И.В. Савельев - Курс общей физики. Том 2. Электричество и магнетизм, волны, оптика (1115514), страница 34
Текст из файла (страница 34)
Их намагниченность в огромное (до 10") число раз превосходит намагниченность диа- и парамагнетиков, принадлежащих к категории слабомагнитных веществ. Намагниченность слабомагнитных веществ изменяется с напряженностью поля линейно. Намагниченность ферромагнетиков зависит от Н сложным образом. На рпс. 59.1 дана кривая намагничения ферромагнетика, магнитный момент которого первоначально был равен нулю (она называется о с но в н о й или и у л е в о й кривой намагничения). Уже в полях порядка нескольких эрстед (-100 А/ы) намагниченность 7 достигает насыщения. Основная кривая намагничения на диаграмме  — Н приведена на рис.
59.2 (кривая Π— 1). Напомним, что В=р,(8+7). Поэтому по достижении насыщения В продолжает расти с Н по линейному закону: В=р,Н+сопз(, где сопз( )1,,7„„. Кривая намагничения железа была впервые получена и подройю исследована русским ученым А. Г.
Столетовым. Разработан- 3 59. Феииомхгнвтизм ный им баллистический метод измерения магнитной индукции находит широкое применение до настоящего времени (см. 9 52). Кроме нелинейной зависимости между Н н 1 (или между Н и В), для ферромагнетнков характерно также наличие г и с т ер е з и с а. Если довести намагничение до насыщения (точка 1 на рис. 59.2) и затем уменьшать напряженность магнитного поля, то нндукция В следует не по первоначальной кривой 0 — 1, а изменяется в соответствии с кривой 1 — 2. В результате, когда напряженность ннешиего поля станет равной нулю (точка 2), намагничениене исчезает н характеризуется величиной В„, которая называется о ст а то ч но й и н д у к ц н е й. Намагниченность имеет при этом г 4ис 1 У Р дз гРР зпг т Н,51н Рис. 59Л.
Рис. Й9зь значение 1„называемое остаточной намагяиченн о с т ь ю. Индукция В обращается в нуль лишь под действием поля Н„ имеющего направление, противоположное полю, вызвавшему иамагничение. Напряжениость Н, называется к о э р н и т н в н о й с и л о й. Существование остаточной намагниченности делает возможным изготовление постоянных магнитов, т. е. тел, которые без затраты знергии на поддержание макроскопическнх токов обладают магнитным моментом н создают в окружающем нх пространстве магнитное поле.
Постоянный магнит тем лучше сохраняет свои свойства, чем больше коэрцитивная сила материала, нв которого ан изготовлен. Прн действии на феррамагнетнк переменно|о магнитного поля индукция изменяется в соответствии с кривой 1 — 2 — 3 — 4 — 5 — 1 (рис.
59.2), которая называется п е т л е й г и с т е р е з и с а (аналогичная петля получается и на диаграмме 1 — Н). Если максимальные значения Н таковы, что намагниченность достигает насыщения, получается так называемая м а к с и м а л ь н а я не тл я г н стер е ни с а (сплошная петля на рис. 59.2). Если ; Ф гл. чп. млгнитное поле в вещества 178 при амплитудных значениях Н насьпцение не достигается, получается петля, называемая ч а с т н ы м ц и к л о м (пунктирная петля на рисунке). Частных циклов существует бесконечное множество, все онн лежат внутри максимальной петли гистерезиса. Гистерезис приводит к тому, что намагничение ферромагнетика не является однозначной функцией Н; оно в сильной мере зависит от предыстории образца — от того, в каких полях он побывал прежде.
Например, в поле напряженности Н, (рис. 59.2) индукции Я может иметь любое значение в пределах от В; до В;. / Из всего сказанного о ферромагнети- Я ках следует, что онн очень похожи по 4 своим свойствам на сегнетозлектрики (см. з 23). В связи с неоднозначностью зависиб // мости В от Н понятие магнитной про. Р 1 ницаемости применяется лишь к основРаам ной кривой намагничения.
магнитная р -ш йа~. - н( л 6 . Р вость т) является функцией напряженности поля. Йа рис. 59.3, а изображена основная кривая намагннчения. Проведем из начала координат прямую линию, Рис. зз.з. проходящую через произвольную точку кривой. Тангенс угла наклона этой прямой пропорционален отношению В/Н, т. е.
магнитной проницаемости р для соответствующего значения напряженности поля. При увеличении Н от нуля угол наклона (а значит и р) сначала растет. В точке 2 он достигает максимума (прямая 0 — 2 является касательной к кривой), а затем убывает. На рис. 59.3, б дан график зависимости р от Н. Из рисунка видно, что максимальное значение проницаемости достигается несколько раньше, чем насыщение. При неограниченном возрастании Н проницаемость асимптотически приближается к единице. Это следует из того, что / в выражении 9=1+,//Н не может превысить значения /„„. Величины В, (или /„), Н, и р,„являются основными характеристиками ферромагнетика.
Если йозрцитивная сила Н, велика, ферромагнетик называется ж е с т к и м. Для него характерна широкая петля гистерезиса. Ферромагнетнк с малой Н, (и соответственно узкой петлей гистерезнса) называется м я г к й м. В зависимости от назначения берутся ферромагнетикн с той или иной характеристикой. Так, для постоянных магнитов употребляются жесткие ферромагнетики, а для сердечников трансформаторов — мигкие. В табл. 59.1 приведены характеристики нескольких типичных ферромагнетиков. 179 $99.ФеРРомлгнетизм Табл и па 59.! и В.
Геизенбергом в 1928 ы Из опь о о и ) ен ю агнитомехани ческих явлений (см. 9 56) следует, что ответственными за магнитные свойства ферромагнетиков являются собственные (спиновые) магнитные моменты электронов. При определенных условиях в кристаллах могут возникать силы '), которые заставляют магнитные моменты электронов выстраиваться параллельно друг другу. В результате возникают области с п о н т а н н а г о (самопроизвольного) н а м а г н и ч е н и я, которые называют также до м ен а и и.
В пределах каждого домена ферромагнетик спонтанно намагничен до насыщения и обладает определенным магнитным моментом. Направления этих моментов для разных доменов различны (рис. 59.4), так что в отсутствие внешнего поля суммарный момент всего тела равен нулю. Домены имеют размеРы порядка 1 — 1О мкм. ь Действие поля на домены на разных стадиях процесса намагничивания оказывается различным. Вначале, при слабых полях, наблюдается смещение границ доменов, в результате чего происходит увеличение тех доменов, моменты которых составляют с Н меньший угол, за счет доменов, у которых угол Ь между векторами р ! Л о ', 4 н Н больше. Например, домены ! и 3 (рис.
59А) увеличиваются за счет дол1енов 2 и 4. С увеличением напряженности поля этот процесс Ъ идет все дальше и дальше, пока домены с мень- Рис. 59зи шими О (которые обладают в магнитном поле меньшей энергией) не поглотят целиком энергетически менее выгодные домены. На следующей стадии имеет место поворот магнитных моментов доменов в направлении поля.
Прп этом моменты электронов в пределах домена поворачиваются одновременно, без нарушения их строгой параллельности друг другу. Эти процессы (исключая небольшие смещения границ лтежду доменами в очень т) Этн силы называются об м е н н им и. Их объяснение дается только нвантоной механикой. 180 ГЛ. УП. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ В ВЕЩЕСТВЕ слабых полях) являются необратимыми, что и служит причиной гистерезиса. Для каждого ферромагиетнка имеется определенная температура 7'с, при которой области спонтанного намагничеиия распадаются и вещество утрачивает ферромагнитные свойства.
Эта температура называется то ч ко й К ю р и. Для железа она равна 768'С, дли никеля 355'С. При температуре выше точки Кюри ферромагнетик становится обычным парамагнетиком, магнитная восприимчивость которого подчиняется за ко н у К ю р и — В е й сс а (59.1) (ср.
с формулой (58.1)). При охлаждении ферромагиетика ниже точки Кюри в нем снова возникают домены. В некоторых случаях обменные силы приводят к возникновению так называемых антиферромагиетиков (хром, марганец и др.). Существование аитиферромагнетиков было предсказано Л. Д. Ландау в 1933 г. В антиферромагнетиках собственные магнитные моменты электронов самопроизвольно ориентированы антипараллельпо друг другу.
Такая ориентация охватывает попарно соседние атомы. В результате антиферромагнетики обладают крайне малой магнитной восприимчивостью и ведут себя как Очень слабые парамагнетики. Для антиферромагнетнков также существует температура Т„, при которой антипараллельная ориентация спинов исчезает. Эта температура называется а н т и ф е р р омагнитной точкой Кюри или точкой Нееля. У некоторых антиферромагнетиков(например, у эрбия, диспрозия, сплавов марганца и меди) таких температур две (верхняя и нижняя точки Нееля), причем антиферромагнитные свойства наблюдаются только при промежуточных температурах.
Выше верхней точки вещество ведет себя как парамагиетик, а при температурах, меньших нижней точки Нееля, становится ферромагнетнком. ГЛАВА У!!! ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ ф 60. Явление электромагнитной индукции В 1831 г. Фарадей обнаружил, что в замкнутом проводящем контуре прп изменении потока магнитной индукции через поверхность, ограниченную этим контуром, возникает электрический ток. Это явление называют э л е к т р о м а г и и т н о й и н д у кцией, а возникающий ток индукционным. Явление электромагнитной индукции свидетельствует о том, что при изменениях магнитного потока в контуре возникает э л е ктродвнжушая сила инду кции 4'ь Величина г е.; не зависит от способа, которым осуществляется изменение магнитного потока Ф, и опреде- Л ляется лишь скоростью измене- рм ния Ф, т.
е. значением ЙФ1Ж. Прн изменении знака ЙФ1й на- 11 правление еу; также меняется. Рассмотрим следующий пример. На рис. 60.1 изображен контур 1, силу тока в котором 1, можно изменять с помощью Ю реостата. Этот ток создает магнитное поле, пронизывающее нонтур 2. Если увеличивать ток 1„ поток магнитной индукции Ф через контур 2 будет расти.
Это приведет к появлению в контуре 2 индукционного тока 1„ регистрируемого гальванометром. Уменьшение тока 1, обусловит убывание магнитного потока через второй контур, что приведет к появлению в нем индукционного тока иного направления, чем в первом случае. Индукционный ток 1, можно вызвать также, приближая контур 2 к контуру 1 или удаляя второй контур от первого.
В обоих случаях направления возникающего тока противоположны. Наконец, электромагнитную индукцию можно вы- гл. чпь электеомлгнитнля индгкция 182 звать, не перемещая контур 2 поступательно, а поворачивая его так, чтобы изменялся угол между нормалью к контуру и направлением поля. 1!енц установил правило, позволяющее найти направление индукционного тока. П р а в и л о Л е н ц а гласит, что индукиионннй гпон всегда направлен так, чтобы противодействовшпь причине, его вызывающей. Если, например, изменение Ф вызвано перемещением контура 2, то возникает индукционный ток такого направления, что сила взаимодействия с первым контуром противится движению контура.
При приближении контура 2 к контуру 1 (см. рис. 60.1) возникает ток 1.;, магнитный момент которого направлен противоположно полю тока 1, (угол а между векторами р,'„и В ранен и). Следовательно, на контур 2 будет действовать сила, отталкивающая его от контура 1 (см. фзрмулу (46.11)). Прн удалении контура 2 от контура 1 возникает ток 1,", момент которого р,"„ совпадает по направлению с полем тока 1, (а=О), так что сила, действующая на контур 2, направлена к контуру 1. Пусть оба контура неподвижны и ток в контуре 2 индуцируется путем изменения тока 1, в контуре 1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
