tihonova (523116), страница 7
Текст из файла (страница 7)
7.1. Кривая 2является начальной кривой намагничивания, кривая 1 показывает изменение магнитнойиндукции в зависимости от напряженности поля при последующем намагничивании иразмагничивании. Кривая 1 называется гистерезисной петлей. Площадь, ограниченная этойкривой, представляет собой так называемые потери на гистерезис, т.е. энергию, котораязатрачена на намагничивание. Важнейшими характеристиками материала являютсяследующие, определяемые по кривой намагничивания.Остаточная индукция Вr - это магнитная индукция, остающаяся в образце после егонамагничивания и снятия магнитного поля.Коэрцитивная сила Нс - напряженность поля, которая должна быть приложена к образцу длятого, чтобы его размагнитить.Как видно из хода первоначальной кривой намагничивания, интенсивность намагничиванияизменяется с изменением напряженности поля. Интенсивность намагничиванияпропорциональна тангенсу угла наклона касательной к кривой начального намагничивания ичисленно равна В/Н.
Эта величина - магнитная проницаемость.Магнитные сплавы подразделяются на две группы, резко отличающиеся формойгистерезисной кривой и значениями основных магнитных характеристик (рис. 7.2).Магнитотвердые сплавы характеризуются большим значением Нс и применяются дляпостоянных магнитов. Для магнитомягких сплавов характерно малое значение Нс и малыепотери на гистерезис. Их применяют как сплавы, подвергаемые переменномунамагничиванию (например, сердечники трансформаторов). Особую группу составляютсплавы с высокой начальной магнитной проницаемостью, которые должны интенсивнонамагничиваться в слабых полях.Легирование металла вызывает повышение магнитной твердости. Если образуется толькотвердый раствор (в железе или др.
ферромагнитном материале), то магнитная твердость(коэрцитивная сила), повышается незначительно. Образование же второй фазы в количествевыше предела растворимости активно повышает коэрцитивную силу. Чем выше дисперсностьвторой фазы в сплаве, тем выше его коэрцитивная сила.Напряжения в решетке, вызванные наклепом или фазовыми превращениями, измельчениезерна и др. отклонения от равновесного состояния вызывают повышение коэрцитивной силы.Это значит, что изменения в строении, вызывающие повышение механической твердости,повышают и магнитную твердость (коэрцитивную силу) - таким образом, оправданоприменение терминов магнитная твердость или мягкость.Носители магнетизма.
Диамагнетизм. Парамагнетизм.Основную причину возникновения магнетизма следует искать во взаимодействии электроновс магнитным полем и взаимодействии электронов друг с другом. Электроны можнопредставить как малые круговые токи, в магнитном поле происходит взаимодействие междуорбитальными электронами и полем. Помимо орбитального движения, электрон имеет спин,обусловливающий возникновение магнитного момента самого электрона.
Электронызанимают энергетические состояния последовательно, причем в каждом состоянии могутбыть только два электрона, обладающие противоположными спинами.Атом обладает магнитным моментом, если число электронов с противоположными спинаминеодинаково. Атомы или ионы с нескомпенсированными спинами имеют магнитный момент,тогда как у атомов с полностью заполненными электронными оболочками магнитный моментотсутствует.В атомах с четным числом электронов спиновый магнетизм полностью скомпенсирован.Поэтому приложение магнитного поля вызывает лишь возмущение орбит электронов, так чтовнутреннее магнитное поле сохраняется неизменным.
Такой небольшой по величине эффектвозмущения электронных орбит называется диамагнетизмом. В веществе возникаютвнутренние перстройки, препятствующие действию внешнего магнитного поля (законЛенца). Эффект диамагнетизма имеет место во всех веществах, но накладывается на любойпарамагнитный или ферромагнитный эффект, и им можно пренебречь. В инженернойпрактике явление диамагнетизма не имеет существенного значения.Парамагнетизм. Вне магнитного поля материал, состоящий из атомов с присущими иммагнитными моментами, оказывается ненамагниченным, т.к. магнитные моменты атомовориентированы хаотично во всех направлениях. В магнитном поле эти моменты стремятсяориентироваться в направлении поля.
Материал, атомы которого ведут себя подобнымобразом, называется парамагнитным.Поскольку тепловое возбуждение препятствует идеальной ориентировке магнитныхмоментов, то намагниченность парамагнетика зависит от температуры.Типичные парамагнитные материалы: CrCl3, NiSO4, Fe2O3. Подобные материалы не могутиспользоваться как магнитные в технисческом смысле, но применяются в исследовательскихцелях для изучения парамагнитного резонанса.Основные представления теории ферромагнетизма. Влияние температуры насамопроизвольную намагничеснность ферромагнетиков. Структура ферромагнетиков.Процесс намагничивания ферромагнетиков.
Магнитострикция и термострикция.Железо и некоторые другие материалы могут обладать чрезвычайно высокойнамагниченностью, т.е. высокими проницаемостями и большой магнитной индукцией. Хотячрезвычайно высокая магнитная восприимчивость ферромагнитных материалов исчезает припревышении температуры Кюри, когда эти материалы становятся парамагнитными,очевидно, что поведение ферромагнетиков резко отличается от поведения остальныхматериалов.Атомы, у которых магнитный момент равен нескольким магнетонам Бора и мал радиус 3dоболочки, могут образовывать связи, под действием которых их магнитные моментысамопроизвольно (спонтанно) ориентируются в одном направлении, в результате чеговозникают магнитные домены. Из числа металлов с такой спонтанной ориентировкоймагнитных моментов наиболее известны Fe, Ni, Co.Каждый домен играет роль самостоятельного магнита размером от микрона до миллиметра.В чистом железе и других магнитно-мягких материалах в отсутствие внешнего магнитногополя все домены ориентированы хаотично по всем направлениям.
Таким образом,намагниченность никак не проявляется. Однако в постоянном магните преобладает числодоменов с одной определенной ориентировкой, что дает отчетливо выраженнуюрезультирующую намагниченность.В случае приложенного внешнего магнитного поля результирующая намагниченностьтвердого ферромагнетика может возрастать, начиная с нулевой магнитной индукции.Благоприятно ориентированные относительно поля домены начинают увеличивать своиразмеры за счет подстройки других доменов с близкой ориентацией в результатепереориентировки электронных спинов у атомов, расположенных рядом со стенкамидоменов. Во время этого роста происходит быстрое увеличение магнитной индукции до техпор, пока большинство доменов не примут благоприятную ориентировку, что соответствуетнасыщению на кривой изменения магнитной индукции.
Дальнейшее увеличениенапряженности магнитного поля может лишь незначительно повысить магнитную индукциюза счет более строгой ориентировки доменов по направлению поля.В случае постоянного магнита индукция не исчезает при снятии приложенного напряжения, асохраняется остаточная индукция Вост. Для компенсации влияния доменов и достижениянулевой индукции должно быть приложено противоположное размагничивающее поле,равное коэрцитивной силе Нкоэрц. Циклические изменения поля вызывают появление петлигистерезиса, представляющую собой замкнутую кривую зависимости В от Н. Энергия,расходуемая в течение одного цикла, равна площади петли гистерезиса.Спонтанная намагниченность уменьшается при повышении температуры и становитсяравной нулю при температуре Кюри. Значения температуры Кюри для трех наиболеераспространенных магнитных материалов:Изменение магнитной восприимчивостивыражение которого температура Кюрис температурой следует закону Кюри-Вейсса, ввходит как дополнительная константа:Магнитные свойства ферромагнитных веществ можно использовать для исследования ихстроения.Установлено, что намагниченность насыщения и температура Кюри не зависят отструктурных несовершенств материала, а характеризуют атомное строение фаз, в связи с чемони могут использованы для определения или идентификации этих фаз.
Определениенамагниченности насыщения на единицу объема или массы, а также изменение их стемпературой используют для изучения диаграмм состояния - термомагнитный анализ.Обменное взаимодействие между электронами соседних атомов является основнойсоставляющей магнитной энергии образца. Однако магнитное обменное взаимодействие несовсем изотропно связано с кристаллографическими направлениями в образце. Установлено,что легкость, с которой достигается намагниченность насыщения, различна принамагничивании вдоль различных направлений в кристалле. Если в решетке имеется однокакое-либо преимущественное направление, например, если она гексагональная илитетрагональная, возникает сильная анизотропия обменной энергии и часто наблюдаетсяотчетливо выраженное преимущественное магнитное направление. Определение магнитнойанизотропии является чувствительным показателем структуры кристалла.
Энергиянамагничивания и энергия анизотропии изменяются с температурой, и в точке Кюрианизотропия, как и намагниченность, исчезает.Поскольку обменная энергия связана с симметрией решетки описанным выше образом,упругая деформация решетки изменит конфигурацию электростатического поля и тем самымокажет влияние на намагниченность и ее симметрию. Упругое изменение размеровкристаллической решетки по действием магнитного поля носит название магнитострикции.При намагничивании образца обменная энергия влияет на положение атомов и, такимобразом, на размеры образца.
Магнитострикция зависит от направления в кристалле и можетбыть выражена как гармоническая функция направлений намагничивания и симметриикристалла.Лекция 8. Упругое поведение твердых телУпругая деформация. Модули упругости.Упругая деформация представляет собой обратимую деформацию, то есть исходные размерывосстанавливаются после снятия приложенных внешних напряжений. В этом заключается еепринципиальное отличие от пластической деформации и вязкого течения.В большинстве материалов упругая деформация линейно зависит от приложенногонапряжения, особенно при малых напряжениях. Исключения из этого правила,рассматриваемые ниже, объясняются особенностями структуры.Обычно предполагают, что упругая деформация возникает мгновенно, в момент приложениявнешнего напряжения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
