Петров К.С. Радиоматериалы и радиокомпоненты (2003) (1152094), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Атомы с одинаковым (параллельным) направлением магнитных моментов группируются в микроскопические области, называемые доменами. Размеры и форма доменов определяются из условия минимума свободной энергии системы. Энергетически выгодна структура с боковыми замыкающимии доменами, показанная на рис. 1.35. Рис. 1.3в При такой структуре доменов магнитный поток замыкается внутри образца, а за его пределами магнитное поле отсутствует, Под воздействием внешнего магнитного поля изменяются размеры и границы доменов и происходит намагничивание образца, при этом магнитная восприимчивость достигает 10' — 1У.
Подобными свойствами обладают железо, никель, кобальт и некоторые сплавы, Антиферромагиетики — это материалы, в которых в результате обменного взаимодействия происходит антипараллельная ориентация магнитных моментов атомов, поэтому собственный магнитный момент у таких материалов отсутствует.
Для антнферромагнетиков характерна невысокая положительная магнитная восприимчивость (10 '-10 '). Антиферромагнетизм обнаружен у хрома, марганца, некоторых редкоземельных элементов и ряда соединений на основе металлов переходных групп. Ферркиагнетики — зто материалы, в которых обменное взаимодействие происходит косвенно, через немагнитные ионы кислорода В результате такого взаимодействия образуются магнитные моменты, ориентированные в противоположные стороны, но их количество неодинаково, поэтому у ферримагнетиков существует собственный магнитный момент. Подобно ферромагнетикам они обладают высокой магнитной восприимчивостью. Ферримагнетизмом обладают соединения оксида железа (Ре,О,) с оксидами других металлов.
Примером может служить соединение оксида железа с оксидом никеля (%0), называемое ферритом никеля, формула которого может быть записана как %Ре,Ое Чтобы понять природу ферримагнетизма, необходимо рассмотреть структуру кристалла феррита, элементарная ячейка которого представляет собой куб, содержащий восемь структурных единиц%Ре,Ое Тридцать два крупных отрицательных иона кислорода в элементарной ячейке расположены так, что они соприкасаются друг 1.4. Магнитные свойства радиоматериалов с другом, в промежутках между ними расположены более мелкие положительные ионы железа и никеля.
В восьми промежутках расположена половина трехвалентных ионов железа, каждый из которых окружен четырьмя ионами кислорода. Такое положение ионов железа называют А-положением. Эти ионы имеют одинаковую ориентацию магнитных моментов и образуют первую подрешетку. В шестнадцати других промежутках расположена другая половина трехвалентных ионов железа и восемь двухвалентных ионов никеля, каждый из которых окружен шестью ионами кислорода. Такое положение ионов называют В-положением, Эти ионы образуют вторую подрешетку, в которой магнитные моменты ионов имеют направление, противоположное направлению магнитных моментов в первой подрешетке.
Учитывая описанный характер распределения ионов и используя стрелки для указания магнитных моментов, структурную формулу феррита никеля можно представить в виде (Ее"')(ге"' %" ] О, Здесь в круглых скобках указаны ионы, занимающие А-положение, а в квадратных — ионы, занимающие В-положение. При такой структуре магнитные моменты трехвалентных ионов железа компенсируются, и спонтанное намагничивание вызывается магнитными моментами двухвалентных ионов никеля.
Намагничивание ферромагнетиков Если ферромагнетик поместить в магнитное поле, то при увеличении напряженности внешнего поля Н можно наблюдать возрастание магнитной индукции В (рис. 1.36), которое обусловлено двумя основными процессами: смещением доменных границ и поворотом магнитных моментов доменов. рис. т.ве В качестве исходного примем размагниченное состояние ферромагнетика. Этому состоянию соответствует ориентация спинов в доменах, показанная на рис. 1.37, а. При увеличении напряженности поля увеличивается объем тех доменов, магнитные моменты которых образуют наименьший угол с направлением внешнего поля (рис. 1.37, б), при этом магнитная восприимчивость не изменяется, а магнитная нндукция возрастет пропорционально напряженности поля (участок 1 на рис.
1.36). После снятия поля доменные границы возвращаются в исходное положение. В области более сильных полей смещение доменных границ носит необратимый характер (рис. 1.37, в). На участке необратимого смещения границ кривая намагничивания имеет наибольшую крутизну (участок 2 на рис. 1.36). Е2 Глава 1. Электрофизические свойства радиомвтериалов Й Й е Рис. 1.37 По мере дальнейшего увеличения напряженности поля начинает работать второй механизм намагничивания — происходит поворот магнитных моментов доменов в направлении поля (участок 3 на рис.
1.36). Когда все магнитные моменты доменов оказываются сориентированными вдоль поля (рис. 1.37, г), наступает техническое насыщение намагниченности (участок 4 на рис. 1.36). Некоторое увеличение индукции на участке насыщения вызвано слагаемым рсО в уравнении (1.29) и увеличением намагниченности самого домена. Используя кривую намагничивания, можно построить график зависимости магнитной проницаемости от напряженности магнитного поля, которая в соответствии с (1.29) равна В р роН Магнитная проницаемость р пропорциональна тангенсу угла наклона прямой линии, проведенной из начала координат через точку на кривой намагничивания.
Зависимость проницаемости р от напряженности поля Н показана на рис. 1.38. Значение проницаемости в слабых полях называют начальной магнитной проницаемостью (р„). Наибольшее значение магнитной проницаемости называют максимальной проницаемостью (р ). Н Рис. 1.ЗВ Если после намагничивания ферромагнетикадо насыщения уменьшать напряженность внешнего поля Н, то индукция уменьшится, однако она будет больше, чем при начальном намагничивании. На рис. 1.39 представлены зависимости В =7(Н) при увеличении и уменьшении напряженности поля; они не тождественны вследствие явления гистерезиса. При уменьшении Ндо нуля в образце остается остаточная индукция В,. Для того чтобы уменьшить индукцию до нуля, необходимо изменить направление поля на противоположное, после чего увеличивать напря- ез 1.4.
Магнитные свойства адиоматериалов женность поля до величины — Н„называемой коэрцетивной (задерживающей) силой. Если после этого продолжать увеличивать напряженность поля, то ферромагнетик намагнитится до насыщения — В,. Изменяя циклически напряженность поля Н, можно получить петлю гистерезиса. Экспериментально установлено, что в монокристаллах ферромагнетиков существуют направления легкого и трудного намагничивания.
Это явление называется магнитной анизотропией. Так, например, у железа, имеющего структуру объемно центрированного куба, направления легкого намагничивания совпадают с ребрами куба. Направления трудного намагничивания совпадают с диагоналями куба. Направления среднего намагничивания совпадают с диагоналями граней куба. У никеля, имеющего структуру гранецентрированного куба, наоборот, ось легкого намагничивания совпадает с диагональю куба, а ось трудного намагничивания — с ребром куба. При намагничивании ферромагнетиков наблюдается изменение их размеров и формы.
Такое явление называется магниглостлрикииж. Магнитострикцию оценивают значением относительной деформации материала в направлении магнитного поля: Х = Ь(4. Численное значение коэффициента магнитострикции Х зависит от типа структуры, кристаллографического направления, напряженности магнипюго поля и температуры. При этом мапппострикция может быть как положительной, так и отрицательной, то есть размеры образца в направлении поля при намагничивании могут как увеличиваться, так и уменьшаться.
Так, например, для монокристалла железа, намагниченного в направлении ребра куба, линейные размеры в этом направлении уменьшаются, при намагничивании вдоль диагонали куба увеличиваются. Процесс перемагничивання магнитных материалов в переменном магнитном поле связан с потерями энергии, вызывающими нагрев материала. Эти потери обусловлены необратимым смещением границ доменов, они пропорциональны площади петли гистерезиса и частоте переменного магнитного поля.
Мощность потерь, расходуемых на гистерезис, определяется формулой где ц — коэффициент, зависящий от свойств материала;  — максимальная индукция в течение цикла перемагничивания; и = 1,6...2,0 — показатель степени, зависящий от В ,1 — частота; У вЂ” объем образца. Глава 1. Электрофизические свойства радиоматериалое Помимо потерь на гистерезис перемагничивание магнитного материала сопровождается динамическими потерями, обусловленными вихревыми токами, которые магнитный поток индуцирует в магнитном материале. Эти токи возникают в плоскости, перпендикулярной магнитному полю.
Мощность потерь на вихревые токи определяется формулой Р,= ЦгВ )г, где с, — коэффициент, зависящий от удельной проводимости, формы и размеров поперечного сечения материала. Для уменьшения потерь на вихревые токи в трансформаторах применяют сердечники из тонких листов ферромагнитных материалов, изолированных друг от друга и обладающих высоким удельным электрическим сопротивлением. Магнитомягкие материалы. Магнитомягкие материалы — зто такие материалы, которые обладают малой коэрцетивной силой Н, и высокой магнитной проницаемостью и. Они характеризуются узкой петлей гистерезиса и малыми потерями на перемагничивание и используются в основном в качестве сердечников трансформаторов, дросселей, электромагнитов и др.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
