Савельев - Курс общей физики Том 2 - Электричество (934756), страница 29
Текст из файла (страница 29)
Гистерезис приводит к тому, что намагничение ферромагнетика не является однозначной функцией Н; оно в сильной мере зависит также от предшествующей истории 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 оии очень похожи по своим свойствам на сегнетоэлектрики (см. $19). В связи с неоднозначностью зависимости В от Н понятие магнитной проницаемости применяется лишь к основной кривой намагничения. Относительная магнитная проницаемость ферромагнетиков р (а следовательно и магнитная восприимчивость т) является функцией напряженности поля. На рис.
103, а изображена !зз н, в а/в в, в ев Состав Вещесввв 0,З 99,9% Ре 79% 141, 5% Мо, 18% Ге. 7Келеэо Сунернал- лоа Алннко 10% А1, 19% %, 18% Со, 33% Ре 14% Хс24% Со,8% А1, 3% Сн, 51%'Ре 13% Ы1, 24% Со, 8% А1, 3% Сн,о',7.% Т1, остальное Ре 0,9 Магна ко Колун акс 1,3 Ферромагиетики при нлмагничении деформируются.
Это явление называется магнитострнкцией. От- осноннаи кривая намагничения. Проведем нз начала координат прямую линию, проходящую через произвольную точку кривой. Тангенс угла ваклоиа втой прямой пропорционален отношеияю В/Н,т.е.отиоснтельноймагнитной проницаемости 11 для соответствую1цего значения напряженности поля. При увеличении Н от нуля угол наклона (а значит и 1в) сначала растет. В точке 2 ан достигает максимума (примая 0 — 2 является касательной к криной), а затем убывает. На рис.
103,6 дян график зависимости р от Н. Из рисунка видно, что максимальное значение проницаемости достигается несколько раньше, чем насыщение. При неограниченном возрастании Н проницаемость асимптотически приближается к единице. Это следует из того, что У в выражении р = 1+ У/Н не может превысить значение 1н, . Величины В, (или 1„), Н, и р „являются основными характеристиками ферромагнетика. Если козрцитивная сила Н, велика, ферромагнетик называется ж естким Для него характерна широкая петля гистерезиса.
Ферромагнетик с малой Н, (и соответственно узкой петлей гнстерезиса) называется м я г к и и. В зависимости ат назначения берутся ферромагнетнки с той илн иной характеристикой. Так, для постоянных магнитов употребляются жесткие ферромагиетики, а для сердечников трансформаторов — мягкие. В таблиие приведены характеристики некоторых типичных ферромагнетиков. носительное изменение линейных размеров образца пря магнитострикции невелико — в полях порядка 10а и!и ( 1О' э) оно составляет 1О-' — 1О-'.
Знак эффекта зависит от природы ферромагнетика, ориентации кристаллографических осей по отношению к направлению магнит- и ного поля и от напряженности поля. У некоторых ферромаг/ ! / ! нетнков яри переходе от слабых полей к сильным знак магнитострикции изменяется на обратный. Теория ферромагнетиэма была создана Я. И. Френкелем ат и В. Гейзенбергом в 1928 г. Из опытов по изучению магнитомеханнческих явлений (см. $ 51) следует, что ответственными за магнитные свой- Рис.
!03. ства ферромагнетиков являются собственные (спиновые) магнитные моменты электронов. При определенных условиях в кристаллах могут. возникать силы '), которые заставляют магнитные моменты электронов выстраиваться па. Н1, раллельно друг другу. В результате возникают области спонтанного (самопроизвольного) на м а г и ич ения, которые называются также д о и е н а м н. В пределах каждого домена ферромаг нетнк спонтанно намагничен до насыщения и обладает определенным магнитным моментом. Направления этих моментов для разных доменов различны (рис.
104), так что в отсутствие внешнего поля суммарный момент всего тела раРис.!04. вен нулю. Домены имеют размеры по- рядка 1О ' — '10-з см. Действие поля на домены на разных стадиях процесса намагничения оказывается различным. Вначале, при ') Эти силы называются обменными. Их обьиснеиие настен только квавтовой механикой. 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 6 между векторами р и Н больше. Например, домены 1 и 3 (рис. 104) увеличиваются за счет доменов 2 и 4. С увеличением напряженности поли этот процесс идет все дальше и дальше, пока домены с меныними б (которые обладают в магнитном поле меньшей энергией) не поглотят целиком энергетически менее выгодные домены.
На следующей стадии имеет место поворот магнитных моментов доменов в направлении поля. При этом моменты электронов в преде. лах домена поворачиваются одновременно, без нарушения их строгой параллельности друг другу. Эти процессы (исключая небольшие смещения границ между доменами в очень слабых полях) являются необратимыми, что и служит причиной гистерезиса. Для каждого ферромагнетнка имеется определенная температура Т„ при которой области спонтанного намагничення распадаются и вещество утрачивает ферромагнитные свойства.
Эта температура называется точкойй Кюр и. Для железа она равна 768'С, для никеля 365'С. При температуре выше точки Кюри ферромагнетик становится обычным парамагнетико~4, магнитная восприимчивость которого подчиняется закону К)ар и— Вейсса С У Бч ~ г (54.1) [ср. с формулой (53.1)). При охлаждении ферромагнетика ниже точки Кюри в нем снова возникают домены. В точке Кюри присходит фазовый переход второго рода (см. т. 1, $147). Прц температуре, равной Т„ наблюдается аномалия в поведении ряда физических свойств, в частности теплоемкости, ферромагнетика. В некоторых случаях обменные силы приводят к возникновению так называемых антиферромагнетиков (хром, марганец и др.).
Существование антиферромагнетиков было предсказано Л. Д. Ландау в 1933 г. В антиферромагнетиках собственные магнитные момен. ты электронов самопроизвольно ориентированы антипараллельно друг другу. Такая ориентация охватывает по- парно соседние атомы. В результате антиферромагнетики обладают крайне малой магнитной восприимчивостью и ведут себя как очень слабые парамагнетики. Для антиферромагнетиков также существует температура Ти, при которой антипараллельиая ориентация спинов исчезает.
Эта температура называется антиферромагнитной точкой Кюри или точкой Н еел я. У некоторых антиферромагнетиков (например, у зрбия, диспрозия, сплавов марганца и меди) таких температур две (верхняя и нижняя точки Нееля), причем антиферромагнитные свойства наблюдаются только при промежуточных температурах. Выше верхней точки вещество ведет себя как парамагнетик, а при температурах, меньших нижней точки Нееля, становится ферро. магнетиком. ГЛАВА Х элнктвой1дгнитнля индукция ф 56. Явление электромагнитной индукции В 1831 г. Фарадей открыл, что во всяком замкнутом проводящем контуре при изменении потока магнитной индукции через поверхность, ограниченную этим контуром, возникает электрический ток.
Это яаленне называют электромагнитной индукцией, а возникающий ток индукционным. г Величина индукционного тока не зависит от способа, которым вызывается изменение потока магнитной индукции Ф, н определяется лищь скоростьюизменения Ф, т. е. значением дФ/Ж При изменении знака дФ/сИ меняется также направление тока. Поясним сказанное следующим примером. На рис.
105 изображен контур 1, силу тока в котором 1~ можно менять с помощью рео стата. Ток (1 создает магнитное поле, пронизывающее контур 2. Если увеличивать ток й, поток магнитной индукции Ф через контур 2 будет расти. Это приведет к появлению в контуре 2 индукционного тока 1з, регистрируемого гальванометром. Уменьшение тока (1 обусловит убывание потока магнитной индукции через второй контур, что приведет к появлению в нем индукционного тока иного направления, чем в первом случае. Индук ционный ток (з можно вызвать также, приближая контур 2 к первому контуру, или удаляя второй контур от первого. В обоих случаях направления возникающего тока будут противоположньгми. Наконец, злектромаг. нитную индукцию можно вызвать, не перемещая контур 2 поступательно, а поворачивая его так, чтобы менялся угол между нормалью к контуру и направлением поля.
Заполнение всего пространства, в котором поле отлично от нуля, однородным магнетиком приводит, при прочих равных условиях, к увеличению индукционного тока в р раз. Этим подтверждается то, что индукцион« ный ток обусловлен изменением не потока вектора Н, а потока магнитной индукции. Ленц установил правило, с помощью которого можно найти направление индукционного тока. П р а в и л о Ленца гласит, что индукционньй ток всегда направлен так, чтобы противодействовать причине, его вывываюи4ей.' Если, например, изменение Ф вызвано переме.
щением контура, то возникает индукционный ток такого направления, что сила, действующая на него во внешнем поле, противится движению контура. При приближении контура 2 к первому контуру возникает ток ц (рис. 105), магнитный момент которого направлен против внешнего поля (угол а между векторами р' и В равен и). Следовательно, согласно формуле (48.8) на контур 2 будет действовать сила, отталкивающая его от первого контура.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
