14. Ферромагнетизм
Ферромагнетизм – одно из магнитных состояний материи, характеризуемое параллельной ориентацией магнитных моментов атомных носителей магнетизма. Вещества, способные принимать состояние ферромагнетизма называются ферромагнетиками. К ферромагнетикам относятся Fe, Ni, Co, их соединения и сплавы, а так же некоторые сплавы Mn, Ag и др. При относительно низких температурах ферромагнетиками являются некоторые элементы из ряда лантаноидов (Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm).
Установлено, что все ферромагнетики характеризуются:
кристаллическим строением;
большим положительным значением магнитной восприимчивости (магнитной проницаемости), а так же существенной и нелинейной зависимостью магнитной проницаемости от напряженности поля и температуры;
способностью намагничиваться до насыщения при обычных температурах, даже в слабых магнитных полях;
гистерезисом – зависимостью магнитных свойств от предшествующего магнитного состояния;
точкой Кюри – температурой, выше которой материал теряет ферромагнитные свойства [4], [5].
В 1907 г. Вейсс высказал ряд предположений, относительно магнитной структуры ферромагнетиков:
вследствие особенности структуры ферромагнетиков, внутри них всегда действуют мощные внутримолекулярные поля, вызывающие самопроизвольное (спонтанное) намагничивание ферромагнетика даже при отсутствии внешнего магнитного поля;
при H = 0 энергетически выгодным является такое состояние, при котором ферромагнитное тело разбивается на большое число областей макроскопического размера с равновероятным распределением направлений магнитных моментов, вследствие чего результирующий магнитный момент тела оказывается равным нулю. Эти области принято называть доменами (рис. 2.3). В последствие, справедливость гипотез Вейсса была подтверждена экспериментально.
Рис. 2.3. Доменная магнитная структура ферромагнетика (при H=0)
15. Свойства ферромагнетиков
Установлено, что все ферромагнетики характеризуются:
кристаллическим строением;
большим положительным значением магнитной восприимчивости (магнитной проницаемости), а так же существенной и нелинейной зависимостью магнитной проницаемости от напряженности поля и температуры;
способностью намагничиваться до насыщения при обычных температурах, даже в слабых магнитных полях;
гистерезисом – зависимостью магнитных свойств от предшествующего магнитного состояния;
точкой Кюри – температурой, выше которой материал теряет ферромагнитные свойства [4], [5].
В 1907 г. Вейсс высказал ряд предположений, относительно магнитной структуры ферромагнетиков:
вследствие особенности структуры ферромагнетиков, внутри них всегда действуют мощные внутримолекулярные поля, вызывающие самопроизвольное (спонтанное) намагничивание ферромагнетика даже при отсутствии внешнего магнитного поля;
при H = 0 энергетически выгодным является такое состояние, при котором ферромагнитное тело разбивается на большое число областей макроскопического размера с равновероятным распределением направлений магнитных моментов, вследствие чего результирующий магнитный момент тела оказывается равным нулю. Эти области принято называть доменами (рис. 2.3). В последствие, справедливость гипотез Вейсса была подтверждена экспериментально.
Рис. 2.3. Доменная магнитная структура ферромагнетика (при H=0)
Магнитные свойства ферромагнетиков характеризуются зависимостями магнитной индукции B или намагниченности I от напряженности поля H и потерь на перемагничивание P от индукции и частоты. Зависимость I(H) обычно изображают в координатах μ0I=f(H), где μ0I – внутренняя индукция Bi, называемая также магнитной поляризацией. Зависимости вида Bi(H) или B(H) называют кривыми намагничивания.
Магнитные свойства ферромагнетика зависят не только от напряженности поля, температуры, механических напряжений, но и от предшествующего магнитного состояния. Во многих случаях для получения кривых намагничивания в качестве исходного принимают размагниченное состояние образца, при котором в отсутствии внешнего поля индукция равна нулю и нет преимущественного направления намагничивания доменов, т. е. их магнитные моменты расположены статистически равновероятно (см. рис. 2.3).