№ 67 (1107947), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Прициклическомперемагничиванииферромагнетикаизменение8намагниченности в нем будет изображаться петлеобразной замкнутойкривой 1I'2 I''1.Таким образом, значение намагниченности в ферромагнетикеопределяется не только приложенным магнитным полем, но еще зависитот предыдущих состояний, причем происходит своеобразное отставаниеизменения намагниченности от изменений напряженности поля. Этоявление получило название магнитного гистерезиса, а указанная вышепетлеобразнаякриваязависимостиI(H)прициклическомперемагничивании называется петлей гистерезиса.Из кривых рис. 2 видно, что при выведении намагничивающегополя до нулевого значения в магнетике сохраняется остаточнаянамагниченность I'.
При увеличении амплитуды намагничивающего поляона стремится к предельному значению Io. Петля гистерезиса,соответствующая этому значению остаточной намагниченности,называется максимальной. Все другие петли гистерезиса называютсячастными петлями гистерезиса.Чтобы уничтожить остаточную намагниченность, в объемеферромагнетика необходимо создать определенное поле, направленноепротив первоначального намагничивающего поля, изображаемогоотрезкомOHк.Это поле называется коэрцитивной силойферромагнетика.Ферромагнетики с большой коэрцитивной силой называютсямагнитожесткими.
Для них характерна широкая петля гистерезиса, ионииспользуютсядляизготовленияпостоянныхмагнитов.Магнитомягкие материалы обладают узкой петлей гистерезиса исоответственно малой коэрцитивной силой и могут быть использованы,например, для сердечников трансформаторов т.к. узость петли гистерезисаобеспечивает относительно низкие потери энергии на перемагничивание.Для того чтобы размагнитить ферромагнетик, его помещают внутрькатушки, питаемой переменным током, и амплитуду тока постепенноуменьшают до нуля. При этом ферромагнетик подвергается многократнымциклическим перемагничиваниям, соответствующим различным частнымпетлям гистерезиса, которые, постепенно уменьшаясь, стягиваются к точкеО (рис.
2), где намагниченность равна нулю.Согласно современным представлениям, в ферромагнетикахвозникает ориентация элементарных магнитных моментов независимо отвнешнего магнитного поля, так что ферромагнетик намагничен донасыщения уже без всякого поля. Наличие такого самопроизвольного, илиспонтанного намагничивания является наиболее характерным свойствомферромагнетиков. Однако, в отсутствие внешнего поля ферромагнетикимогут быть и не намагничены. Это объясняется тем, что образецразбивается на большое число малых, но макроскопических, областей,9называемых доменами.
Каждая из этих областей намагничена весьмасильно, но направления намагничивания в отдельных доменах различны итаковы, что полный магнитный момент образца равен нулю. Разбиениеферромагнетика на домены выгодно с энергетической точки зрения. Еслиферромагнетик состоит из одного домена, то во внешнем пространствевозникает магнитное поле, которое заключает в себе определеннуюэнергию. Поэтому ферромагнетик из однодоменного состояния стремитсяперейти в такое многодоменное состояние, в котором магнитное поле внеобразца отсутствует.
Разбиение на домены приводит к уменьшениюэнергии ферромагнетика.Сильная ориентация магнитных моментов внутри доменоввызывается силами обменного взаимодействия, наличие которых необъясняется в классической физике. Природа обменного взаимодействияобъясняется только в курсе квантовой физики.С наличием доменов связан и сложный характер зависимостинамагниченности от внешнего поля.
В отсутствие внешнего поляферромагнетик разбивается на домены и его результирующий магнитныймомент равен нулю. При включении внешнего поля энергии отдельныхдоменов становятся неодинаковыми: энергия меньше для тех доменов, вкоторых вектор намагничивания образует острый угол с направлениемвнешнего поля, и больше, если этот угол тупой. Поэтому возникает такойпроцесс смещения границ доменов, при котором объем доменов с меньшейэнергией возрастает, а с большей энергией уменьшается.
В случае оченьслабых полей эти смещения границ обратимы и точно следуют заизменением поля. При увеличении поля смещения границ доменовделаются необратимыми и энергетически невыгодные домены исчезаютвовсе. Если поле увеличивается еще больше, то возникает процесс, прикотором изменяется направление магнитного момента внутри домена(намагничивание вращения). В очень сильном поле магнитные моментывсех доменов устанавливаются параллельно полю.
В этом состоянииферромагнетик имеет наибольший магнитный момент, т. е намагничен донасыщения. Процессы перемагничивания носят необратимый характер ипроисходят с некоторой задержкой по сравнению с первым вводом поля,т. е. смещение границ и поворот вектора намагничивания отстают отизменения поля, что приводит к появлению гистерезиса и остаточнойнамагниченности.Температура Кюри. При повышении температуры способностьферромагнетиков намагничиваться уменьшается. При этом падаютзначения их магнитной восприимчивости и проницаемости при любомзначении магнитного поля, сужается петля гистерезиса и уменьшаетсянамагниченность насыщения Is. При некоторой температуре ТК,называемой температурой Кюри, ферромагнитные свойства исчезаютвовсе. Температура Кюри различна для разных ферромагнетиков: ТК10кобальта составляет 1150°С, железа - 770°С, никеля - 360°С, гадолиния 17°С, температуры Кюри сплавов сильно зависят от соотношениявходящих в них элементов.При температурах более высоких, чем температура Кюри,ферромагнетик превращается в парамагнетик.
Зависимость магнитнойвосприимчивостиот температуры для таких парамагнетиковподчиняется закону Кюри Вейсса, который имеет видC,T - Tж(12)здесь С постоянная, зависящая от рода вещества, а ТК температураКюри.В системе СИ единицей напряженности магнитного поля H являетсяампер на метр (А/м). Индукция магнитного поля B измеряется в тесла(Т), намагниченность I – в ампер на метр (А/м). Магнитная постоянная-7генри на метр (Г/м). Величиныиявляютсяo=4 10безразмерными. В литературе часто используют абсолютнуюсимметричную систему электрических и магнитных единиц (системуединиц Гаусса).
В этой системе напряженность магнитного поля Hизмеряется в эрстедах (Э), 1Э = (103/4 ) А/м, а магнитная индукция B вгауссах (Гс), 1Гс=10-4Т.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬДля изучения магнитной восприимчивости вещества используютсяблоки, входящие в состав лабораторного комплекса ЛКЭ-1: генераторГСФ-1; модуль М03 «Поле в веществе», в частности, входящий всостав данного модуля соленоид с датчиками Д1, Д2 и Д3, двухканальныйосциллографC1-131/1, позволяющий одновременно наблюдать двасигнала.
Сигнал (синусоидальное напряжение) с генератора ГСФ-1Рис. 3. Соленоид с датчиками (в разрезе).подается на соленоид L. На один канал двухканального осциллографа11C1-131/1 подается напряжение с соленоида L, на другой канал –напряжение с датчика Д3 (упражнение 1) или двух последовательносоединенных датчиков Д1 (или Д2) и Д3 (упражнение 2), расположенныхвнутри соленоида L.
Датчики внутри соленоида представляют собой триодинаковые катушки индуктивности с контактами, ведущими из соленоида(рис. 3). Сигнал с датчика (напряжение на датчике U), согласно законуэлектромагнитной индукции Фарадея, пропорционален изменению повремени магнитного потока внутри соленоида: U d /dt.Магнитная восприимчивость в данной задаче определяетсяиндукционным методом следующим образом. Поток вектора магнитнойиндукциичерез датчик Д3 равен величине магнитной индукции Bумноженной на площадь сечения датчика SД и количество витков вдатчике N:= B SД N.(13)Если внутри соленоида образец отсутствует, то напряжение U надатчике Д3 равно скорости изменения магнитного потока через сечениесоленоида во времени: U = d /dt. Если теперь внести в соленоид образец,то поток, проходящий через сечение образца S, увеличится враз, апоток через остальное сечение датчика (SД – S) не изменится.
Такимобразом, для расчета напряжения на датчике из первоначального потоканадо вычесть ту часть, которую занимает образец, а вместо нее добавитьпоток, увеличенный враз:UddtSSДSSДU0 1SSДSSДU0 1S(SД1)U0 1SSД, (14)где U и U0 – напряжение с образцом (стержнем) и без образца,соответственно, S – площадь поперечного сечения стержня, SД – площадьпоперечного сечения датчика Д3. В итоге для восприимчивости образцаполучается формула= (U/U0 – 1) SД/S.(15)Для проведения измерений собирается схема (рис. 5 или рис. 6). Нагенераторе ГСФ-1 устанавливается частота сигнала около 100 Гц. Частотаустанавливается следующим образом: ручка «частота» повернута намаксимальное значение, кнопки « x 3 » и « х 10 » нажаты, кнопка « х 100» отжата.
Кнопка « ток » – нажата, кнопки изменения формы сигнала на12пилообразный и прямоугольный – отжаты. Ручка регулировки уровнявыходного сигнала « УРОВЕНЬ » должна быть повернута примерно наодну треть шкалы.Если на один из входов ( Y1 или Y2 ) двухканального осциллографаC1-131/1 подан синусоидальный сигнал, то на экране должна быть виднасинусоида. Смещением синусоиды по горизонтали и вертикали можноуправлять ручкамии ↨; от положения переключателя « TIME/DIV »наосциллографезависитколичествопериодовсинусоиды,прорисовываемых на экране.
Усиление сигнала соответствующего каналарегулируется переключателями V/DIV (рис.4). Правый двухпозиционныйпереключатель грубо изменяет усиление, левый многопозиционный –более плавно. Если правый переключатель указывает на« V », топоказание нижней шкалы левого переключателя дает цену деления ввольтах на большое деление шкалы экрана.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
