Borovik-ES-Eremenko-VV-Milner-AS-Lektsii-po-magnetizmu (1239152), страница 41
Текст из файла (страница 41)
Размеры соседних доменов при этом окажутся разными, что и обусловит наличие остаточной намагниченности. Для того чтобы переместить границу в положение О, а следовательно, размагнитить образец, необходимо приложить некоторое поле Но обратного направления. Величина критического поля дается уравнением (14.1) — Л«б —, с1у дт сЬ ' дл' (14.2) где б — толщина переходного слоя.
Тогда для величины критического поля (см. (14.1)) имеем (14.3) Теория «напряжений«Кондорского качественно подтверждается для материалов с малой коэрцитивной силой, т.е. для так называемых мягких магнитных материалов. Второй случай был рассмотрен Керстеиом в теории включений. В этом случае в (!4.1) вместо Т следует подставлять Те, где з средняя величина площади граничной поверхности. Согласно теории включений критическое поле принимает вид д« 21, е Г,дхл|и1« (14.4) По-видимому, чем больше посторонних включений имеет интересующий нас образец ферромагнетика, тем болыпим должен быть градиент дз/дл и тем, следовательно, большим окажется критическое поле Но.
где черта над дробью означает среднее значение градиента энергии с(у/ос по граничной поверхности, а индекс «шах» отвечает максимальному из имеющихся на пути обратного перемещения границы градиенту граничной энергии. Градиент энергии поверхностного слоя вдоль направления его перемещения может зависеть от: а) градиента внутренних напряжений в этом направлении и б) изменения размера поверхности переходного слоя, возникающего, например, в результате обтекания препятствия из постороннего вещества или пустоты. Кондорский рассмотрел первый случай в своей теории напряжений и показал, что если градиент граничной энергии определяется в основном внутренними напряжениями, то, учитывая (10.25), можно записать !4 о Гистерезис, обуслоеленный задержкой роста зародышей 203 В обоих рассмотренных случаях величина критического поля соответствует коэрцитивной силе Нс образцов ферромагнетиков, поскольку границы смещаются в такое положение, при котором их намагниченность становится равной нулю.
Во втором случае для более точного вычисления коэрцитивной силы следует, конечно, учесть, что на поверхности включений появляются магнитные полюса и связанные с ними поля рассеяния (см. рис. 12.20). Эта задача была решена Кондорским и Неелем. 9 14.3. Гистерезис, обусловленный задержкой роста зародышей перемагничивания В з 12.2 было выяснено, что при намагничивании домены, у которых вектор 1, почти параллелен Н, растут за счет антипараллельных доменов. При намагничивании до насьппения антнпараллельные домены или полностью исчезают, или остаются только их «зародышигн Подобную структуру при намагничивании сплава ге — 8! наблюдал Шур [168] (рис. 14.1). Под зародышем домена мы будем понимать домен (обычно Рнс.!4.!. Возникновение замыкаюгцих доменов н их рост прн убывании напряженности магнитного поля а) вблизи насыщения, б, е) при постепенном уменьшении поля имеющий вид клина), размеры которого значительно меньше, чем у основных доменов. Экспериментальные данные и теория показывают, что при уменьшении намагничивающего поля после достижения насыщения рост зародышей, а тем более их возникновение затруднены, что сказывается на форме петли гистерезиса и величине коэрцитивной силы.
Степень трудности возникновения зародыша и его роста зависит от размеров, формы и состояния ферромагнетика (предыстории, напряженного состояния и т,д.). Сикстус в 1931 г. и Мирошниченко в 1940 г. детально наблюдали процесс зарождения и роста зародыша на тонкой проволоке из пермаллоя 69 (нг! — 69%, Ге — 31%), находящейся под напряжением 11 кг/ммз.
Схема установки приведена на рис. 14.2, где ЛВ— исследуемая натянутая проволока, помещенная в намагничивающий соленоид С,  — короткий соленоид, с помо!цью которого можно создать дополнительное поле на небольшом участке проволоки, Е и Е— Гл. 14.
Мигиитный гистерезис 204 Рнс. !4.2. Схема установки для измерения скорости смешения границ Рис. 14.3. Петля гистерезиса сплава 1геХ! (14% ь11) индукционные катушки, подсоединенные к осциллографу. Натяжение проволоки таково, что Л«т .~ Кы т.е. направление намагниченности практически определяется растяжением и, так как в рассматриваемом случае магнитострикция положительна, ось проволоки совпадает с направлением легкого намагничивания. В соленоиде С проволока намагничивается до насыщения, в результате чего исчезают антипараллельные домены.
После этого поле уменьшается до нуля, коммутируется и увеличивается до некоторого значения Но, но, ввиду отсутствия зародышей перемагничивания, намагниченность проволоки при этом остается практически неизменной, на что указывает отсутствие ЭДС на катушках Е и Е. Увеличим на т=-92 кг!мм одном конце проволоки поле соле- 20 ноидом 22 так, чтобы в проволо- ке, наконец, появился «зародыш» В т=О новой фазы, вектор намагничива- 1О ния которого направлен навстре- чу общему намагничиванию образ- 5 ца, но совпадает по направлению с полем соленоидов 22 и С. Это поле Н« называется полем «стар- -5 тая. Появившийся зародыш растет -1О с некоторой скоростью и и рас- пространяется на всю проволоку.
— 15 Скорость роста о измеряется с по- -20 мощью осциллографа по двум им- Н,, И, пульсам, возбуждаемым в катушках Е и .Е Скорость распространения перемагничивания, или (что то же самое) скорость перемещения граничного слоя, зависит от материала и от приложенного поля и колеблется в пределах от 45 м!с до 300 м/с. Столь быстрое смещение границы приводит к созданию !4 8 Гистерезис, обуслоелеииий задержкой роста зародьиией 205 петли гистерезиса «прямоугольнойь формы. На рис.
14.3 приведена петля гистерезиса проволоки из сплава Ре% (К! — 14 зь) без натяжения и в растянутом состоянии. При напряжении в 92 кг/смэ петля гистерезиса практически прямоугольная; коэрцитивная сила составляет около 6 Э. Интересно, что после того, как в поле старта Н, возникает зародыш, рост его может продолжаться при более слабом, так называемом критическом, поле Но (Но < Н,).
Это означает, что для создания зародыша надо затратить больше энергии, чем на его распространение. Действительно, рост зародыша стимулируется уменьшением внутренней (магнитной) энергии. Перемещение переходного слоя между доменами связано с сравнительно небольшой затратой энергии на преодоление энергетических барьеров (подробнее см.
3 13.3). Возникновение же зародыша, хотя и связано с уменьшением внутренней магнитной энергии, требует больших энергетических затрат на появление отсутствовавших переходных слоев. Рассмотренное резкое перемагничивание представляет собой большой скачок Баркгаузена. Обычное перемагничивание сопровождается большим количеством малых скачков Баркгаузена (см. гл.
13). Конечно, описанный эксперимент можно произвести только на образце с отсутствующим размагничивающим полем, т.е. с размагничивающим коэффициентом, равным нулю (Х =- О), с однородной структурой и с одним направлением легкого намагничивания. Этим условиям удовлетворяет однородная упруго растянутая длинная проволока. При таких условиях можно создать лишь один зародыпз в заранее выбранном месте. Неоднородность образца и наличие размагничивающего поля приводят к появлению зародышей в различных местах и при различных внешних полях. Описанные опыты впервые подтвердили реальность перемещения переходных слоев между доменами при намагничивании и перемагничивании.
В настоящее время перемещение границы можно наблюдать по перемещению магнитной суспензии (см. 3124) на поверхности намагничиваемого образца. Динамика подобного процесса заснята на кинопленку Шурам и Керенским. Теория поля старта была подробно разработана Дерингом. Он получил следующее выражение для этого поля, при условии, что зародыш имеет форму эллипсоида с диаметром поперечного сечения а: (14.5) Нз =а — — НО Дй где и 1.
Первое слагаемое выражает компоненту поля, которую необходимо приложить, чтобы произвести работу по созданию переходного слоя; Но — критическое поле, необходимое для преодоления потенциальных барьеров на пути перемещения и роста переходного слоя. Гл. !4. Магнитный гистерезис 206 ф 14.4. Гистерезис, обусловленный необратимым процессом вращения Рассмотрим идеальный однородный ферромагнетик, состоящий из одного домена. Предположим, что в нем отсутствуют так называемые зародыши перемагничивания, т.е. очень малые домены с антипараллельно направленными векторами намагничивания.
Поэтому весь пропесс намагничивания и перемагничивания может происходить только путем вращения вектора намагниченности 1,. При указанных условиях рассмотрим несколько частных случаев. !. Ферромагнетик в магнитном отношении полностью изотропен, т.е. К! = О. При этих условиях свободная энергия зависит только от величины внешнего и внутреннего магнитного поля, и может быть записана в виде (14.6) Иг =- — (Н1,) — (Н,1г).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
