Электричество и магнетизм (1188650), страница 27
Текст из файла (страница 27)
Àòîìû åððîìàãíåòèêîâ òàê æå, êàê è àòîìû ïàðàìàãíåòèêîâ, îáëàäàþò ñîáñòâåííûìèìàãíèòíûìè ìîìåíòàìè äàæå â îòñóòñòâèå âíåøíåãî ìàãíèòíîãî ïîëÿ. Íà ýòîì èõ ñõîäñòâî è çàêàí÷èâàåòñÿ, à ãëàâíîå îòëè÷èå ñîñòîèò âñòåïåíè ìàãíèòíîé óïîðÿäî÷åííîñòè ìàãíèòíûõ äèïîëåé.  ñëó÷àå ïàðàìàãíåòèêà ìû èìååì äåëî ñ ïîëíîñòüþ ðàçóïîðÿäî÷åííîé ñèñòåìîéìàãíèòíûõ äèïîëåé (ýíåðãèÿ äèïîëü-äèïîëüíîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ìàëàïî ñðàâíåíèþ ñ ýíåðãèåé òåïëîâîãî äâèæåíèÿ).
 îòñóòñòâèå âíåøíåãîìàãíèòíîãî ïîëÿ åððîìàãíèòíûé îáðàçåö ðàçáèò íà îáëàñòè ñïîíòàííîé îäíîðîäíîé íàìàãíè÷åííîñòè, íàçûâàåìûå äîìåíàìè. Ýòî ìàêðîñêîïè÷åñêèå îáëàñòè ðàçìåðîì ïîðÿäêà íåñêîëüêèõ ìèêðîìåòðîâ, âêîòîðûõ âñå ìàãíèòíûå ìîìåíòû àòîìîâ âûñòðîåíû â îäíîì íàïðàâëåíèè, ò. å. âíóòðè äîìåíà ìû èìååì ïîëíóþ ìàãíèòíóþ óïîðÿäî÷åííîñòüàòîìîâ.  1928 ã. íåçàâèñèìî Â. åéçåíáåðãîì è ß.È. Ôðåíêåëåì áûëîâûñêàçàíî ïðåäïîëîæåíèå, ÷òî ñèëû, çàñòàâëÿþùèå ìàãíèòíûå ìîìåíòû àòîìîâ îðèåíòèðîâàòüñÿ ñîíàïðàâëåíî, èìåþò ýëåêòðîñòàòè÷åñêóþïðèðîäó. Îíè âîçíèêàþò â ðåçóëüòàòå îáìåííîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ýëåêòðîíîâ âíóòðåííèõ íåäîñòðîåííûõ îáîëî÷åê, êàê, íàïðèìåð, â àòîìàõãðóïïû Fe.
Îáìåííîå âçàèìîäåéñòâèå ìåæäó àòîìàìè åððîìàãíåòèêàèìååò êâàíòîâî-ìåõàíè÷åñêóþ ïðèðîäó è â íàñòîÿùåå âðåìÿ åù¼ íå äîêîíöà èçó÷åíî.Ïîìèìî îáìåííûõ (áëèçêîäåéñòâóþùèõ) ñèë ìåæäó àòîìàìè äåéñòâóþò äàëüíîäåéñòâóþùèå ñèëû ìàãíèòíîãî äèïîëü-äèïîëüíîãî âçàèìîäåéñòâèÿ. Ýíåðãèÿ òàêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ áóäåò ìèíèìàëüíà ïðèàíòèïàðàëëåëüíîì ðàñïîëîæåíèè ìàãíèòíûõ ìîìåíòîâ ñîñåäíèõ àòîìîâ. Ïîýòîìó ïðè îïðåäåë¼ííîì ïîïåðå÷íîì (ïåðïåíäèêóëÿðíîì ìàãíèòíîìó ìîìåíòó) ðàçìåðå äîìåíà îêàçûâàåòñÿ ýíåðãåòè÷åñêè âûãîäíî150Ìàãíèòíûå ñâîéñòâà âåùåñòâà151þòñÿ ðàçìåðû äîìåíîâ ñ ïðîòèâîïîëîæíûì íàïðàâëåíèåì ìàãíèòíîãîìîìåíòà.
Ó÷àñòîê II õàðàêòåðèçóåòñÿ êâàäðàòè÷íîé çàâèñèìîñòüþ Mîò H .  ýòîé îáëàñòè òàêæå èä¼ò ïðîöåññ ñìåùåíèÿ ãðàíèö, íî îäíîâðåìåííî êàê îáðàòèìûé, òàê è íåîáðàòèìûé. Îáëàñòü ìàêñèìàëüíîéñêîðîñòè ðîñòà íàìàãíè÷åííîñòè (III) ñîîòâåòñòâóåò íåîáðàòèìûì ñìåùåíèÿì ¾ñòåíîê Áëîõà¿: èì ïðèõîäèòñÿ ïðåîäîëåâàòü ¾ïðåïÿòñòâèÿ¿â âèäå ïðèìåñåé, äèñëîêàöèé è äååêòîâ êðèñòàëëè÷åñêîé ðåø¼òêè.Êîãäà ñòåíêà íàòàëêèâàåòñÿ íà òàêîå ïðåïÿòñòâèå, îíà îñòàíàâëèâàåòñÿ è äåðæèòñÿ, ïîêà ïîëå íå äîñòèãíåò îïðåäåë¼ííîãî çíà÷åíèÿ, ïðèêîòîðîì îíà âíåçàïíî ñðûâàåòñÿ. Òàêèì îáðàçîì, äâèæåíèå äîìåííîéñòåíêè ïðèîáðåòàåò ñêà÷êîîáðàçíûé õàðàêòåð (ñêà÷êè Áàðêãàóçåíà).MMsfrag replaementsIàçäåë IVIIIIIIVVHèñ. 4.3.
Íà÷àëüíàÿ êðèâàÿ íàìàãíè÷èâàíèÿ åððîìàãíåòèêàèìåòü ñîñåäíèé äîìåí ñ ïðîòèâîïîëîæíî íàïðàâëåííûì ìàãíèòíûì ìîìåíòîì. ðåçóëüòàòå êîíêóðåíöèè ýòèõ äâóõ òèïîâ âçàèìîäåéñòâèé äîñòàòî÷íî áîëüøîé åððîìàãíèòíûé îáðàçåö ðàçáèâàåòñÿ íà ìíîãî÷èñëåííîå êîëè÷åñòâî äîìåíîâ. Ìåæäó äîìåíàìè ñóùåñòâóþò ïåðåõîäíûåñëîè (â æåëåçå èõ òîëùèíà ∼10−5 ñì), â êîòîðûõ íàïðàâëåíèå ìàãíèòíîãî ìîìåíòà àòîìîâ ïëàâíî ïåðåõîäèò îò íàïðàâëåíèÿ â îäíîì äîìåíåê íàïðàâëåíèþ â ñîñåäíåì. Òàêèå ñëîè íàçûâàþò ¾ñòåíêàìè Áëîõà¿.Ñóììàðíûé ìàãíèòíûé ìîìåíò åððîìàãíèòíîãî îáðàçöà â îòñóòñòâèå âíåøíåãî ìàãíèòíîãî ïîëÿ íåîäíîçíà÷åí: åãî âåëè÷èíà è íàïðàâëåíèå çàâèñÿò îò ïðåäûñòîðèè îáðàçöà.
 îäíèõ ñëó÷àÿõ îí ðàâåí íóëþ (ïîëíîñòüþ ðàçìàãíè÷åííûé îáðàçåö), à â äðóãîì ñëó÷àå îí ìîæåòèìåòü î÷åíü áîëüøîå çíà÷åíèå (íàïðèìåð, ïîñòîÿííûé ìàãíèò).Åñëè åððîìàãíåòèê, íàõîäÿùèéñÿ â ñîñòîÿíèè ïîëíîãî ðàçìàãíè÷èâàíèÿ (M = 0), íàìàãíè÷èâàòü â ìåäëåííî íàðàñòàþùåì ìàãíèòíîìïîëå, òî ìû ïîëó÷èì çàâèñèìîñòü M (H), êîòîðóþ íàçûâàþò íà÷àëüíîéêðèâîé íàìàãíè÷èâàíèÿ. Ýòó êðèâóþ îáû÷íî ðàçäåëÿþò íà ïÿòü óñëîâíûõ ó÷àñòêîâ (ðèñ. 4.3). Ó÷àñòîê I îáëàñòü îáðàòèìîãî íàìàãíè÷èâàíèÿ, ãäå M = χ0 H .  ýòîé îáëàñòè ïðîèñõîäÿò ïðîöåññû óïðóãîãî ñìåùåíèÿ ãðàíèö äîìåíîâ: óâåëè÷èâàåòñÿ ðàçìåð òåõ äîìåíîâ, ìàãíèòíûéìîìåíò êîòîðûõ áëèçîê ê íàïðàâëåíèþ ìàãíèòíîãî ïîëÿ, è óìåíüøàÔðàãìåíò êðèâîé íàìàãíè÷èâàíèÿ â ýòîé îáëàñòè â óâåëè÷åííîììàñøòàáå ïîêàçàí íà ðèñ.
4.3. Ñêà÷êîîáðàçíîå äâèæåíèå ñòåíîê ïðèPSfragreplaements îáðàçöà, ÷òî âûçûâàåòâîäèò ê áûñòðîìó èçìåíåíèþíàìàãíè÷åííîñòèïîÿâëåíèå âèõðåâûõ òîêîâ, à ñëåäîâàòåëüíî, äèññèïàöèþ ýíåðãèè. Âûäåëåíèå òåïëà âíóòðè îáðàçöà è ïðèâîäèò ê íåîáðàòèìîìó äâèæåíèþäîìåííûõ ñòåíîê. äîñòàòî÷íî ñèëüíûõ ïîëÿõ äâèæåíèåñòåíîê ïðåêðàùàåòñÿ è ýíåðãåòè÷åñêè âûãîäíûì ñòàíîâèòñÿ ïîâîðîò ìàãíèòíûõ ìîìåíòîâ òåõ îñòàâøèõñÿ äîìåíîâ, ó êîòîðûõ ìàãíèòíûé ìîìåíò íå ñîâïàäàåò ñ íàïðàâëåíèåì ïîëÿ (îáëàñòü IV). È, íàêîíåö, ïðè íåêîòîðîì çíà÷åíèè ïîëÿ (ó÷àñòîê V) âñå ìàãíèòíûå ìîìåíòû âûñòðàèâàþòñÿ ïî ïîëþ íàìàãíè÷åííîñòü îáðàçöà äîñòèãàåò íàñûùåíèÿ.Ms (T )1,0 Ms (0)0,80,60,40,2TΘ0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0Ìàãíèòíûå è äðóãèå èçè÷åñêèå ñâîé èñ. 4.4. Çàâèñèìîñòü íàìàãñòâà åððîìàãíåòèêîâ ñóùåñòâåííûì îáðà íè÷åííîñòè íàñûùåíèÿ åðçîì çàâèñÿò îò òåìïåðàòóðû.
Íàïðèìåð, íà ðîìàãíåòèêà îò òåìïåðàòóðûìàãíè÷åííîñòü íàñûùåíèÿ Ms èìååò íàèáîëüøåå çíà÷åíèå ïðè T = 0 (Ms (0)) è ìîíîòîííî óìåíüøàåòñÿ äî íóëÿïðè òåìïåðàòóðå Θ, êîòîðóþ íàçûâàþò åððîìàãíèòíîé òî÷êîé Êþðè(ðèñ. 4.4). Âûøå Θ òåïëîâîå äâèæåíèå ðàçóïîðÿäî÷èâàåò ìàãíèòíóþñòðóêòóðó äîìåíîâ è åððîìàãíåòèê ïåðåõîäèò â ïàðàìàãíèòíîå ñîñòîÿíèå.  îòñóòñòâèå âíåøíåãî ìàãíèòíîãî ïîëÿ ïåðåõîä åððîìàãíåòèêïàðàìàãíåòèê ÿâëÿåòñÿ àçîâûì ïåðåõîäîì II ðîäà.Ìû óæå çíàåì, ÷òî äëÿ ïàðàìàãíåòèêîâ çàâèñèìîñòü ìàãíèòíîé âîñïðèèì÷èâîñòè îò òåìïåðàòóðû èìååò âèä çàêîíà Êþðè (χ ∼ 1/T ). Àíàëîãè÷íàÿ çàâèñèìîñòü âîñïðèèì÷èâîñòè åððîìàãíåòèêîâ îò òåìïåðà152Ìàãíèòíûå ñâîéñòâà âåùåñòâàòóðû ïðè òåìïåðàòóðàõ âûøå Θ îïèñûâàåòñÿ çàêîíîì ÊþðèÂåéññà:χ=C,T − Θpãäå C ïîñòîÿííàÿ Êþðè, à Θp ïàðàìàãíèòíàÿ òåìïåðàòóðà Êþðè(êàê ïðàâèëî Θp > Θ).Íà ïðàêòèêå ìàãíèòíûå ñâîéñòâà åððîìàãíåòèêîâ îáû÷íî èçó÷àþòïóò¼ì èçìåðåíèÿ çàâèñèìîñòè èíäóêöèè ìàãíèòíîãî ïîëÿ B îò íàïðÿæ¼ííîñòè ìàãíèòíîãî ïîëÿ H â âåùåñòâå (B = f (H)).
Èññëåäîâàíèåîáðàçöà, åñòåñòâåííî, íà÷èíàþò ñ ïîëíîñòüþ ðàçìàãíè÷åííîãî ñîñòîÿíèÿ (H = 0, B = 0). Åñëè òåïåðü ìîíîòîííî óâåëè÷èâàòü íàïðÿæ¼ííîñòü ïîëÿ H , òî èçìåíåíèå B ïðîèñõîäèò ïî èçâåñòíîé íàì íà÷àëüíîéêðèâîé íàìàãíè÷èâàíèÿ (êðèâàÿ OA íà ðèñ. 4.5).Ýòà êðèâàÿ ïðàêòè÷åñêè ñîâïàäàåòBAñ êðèâîé íàìàãíè÷èâàíèÿ íà ðèñ.
4.3,Bs 6 )ïîñêîëüêó âêëàä â B íàìàãíè÷åííîBrñòèM ñóùåñòâåííî áîëüøå, ÷åì H . Ñêîðîñòü ïîäú¼ìà êðèâîé OA õàðàêòåðèçóåò−Hcñÿ äèåðåíöèàëüíîé ìàãíèòíîé ïðîíèOHöàåìîñòüþ1 dBC.µäè =µ0 dHèñ. 4.5. Íà÷àëüíàÿ êðèâàÿíàìàãíè÷åíèÿ è êðèâàÿãèñòåðåçèñàÄèåðåíöèàëüíàÿ ìàãíèòíàÿ ïðîíèöàåìîñòü îáû÷íîãî æåëåçà ñ ðîñòîì H ñíà÷àëà óâåëè÷èâàåòñÿ, à çàòåì íà÷èíàåòðåçêî ïàäàòü, ïðèáëèæàÿñü ê åäèíèöåïðè íàñûùåíèè. Äîéäÿ äî íåêîòîðîé òî÷êè A, ëåæàùåé äîñòàòî÷íî äàëåêî â îáëàñòè íàñûùåíèÿ (çäåñü B s èíäóêöèÿ íàñûùåíèÿ)1, íà÷í¼ìóìåíüøàòü íàïðÿæ¼ííîñòü ïîëÿ H .Îáðàòíûé ïóòü íå èä¼ò ïî íà÷àëüíîé êðèâîé, à ïðîõîäèò âûøå íå¼.Ïðè H = 0 â îáðàçöå ñîõðàíÿåòñÿ íåêîòîðîå íàìàãíè÷èâàíèå. Âåëè÷èíàB r , äîñòèãàåìàÿ â òî÷êå H = 0 ïðè âîçâðàùåíèè èç ñîñòîÿíèÿ íàñûùåíèÿ, íîñèò íàçâàíèå îñòàòî÷íîé èíäóêöèè2.
Çíà÷åíèå B = 0 äîñòèãàåòñÿëèøü ïðè íåêîòîðîì îòðèöàòåëüíîì çíà÷åíèè H = −Hc . Âåëè÷èíà Hcíàçûâàåòñÿ êîýðöèòèâíîé ñèëîé3 . Ñðåäè åððîìàãíåòèêîâ ïðèíÿòî ðàçëè÷àòü ìàãíèòîæ¼ñòêèå (ñ Hc > 103 À/ì) è ìàãíèòîìÿãêèå ìàòåðèàëû.1 s2 r3 c saturated (àíãë.) íàñûùåííûé remained (àíãë.) îñòàâøèéñÿ oerive (àíãë.) ïðèíóäèòåëüíûéàçäåë IV153 òî÷êå C íàñòóïàåò íàñûùåíèå äëÿ íàìàãíè÷èâàíèÿ â ïðîòèâîïîëîæíóþ ñòîðîíó.Ïîñòàðàåìñÿ òåïåðü âåðíóòüñÿ â òî÷êó A. Ìàãíèòíîå ñîñòîÿíèå âåùåñòâà õàðàêòåðèçóåòñÿ òåïåðü òî÷êàìè êðèâîé CA, ëåæàùèìè íèæåíà÷àëüíîé êðèâîé íàìàãíè÷èâàíèÿ. Ñòðîãî ãîâîðÿ, êðèâàÿ íå ïðîéä¼òè ÷åðåç òî÷êó A, à îêàæåòñÿ íèæå íå¼.
Âíîâü óìåíüøàÿ ìàãíèòíîå ïîëå,ìû ïðîéä¼ì ïîýòîìó ïî êðèâîé, ðàñïîëîæåííîé íèæå êðèâîé AC , íåïîïàä¼ì â òî÷êó C è íà÷í¼ì äâèæåíèå ê A ïî íåêîòîðîìó íîâîìó ïóòè.Ìàãíèòíûå öèêëû, òàêèì îáðàçîì, îáû÷íî îêàçûâàþòñÿ íåçàìêíóòûìè. Ìíîãîêðàòíî ïðîõîäÿ îäèí è òîò æå öèêë, îáðàçåö ïðèáëèæàåòñÿê ïðåäåëüíîìó çàìêíóòîìó öèêëó (êðèâîé ãèñòåðåçèñà), íå çàâèñÿùåìóîò íà÷àëüíîãî ñîñòîÿíèÿ. Îïèñàííàÿ êàðòèíà íàèáîëåå îò÷¼òëèâî ïðîÿâëÿåòñÿ â òåõ ñëó÷àÿõ, êîãäà îáðàçåö íå äîâîäèòñÿ äî íàñûùåíèÿ.
Ïðèçàõîäå â îáëàñòü íàñûùåíèÿ íàìàãíè÷èâàíèå çàâèñèò ãëàâíûì îáðàçîìîò H è ëèøü â î÷åíü ñëàáîé ñòåïåíè îò èñòîðèè îáðàçöà. Ïðåäåëüíûåöèêëû óñòàíàâëèâàþòñÿ ïðè ýòîì ñðàçó (ò. å. ïðè îäíîêðàòíîì ïðîõîæäåíèè öèêëà) èëè ïî÷òè ñðàçó.  ñîîòâåòñòâèè ñ ýòèì íà ðèñ. 4.5 íåñäåëàíî ðàçëè÷èÿ ìåæäó ÷àñòíûì öèêëîì è ïðåäåëüíûì.Ìîæíî ïîêàçàòü, ÷òî ïëîùàäü ïåòëè ãèñòåðåçèñà ïðîïîðöèîíàëüíàýíåðãèè, òåðÿåìîé â åäèíèöå îáú¼ìà âåùåñòâà çà âðåìÿ öèêëà:Iw = HdB.3. àçìàãíè÷èâàþùèé àêòîðÊîãäà ìû ãîâîðèì î êðèâîé íàìàãíè÷èâàíèÿ B(H) êàêîãî-òî åððîìàãíèòíîãî ìàòåðèàëà, òî ðå÷ü èä¼ò î ëîêàëüíîé ñâÿçè ìåæäó èíäóêöèåé è âåëè÷èíîé ìàãíèòíîãî ïîëÿ âíóòðè ýòîãî âåùåñòâà. Ïîä÷åðêí¼ì,÷òî â çàâèñèìîñòè B(H) èìååòñÿ â âèäó íå âíåøíåå ìàãíèòíîå ïîëå, àèìåííî ïîëå âíóòðè äàííîãî ìàòåðèàëà.
Íà ïðàêòèêå äëÿ ñíÿòèÿ ïåòëè ãèñòåðåçèñà ìû îáû÷íî ïîìåùàåì âî âíåøíåå îäíîðîäíîå ìàãíèòíîåïîëå åððîìàãíèòíûé îáðàçåö, èìåþùèé êîíå÷íûå ðàçìåðû. Îäíîðîäíàÿ íàìàãíè÷åííîñòü ïî âñåìó îáú¼ìó îáðàçöà áóäåò èìåòü ìåñòî òîëüêî äëÿ îáðàçöîâ, èìåþùèõ îðìó ýëëèïñîèäîâ âðàùåíèÿ, â ÷àñòíîñòè,äëÿ øàðà, äëÿ î÷åíü òîíêîé ïëàñòèíêè è äëÿ òîíêîãî è äëèííîãî öèëèíäðà. Âî âñåõ ýòèõ ñëó÷àÿõ âåëè÷èíà ìàãíèòíîãî ïîëÿ âíóòðè îáðàçöàáóäåò ìåíüøå âíåøíåãî ìàãíèòíîãî ïîëÿ. àññìîòðèì â êà÷åñòâå ïðèìåðà îáðàçåö, èìåþùèé îðìó öèëèíäðà äëèíîé l è äèàìåòðîì d (d ≪ l).Ïóñòü îñü ñèììåòðèè öèëèíäðà íàïðàâëåíà âäîëü âíåøíåãî ìàãíèòíîãî ïîëÿ âåëè÷èíîé H0 .
Öèëèíäð áóäåò ïðàêòè÷åñêè îäíîðîäíî íàìàãíè÷åí ñ íåêîòîðîé íàìàãíè÷åííîñòüþ M . Íàéä¼ì âåëè÷èíó èíäóê154Ìàãíèòíûå ñâîéñòâà âåùåñòâàöèè ìàãíèòíîãî ïîëÿ íà îñè öèëèíäðà â òî÷êå, ðàâíîóäàëåííîé îò åãîòîðöîâ. Ñ îäíîé ñòîðîíû, èñïîëüçóÿ ñâÿçü ìåæäó B , M è H , ìîæíîçàïèñàòüBâí = µ0 (Hâí + M ),(4.5)ãäå Hâí âåëè÷èíà ïîëÿ âíóòðè îáðàçöà. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, íàìàãíè÷åííûé öèëèíäð ìîæíî ðàññìàòðèâàòü êàê öèëèíäðè÷åñêóþ ïîâåðõíîñòü äèàìåòðà d ñ îäíîðîäíûì êîëüöåâûì ïîâåðõíîñòíûì òîêîì ïëîòíîñòüþ:j = M.Ýòè ìîëåêóëÿðíûå òîêè ñîçäàþò ñîáñòâåííîå ìàãíèòíîå ïîëå, êîòîðîåïî íàïðàâëåíèþ ñîâïàäàåò ñ âíåøíèì ïîëåì H0 , à ïî âåëè÷èíå ðàâíî4 :Hìîë = √Ml.l2 + d2Èíäóêöèþ ìàãíèòíîãî ïîëÿ íàéä¼ì êàê ñóïåðïîçèöèþ âíåøíåãî ïîëÿè ïîëÿ ìîëåêóëÿðíûõ òîêîâ:Ml.Bâí = µ0 H0 + √(4.6)l2 + d2Ïðèðàâíèâàÿ (4.5) è (4.6), ïîëó÷èìMlH0 + √= Hâí + M.2l + d2àçíîñòü ìåæäó âíåøíèì è âíóòðåííèì ïîëÿìè íàçûâàþò ðàçìàãíè÷èâàþùèì ïîëåì:1Hðàçì = H0 − Hâí = 1 − q2 M = Nð M.1 + dlÊîýèöèåíò ïðîïîðöèîíàëüíîñòè ìåæäó ðàçìàãíè÷èâàþùèì ïîëåì è íàìàãíè÷åííîñòüþ îáðàçöà îáîçíà÷àþò ÷åðåç Nð è íàçûâàþò ðàçìàãíè÷èâàþùèì àêòîðîì èëè êîýèöèåíòîì ðàçìàãíè÷èâàíèÿ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
