векторов . Кривая намагничивания ФМ (рис. 4.15 и 4.19) содержит участки, на которых происходит каждый из рассматриваемых процессов.
Основная кривая намагничивания измеряется при росте , начиная из размагниченного состояния ФМ. Последующее уменьшение приводит к появлению петли гистерезиса (рис.4.20). Величина 
- остаточная намагниченность; 
- коэрцитивная сила. Причиной гистерезиса является необратимость процессов смещения и вращения. Область технического применения ФМ определяется величинами 
. Трансформаторные стали имеют большую величину 
и малую величину : 
, 
. Материал для постоянных магнитов 
имеет большую : 
, 
.
