Э.Т. Брук, В.Е. Фертман - «Ёж» в стакане. Магнитные материалы - от твердого тела к жидкости (1163240), страница 8

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

Текст из файла (страница 8)

Позвольте,— можете возразить вы,— а обменная энергияг Ведь она, будучи положительной, приводит к тому, что магнитные моменты выстраиваются параллельно друг дру- 55 гу! И кусок железа должен иметь магнитный момент сам по себе, как говорят, спонтанно. Физика — наука экспериментальная. Это означает, что как бы правильно вы ни рассуждали, результат вашего рассуждения нельзя признать верным, если он не подтверждается экспериментом. Эксперимент в физике — да и не только в физике — это суд последней инстанции, приговор которого обжалованию не подлежит (речь, конечно, идет о правильном эксперименте, проведенном без ошибок) .

Единственное, что может его опровергнуть,— это другой эксперимент, более тонкий или более сложный. Возьмите любую железную деталь, прошедшую термообработку (позже мы поймем, почему именно такую деталь), в процессе которой она нагревалась до температуры выше 1040К (почему именно до этой температуры, мы также поймем позже), и испытайте ее магнитные свойства.

Вы легко убедитесь, что и следа их у такой детали нет1 Но ведь они должны быть! Или обменная теория магнетизма невернаг Не будем спешить с категорическими вы- ВОДИ МИ. Обменная теория верна, хотя магнитных свойств железная деталь действительно не обнаруживает. Проделаем еще один эксперимент. Поднесем к нашей «немагнитной» детали магнит и подержим его некоторое время в непосредственной близости. Если теперь снова устроить проверку, деталь также окажется магнитом! Откуда появились магнитные свойства? Ответа на этот вопрос не существовало до 1904 г., когда П. Вейс (тот самый, который 56 выдвинул теорию молекулярного поля), предположил, что всякое ферромагнитное тело, охлажденное ниже своей точки Кюри, разбивается яа отдельные яамагяичеяяые области— домены.

И хотя каждый домен обладает спонтанной намагниченностью, магнитные моменты отдельных доменов ориентированы так, что суммарный магнитный момент всего тела равен нулю. Когда же ферромагнитное тело попадает в магнитное поле (если, например, к нему поднести магнит), то магнитные моменты доменов стремятся выстроиться вдоль поля, в результате чего у тела и появляется суммарный магнитный момент.

Иначе говоря, ферромагнитное тело после пребывания в магнитном поле само становится магнитом. Причины, по которым магнитные моменты доменов выстраиваются вдоль приложенного поля, примерно те же, по которым магнитная стрелка уверенно показывает на север. Гипотеза Вейса при всем своем остроумии и убедительности нуждалась в подтверждении. И такое подтверждение появилось. Прежде всего домены удалось увидеть. Для этого не потребовалось обладать каким-либо сверх- острым зрением. В 1931 г.

Н. С. Акулов (впоследствии академик Академии наук Белорусской ССР) и одновременно с ним немецкий исследователь Биттер предложили метод, позволяющий визуально наблюдать области споятаяяОГО яамаГяичиваяия — домеяы, кОтО- рый получил название метода порошковых фигур. Идея метода, пожалуй, не уступает в простоте и изяществе гипотезе Вейса. Известно, что маленькие намагниченные частички ферро- магнитного материала притягиваются к полюсам магнитов.

Если два магнита составить так, чтобы северный полюс одного примыкал к южному полюсу другого, то эти мелкие частички осядут как раз на границе южного и северного полюсов. Ход рассуждений Акулова был примерно таков: поскольку домены — это магниты, то ~посыпав> на них маленькие частицы ферромагнитного порошка, можно добиться того, что они осядут на границах доменов. Хотя идея была довольно прозрачной, ее осуществление потребовало немалых усилий. Прежде всего пришлось уточнить содержание слова ипосыпать». Попав на поверхность домена, твердая частица ферромагнетика будет испытывать воздействие по крайней мере двух сил: силы притяжения 'со стороны домена как магнита, которая толкает ее по направлению к магнитному полюсу, и силы трения о поверхность. Будет ли частица при этом двигаться по направлению к полюсу или же останется на том месте, куда ее «просыпали», зависит от соотношения величин двух сил— магнитной и силы трения.

Нельзя ли устроить так, чтобы магнитные силы были заведомо больше? Поскольку магнитные силы заданы, то остается один путь — уменьшить силу трения. Как это делается, хорошо известно. Для снижения трения применяется смазка. Именно так и поступил Акулов, взвесив мелкий ферромагнитный порошок в керосине. Магнитная частица в жидкости гораздо подвижнее, чем на поверхности твердого тела. Другая сложность заключалась в том, что поверхность наугад выбранного образца всегда неровная. Даже если она кажется ровной, на ней имеет- ся множество невидимых невооруженным глазом царапин, бугорков, ямок, словам, в некотором масштабе (достаточно не очень сильного микроскопа, чтобы перейти в этот масштаб) поверхность ферромагнетика выглядит, как поверхность Луны, которую вам, наверное, случалось видеть на фотографиях.

Все эти «кратеры», «горы» и «хребты» на поверхности магнитного материала служат причиной неоднородности магнитного поля, создаваемого магнитом. Эти неоднородности, ничего общего не имеющие с границами доменов, являются дополнительными полюсами. Поскольку маленькие частички ферромагнетика, взаешенные в жидкости, не в состоянии различать природу неоднородности, то они так же охотно будут оседать на царапинах, ямках и бугорках, как и на границах доменов.

Выход один: сделать, насколько это возможно, поверхность магнитного материала гладкоЯ. Можно было бы, например, ее отполировать. Вам, быть может, доводилось видеть, как делают гладкие поверхности: есть специальные шлифовальные станки, которые с помощью специальных полировочных паст, куда включены очень мелкие и очень твердые частицы, могут сделать поверхность ровной, «как зеркало» (на самом деле куда ровнее любого зеркала). Подобная полировка для магнитного материала непригодна.

Дело в том, что в процессе полировки поверхностный слой ферромагнетика деформируется, и в результате в этом слое образуется совершенно другая доменная структура, чем та, которая существует в этом материале, если его не полировать. Вот какой остроумный выход был найден: по- сле того как образец был отполирован механически и его поверхность стала достаточно ровной, верхний деформированный слой удалялся с помощью электролитического травления. Оно было организовано так, что поверхность стравливалась равномерно, так что гладкость и ровность, достигнутые при механической полировке, не нарушались. Такое травление получило название электролитической полировки.

Итак, поверхность отполирована, ферромагнитный порошок взвешен в жидкости. Нальем жидкость на поверхность магнита. Подождем некоторое время и увидим, что мелкие ферромагнитные частички действительно осядут, образовав на поверхности порошковые фигуры. Порошковыми они названы потому, что образованы магнитным порошком. Какова же форма этих фигур? Ответить на этот вопрос однозначно невозможно, потому что формы получаются различные для разных магнитных материалов и даже для одного и того же материала в зависимости от того, с каким кристаллографическим направлением совпадает- полированная поверхность.

Что такое кристаллографическое направление, мы вскоре выясним. Что же касается формы порошковых фигур, то она отличалась большим разнообразием. Это могли быть полосы, небольших размеров пятна, примыкающие друг к другу треугольники, иглообразные фигуры и т. п. Догадка Вейса о наличии доменов была верной.

Соседние домены, как феодальные властители Средневековья, соперничают друг с другом, поступая по принципу «наобо- 60 , пока не исчезнут все «мятежа Этом, казалось бы, мОжнО за- дит до тех пор ные» домены. Н кончить. Но нет. Ведь мы оговорились, что остаются домены с намагниченностью, почти совпадающей с направлением поля. Если уве- рот»: если магнитный момент одного домена направлен «вверх», то магнитные моменты его соседей направлены «вниз».

Ясно, что слова «вверх» и «вниз» можно без всякого ущерба заменить словами «вправо» и «влевоэ,— смысл в том, что магнитные моменты соседей направлены в противоположные стороны. Что же происходит, когда разделенный на домены магнит попадает в магнитное воле? Поле в этом случае можно сравнить с королем. Если «король» слабый — магнитное поле невелико,— значительных изменений не произойдет.

Поскольку магнитные моменты доменов ориентированы по-разному, то какието из них оказываются направленными в ту же (или почти в ту же) сторону, что и магнитное поле, в то время как другие — против (или почти против) него. Но, подобно тому как даже слабый король принимал сторону тех, кто поддерживал его, так и магнитное поле «поддерживает» домены, магнитные моменты которых близки по направлению к его собственному. В результате «покорные» домены начинают поглощать своих «несогласных» собратьев, расширяя — но не слишком — собственные владения за счет «неправильных» соседей.

Характеристики

Список файлов книги