Э.Т. Брук, В.Е. Фертман - «Ёж» в стакане. Магнитные материалы - от твердого тела к жидкости (1163240), страница 13

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 13)

Конечно, раз иение КИЮ И физических исследований на теоретические экспериментальные в значительной мере условно. Ведь всякая физическая теория опирается на эксперимент, а эксперимент немыслим без какой-либо физической теории. Как два крыла птицы, теория и эксперимент обеспечивают плодотворный «полет» науки. Одна из ловушек, подкарауливающих исследователя, который изучает поведение ферромагнетика во внешнем магнитном поле,— это так называемое «размагничивающее» поле. Допустим, что у нас есть ненамагниченный образец ферромагнитного материала, который мы помещаем между полюсами магнита.

Попав в магнитное поле Ы, (индекс е означает, что поле внешнее), образец намагнитится, т. е. приобретет магнитный момент. Пусть этот образец имеет форму плоского бруска, а внешнее магнитное поле направлено вдоль бруска. Тогда на торцах бруска возникнут так называемые «магнитные полосы», которые создадут поле, направленное против внешнего поля Н,. Это поле, обязанное своим существованием все той же поверхности (вспомните домены!),— а во всяком эксперименте мы имеем дело с образцами только конечных размеров,— обозначается И . Его появление приводит к тому, что наш ферромагнитный образец находится вовсе не в том внешнем магнитном поле, в которое мы его помещали, а в суммарном поле внешнего и размагничивающего полей: Н=Н,+Н .

От чего зависит размагничивающее поле и как его измерить или вычислить? Вообще говоря, оно зависит от формы образца; Логично предположить, что размагничивающее поле за- висит от намагниченности — ведь его возникновение связано именно с процессом намагничивания ферромагнетика. Самое простое предположение относител ьно связи намагниченности и размагничивающего поля выглядит так: Н = — ЖМ. 3нак минус указывает на противоположное направление этих величин, а Ж есть размагничнвавщий фактор, или коэффициент размагмичивймия.

Оказывается, эта формула в точности подходит лишь для образцов, имеющих форму эллипсоидов вращения. В этом случае размагничивающее поле однородно, т. е. все точки образца находятся в размагничивающем поле одной и той же величины. Для всех других тел размагничивающее поле неоднородно и к тому же зависит от магнитной проницаемости, которая сама зависит от величины приложенного поля. Влияние размагничивающего поля будет существенным только для тел с большой намагниченностью, т. е.

Дл я сил ьных ма гяетиков. Теперь, наконец, можно приступить к измерениям, сказав предварительно несколько слов о методах измерения. Баллистический метод, применяемый для исследования магнитных свойств вещества, основан на явлении электромагнитной индукции. Как известно из школьного курса физики, сущность этого явления, открытого Фарадеем, состоит в том, что в замкнутом проводнике, находящемся в переменном магнитном поле, возникает электродвижущая сила.

Фарадей установил, что ток возникает в трех случаях: когда магнит перемещают около провода; Огклонение стрелки также можно связать с ка ма Гкичеккостью. Теперь мы знаем, кажется, все для проведения эксперимента. Начнем, пожалуй. АДАЛЛО, ВЫ МЕНЯ СЛЫШИТЕ?», ИЛИ ПЕТЛЯ ГИСТЕРЕЗИСА Итак, эксперимент начался. Мы измеряем индукцию, которую найдем, например, по мехакическому момектУ, действУюшемУ на "он тур.

Индукции или намагниченность возникает в результате воздействия внешнего магнитного поля, напряженность которого мы тоже контролируем. В самом начале эксперимента поле выключено, его напряженность равна нулю. А намагниченность? Чему равна она? Если нет внешнего поля, то равна нулю и намагниченность — такой ответ кажется правильным, но это только кажется. На самом деле намагниченность может быть любой! Любой в том смысле, что ее значение не выходит за пределы, очерченные природой ферромагнетика, но в этих пределах действительно любой. От чего же зависит ее значение~ От того, в каких условиях испытываемый образец находился раньше, до начала эксперимента.

Выхо- проводиться его исследование. При этом охлаждении в кристалле возникнет спонтанная намагниченность, за которую ответственна обменная энергия, но в целом магнитный момент образца будет равен нулю, потому что он разобьется на домены. Итак, приложим к размагниченному образцу магнитное поле Н. Его значения будем от- Рис.

32. Зависимость индукции от поля. Рис. 33. Основная криВая намаГничивания. 101 кладывать на оси абсцисс. Значение же намагниченности отложим на оси ординат в том виде, в каком она вносит вклад в индукцию: 4яМ. Результаты наших «измерений» представлены на рис. 11. Кривая, описывающая зависимость намагниченности от величины приложенного магнитного поля, когда исходным состоянием является полностью размагниченное, называеется основной кривой намагничивании.

Ее типичное поведение для большинства ферромагнетиков таково: намагниченность быстро растет в области малых полей; при дальнейшем увеличении напряженности внешнего поля рост ее замедляется, и она постепенно приближается к горизонтальной прямой. Познакомившись ранее с доменной структурой, мы можем уверенно сказать, что крутой участок кривой соответствует процессам перестройки доменов, по окончании которых наступает насыщение, т. е. однородная намагниченность всего образца. Форма кривой намагничивания является одной из важнейших характеристик данного ферромагнитного материала. Сходную зависимость от поля обнаруживает индукция (рис. 12), также круто возрастающая в малых полях и выходящая на горизонтальный участок.

Значения намагниченности и индукции, соответствующие этим горизонтальным участкам, называются намагниченностью и индукцией технического насыщения и обозначаются М. и 8. (я — первая буква английского слова за$ига11оп — насыщение). Из данных наших измерений нетрудно извлечь зависимость магнитной восприимчивости от поля. Для этого достаточно значения намагниченности разделить на соответствующие значения магнитного поля. Результат деления представлен на рис.

13. Восприимчивость круто растет в области малых полей, достигает достаточно острого максимума, а затем плавно убывает. Этот характерный вид восприимчивости ферромагнетика был установлен еще Столетовым. Он же обнаружил тогда, что результат эксперимента зависит от начального состояния магнитного образца. Коль скоро есть основная кривая намагничивания, должны быть и не основные. Что это за кривыеР Продолжим наш эксперимент. Дальнейшее увеличение поля не ведет к росту намагниченности.

Давайте попробуем 102 уменьшать его, но перед тем, как начать это делать, поразмыслим над вопросом: что при этом должно произойти? Рассуждая формально, можно прийти к выводу, что намагниченность должна также уменьшаться, возвращаясь по той же самой кривой к своему начальному значению. Такой Рис. 33. Зависимость восприимчиаости ферромагнйтика От пОля. Рис. 34. Остаточная на- магниченность ферромаг- нитного образца. вывод, однако, совершенно неверен. Если бы дело обстояло так, то постоянных магнитов вообще не существовало бы, вернее, они существовали бы до тех пор, пока находились во внешнем магнитном поле. Вот какая картина наблюдается в действительности, если плавно уменьшать полю От тюх значений, при которых достигнуто насыщение, до нуля: намагниченность при этом несколько уменьшается (величина этого уменьшения зависит, конечно, от конкретного материала), но вовсе не падает до нуля (рис.

14). Значение намагниченности, соответствующее нулевому полю, называется остаточной намагниченностью и обозначается М». Как быть дальше? Нельзя ли уменьшить поле ниже нуля? Не на. до забывать 0 том, что магнитною полю— вто вектор и что можно изменить его направление. На графике перемена направления выравится в переходе значений напряженности магнитного паля в отрицательиув область. Рвс. 36. Петля гистерезиса и скачки Ьаркгаузена. Рас. 36. Козрцитивная сила фсрромагиитиого образца. Увеличивая поле, направленное в противоположную остаточной намагниченности сторону, мы добьемся в конце концов, что намагниченность обратится в нуль. Значение поля И„необходимое для того, чтобы сделать намагниченность равной нулю, называется коэрцитивной силой (рис.

И). Как и остаточная намагниченность, она является одной на важнейших характеристик магнитного материала. При дальнейшем увеличении поля в ферромагнетике снова достигается насыщение с тем отличием, что намагниченность имеет направление, противоположное начальному. Поскольку оба направления — прямое и обратное — зквивалентны, вследствие симметрии новая перемена направления поля должна снова перемагнитить образец до полного насыщения, причем намагниченность снова изменит свое направление. И действительно, кривая поведения намагниченности при обратном ходе поля симметрична по отношению к началу координат. Эксперимент это подтверждает. В результате возникает замкнутая кривая, называемая петлей гистерезиса (рис.

Характеристики

Список файлов книги