25. Термомагнитные материалы. Эффект Риги-Ледюка

К термомагнитным материалам относятся ферромагнитные сплавы с сильной зависимостью намагниченности насыщения от температуры в заданном магнитном поле. Это свойство, как правило, проявляется вблизи точки Кюри, где тепловое движение частиц вещества дезориентирует их магнитные моменты. У большинства применяемых термомагнитных сплавов рабочая точка находится между 0 °C и 200 °C. Термомагнитные материалы применяют главным образом в качестве шунтов или магнитных добавочных сопротивлений. Включение таких сопротивлений в магнитные цепи позволяет компенсировать изменения магнитного потока в цепи, вызванные температурными изменениями электрического сопротивления обмоток магнита, величины воздушного зазора магнита и т. д. Термомагнитные материалы применяются также в реле, момент срабатывания которых зависит от температуры.

Термомагнитные материалы обычно подразделяют на две группы: термомагнитные компенсационные сплавы (ТКС) и многослойные термомагнитные компенсационные сплавы (ТКМ). К ТКС относятся сплавы Fe-Ni-Cr – компенсаторы, Ni-Cu – кальмаллои, Ni-Fe – пермаллои. К преимуществам компенсаторов следует отнести обратимость свойств в диапазоне температур ±70 °C, хорошую воспроизводимость характеристик (в частности зависимость намагниченности насыщения от температуры) и несложность механической обработки. ТКМ обладают рядом преимуществ по сравнению с ТКС, а именно: возможность расчета магнитных свойств и разнообразие характеристик; достижение значения намагниченности насыщения в слабых магнитных полях; слабая зависимость насыщения от поля.

Кроме того, в качестве термомагнитных материалов допускается рассматривать материалы, применение которых обусловлено некоторыми известными термомагнитными эффектами.

• Эффект Риги-Ледюка – термомагнитный эффект, заключающийся в возникновении вторичной разности температур (перпендикулярной внешнему магнитному полю), при помещении проводника с градиентом температур в область действия постоянного магнитного поля, перпендикулярного тепловому потоку.

Данный эффект объясняется тем, что траектории носителей заряда в магнитном поле искривляются под действием силы Лоренца. В отсутствии магнитного поля поток теплоты направлен от горячего конца образца к холодному. При включении магнитного поля поток диффузии отклоняется силой Лоренца на некоторый угол, и возникает поперечный градиент температуры.

Количественной характеристикой эффекта служит постоянная Риги-Ледюка S, характеризующая свойства данного вещества, при этом имеет место выражение (3.13).

(3.13)

где Т – температура; τ – время свободного пробега носителей; e – заряд носителей; m^* – эффективная масса носителей заряда; c – скорость света.

Так как направление силы Лоренца при данном направлении диффузии зависит от знака носителей заряда, то знак S будет различным для носителей разного знака (для электронов S > 0, для дырок S < 0).

Выражение (3.14) определяет приближенное соотношение между постоянной Риги-Ледюка S и коэффициентом Холла R_н.

S=σR_H, (3.14)

где σ – удельная электропроводность; R_H – коэффициент Холла.