physics_saveliev_2 (535939), страница 31
Текст из файла (страница 31)
К их числу принадлежат железо, никель, кобальт, гадолиний, их сплавы и соединения, а также некоторые сплавы и соединения марганца и хрома с меферромагнитиыми элементами (например, МпА!Сп, СгТе и т. д.). В последнее время болыпую роль стали играть ферромагнитные полупроводники (см. $ 72), называемые ферри та ми. Ферромагнетизм присущ всем этим веществам только в кристалличесжзм .состоянии. Ферромагветики являются сильномагиитиымн веществами — их намагничение в огромное (до !О'~) число раз превосходит намагничеиле дна-.и иарамагнетиков, принадлежащих к категории слабомагиитных веществ. Намагннчевне слабомапвитиых веществ изменяется с напряженностью поля линейно. Намагничение ферромагнетиков зависит от Н сложным образом. Ни рис.
10! дана кривая намагничения ферромагнетика, магнитный момент которого первоначально был равен нулю (она называется основной нли нулевой кривой на. м а г н и ч е н и я). Уже в полях порядка нескольких эрстед (-100 а/м) намагннченне / достигает насыще. ния. Основная кривая намагничения на диаграмме  — Н приведена на рис. 102 (кривая Π— /). Напомним, О АЯ7 ЛУ й'й 4Ф Н, а~и Рис, 1О1 Рис. 102. что В = !си (Н+ У). Поэтому по достижении насыщения В продолжает расти с Н по линейному закону: В = 1ьрН + сопз1 Где сопз1 ри/иис, Кривая намагннчения железа была впервые получена и подробно исследована русским ученым А.
Г. Столетовым. Разработанный нм баллистический метод измерения магнитной индукции находит широкое применение до настоящего времени (см. 5 57). Кроме нелинейной зависилшстн между Н и У (нли Н и В) для ферромагнетнков характерно также наличие гнстерезнс а. Если довести намагничение до насыщения (точка ! на рис. 102) и затем уменьшать напряженность магнитного поля, то намагниченне следует не первоначальной кривой Π— 1, а изменяется в соответствии с кривой 1 — 2. В результате, когда напряженность внешнего поля станет равной нулю (точка 2), намагннчение не исчезает и характеризуется величиной В„ которая называется остаточной инду кцией. На- магничение имеет при этом значение У„называемое остаточным н а м а г н и ч е н нем. Намагничение обращается в нуль (точка 8) лишь под действием поля Н„имеющего направление, противоположное полю, вызвавшему намагничение. Напряженность Н, называется коэрцитивной силой.
Существование остаточного намагничения делает возможным изготовление постоянных магнитов, т. е. тел, которые без затраты энергии на поддержание макроскопических токов обладают магнитным моментом и создают в окружающем их пространстве магнитное поле. Очевидно, что постоянный магнит тем лучше сохраняет свои свойства, чем больше коэрцитивная сила мате. риала, из которого он изготовлен. Г)ри действии на ферромагнетнк переменного магнитного поля индукция изменяется в соответствии с кривой 1 — 2 — 3 — 4 — 5 — 1 (рис. 102), которая называется петлей гнете резне а (аналогнчная петля полу. чается и на диаграмме У вЂ” Н). Если максимальные значения Н таковы, что намагничение достигает насыщения, получается так называемая максимальная ветл я гистерези с а (сплошная петля на рис.
102). Если при амплитудных значениях Н насыщение не достигается, получается петля, называемая ч а с т н ы и ц н клом (пунктирная петля на рисунке). Частных циклов может существовать бесконечное множество, все опи лежат внутри максимальной петли гнстерезиса. Гистерезис приводит к тому, что намагничение ферромагнетика не является однозначной функцией Н; оно в сильной мере зависит также от предшествующей исто.
рин образца — от того, в каких полях он побывал прежде. Так, например, в поле напряженности Н~ (рис. 102) индукция может иметь любое значение в пределах ог В~ до В~. Из всего сказанного о ферромагнетиках видно, что они очень похожи по своим свойствам на сегнетоэлектрики (см. 5 19).
В связи с неоднозначностью зависимости В от Н понятие магнитной проницаемости применяется лишь к основной кривой намагничения. Относительная магнитная проницаемость ферромагнетиков 1х (а следовательно и магнитная восприимчивость Х) является функцией напряженности поля. На рис. 103, а изображена 185 Не в о!в Состав Вещества 99,9% Ре 5 000 79% 1а!1, 5% Мо, 16% Ре 800000 о,з Железо Сунермал- лов Алннко 10% А1, 19% %, 18% Со, 53% Ре 14% Х!, 24% Со, 8% А!, 3% СВ,51% Ре !3% Ы1, 24% Со, 8% А1, З% Сн. О,тя т1, остальное Ре 52 000 0,9 Магннко Колунакс 1,25 46 000 Ферромагнетики при намагничении деформируются.
Это явление называется магнитострикцией. От- основная кривая намагничения. Проведем нз начала координат прямую линию, проходящую через произвольную точку кривой. Тангенс угла наклона втой примой пропорционален отношению В1Н,т. е. относительной магнитной проницаемости 1а для соответствующего значения напряженности поля. При увеличении Н от нуля угол наклона (а значит и 1а) сначала растет. В точке 2 он до. стигает максимума (првмая Π— 2 является касательной к кривой), а затем убывает. На рис. 103, б дан график зависимости 1а от Н. Из рисунка видна, что максимальное значение проницаемости достигается несколько раньше, чем насыщение.
При неограниченном возрастании Н проницаемость асимптотически приближается к единице. Это следует нз того, что У в выражении 1е = 1+ 11Н не может превысить значение 2 „,. Величины В„(нлн I,), Н, и р, являются основнымн характеристиками ферромагнетикз. Если козрцнтивная сила Н, велика, ферромагнетик называется ж ест ким. Для него характерна широкая петля гистерезиса. Ферромагнетик с малой Н, (н соответственно узкой петлей гнстерезиса) называется м я г к им. В зависимости ог назначения берутся ферромагнетнки с той илн иной характеристикой. Так, для постоянных магнитов употребляются жесткие ферромагнетики, а для сердечников трансформаторов — мягкие.
В таблице приведены характеристики некоторых тнвичных ферромагнетиков. носительное изменение линейных размеров образца при магнитострикции невелико — в полях порядка 10' а/м (-1О' э) оно составляет 10-' — 10-'. Знак эффекта зависит от природы ферромагнетика, ориентации кристаллографических осей по отноше- I нию к направлению магнит- Е ного поля и от напряженности поля. У некоторых ферромаг- l нетиков при переходе от слабых полей к сильным знак магнитострикцни изменяется на обратный, Теория ферромагнетизма была создана Я. И. Френкелем ву и В.
Гейзенбергом в 1923 г. Из опытов по изучению магнитомеханических явлений (см. $51) следует, что ответственными за магнитные свой- Рвс. 103. ства ферромагнетиков являются собственные (спнновые) магнитные моменты электронов. Прн определенных условиях в кристаллах могут возникать силы '), которые заставляют магнитные моменты электронов выстраиваться па. И ьт раллельно друг другу. В результате возникают области спонтанного (самопроизвольного) н а м а г н и ч е н н я, которые называются также д о м е н а и и., В пределах каждого домена ферромаг» нетик спонтанно намагннчен до насыщения н обладает определенным магнит. ным моментом.
Направления этих мо. ментов для разных доменов различны (рнс. 104), так что в отсутствие внешнего поля суммарный момент всего тела ра« Ркс. 104. ВЕИ НУЛЮ. ДаМЕНЫ ИМЕЮТ раЗМЕрЫ ПО- рядка 10 4 — 10-з слс. Действие поля на домены на разных стадиях процесса намагничения оказывается различным. Вначале, при ') Этв силы называются обненнынн. Их объясненне дастся только квантовой неханнкой. слабых полях, наблюдается смещение границ доменов, в результате чего происходит увеличение тех доменов, моменты которых составляют с Н меньший угол, за счет доменов, у которых угол б между векторами р н Н больше.
Например, домены 7 и 8 (рис. 104) увеличиваются за счет доменов 2 и 4. С увеличением напряженности поля этот процесс идет все дальше и дальше, пока домены с меньшими б (которые обладают в магнитном поле меньшей энергией) ие поглотят целиком энергетически менее выгодные домены. На следующей стадии имеет место поворот магнитных моментов доменов в направлении поля. При этом моменты электронов в пределах домена поворачиваются одновременно, без нару. щения нх строгой параллельности друг другу. Эти процессы (исключая небольшие смещения границ между доменами в очень слабых полях) являются необратимыми, что и служит причиной гистерезиса.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
