2.2. Магнитная проницаемость

Одной из характеристик ферромагнетика является его статическая магнитная проницаемость μ, которая определяется по кривой намагничивания В(Н) (рис. 2) как отношение

μ = . (9)

Зависимость μ(Н), построенная по формуле (9) на основе графика В(Н), показана на рис. 3. Если для пара- и диамагнетиков величина μ=const, то у ферромагнетиков, ввиду нелинейности В(Н), магнитная проницаемость μ сильно зависит от величины поля Н. Поэтому, когда говорят о статической проницаемости ферромагнетика, имеют в виду его максимальную магнитную проницаемость, т.е. μ=μ_max. Величина μ_max графически определяется по наклону касательной к кривой В(Н), проведённой из начала координат. На рис. 2 такое касание достигается в точке А.

В отличие от индукции насыщения, которая практически ни у одного ферромагнетика не выходит за пределы 2 Тл, их магнитная проницаемость колеблется в очень широких пределах и чрезвычайно чувствительна не только к химическому составу и технологии производства ферромагнетика, но в некоторых случаях и к механическим воздействиям на образец (удары, изгибы). У простой конструкционной стали величина μ~10²…10³; у достаточно чистого железа μ~10³…10⁴; у специальных сплавов, называемых пермаллоями, величина μ достигает значений 10⁵…10⁶ !

2.3. Гистерезис

Кроме нелинейной зависимости В(Н), важнейшим свойством ферромагнетиков является магнитный гистерезис, который заключается в неоднозначной зависимости В(Н).

Е сли размагниченный образец начать намагничивать в первый раз, то увеличение индукции В в нём пойдёт по кривой 1 (рис. 4), т.е. по первичной кривой намагничивания. Если после достижения насыщения уменьшать намагничивающий ток, а вместе с ним и поле Н до нуля, то индукция в образце будет падать уже по кривой 2, не совпадающей с 1, и при Н=0 она не спадёт до нуля: образец останется намагниченным. Индукция В=В_r при Н=0 называется остаточной. Её соответствует остаточная намагниченность М_r. При дальнейшем увеличении намагничивающего тока (а, следовательно, и поля Н) в обратном направлении образец сначала полностью размагнитится, а затем вновь будет намагничиваться по кривой 3 до насыщения в противоположном направлении. Поле Н, которое размагничивает образец, т.е. при котором индукция В=0, называется коэрцитивной силой Н_с. Коэрцитивная сила характеризует устойчивость материала к размагничиванию, т.е. его способность сохранять остаточную намагниченность. Если после достижения насыщения поле Н снова уменьшать до нуля, а затем увеличивать а противоположном направлении, то изменение индукции В пойдёт по кривой 4-5.

П олучившаяся замкнутая кривая называется петлёй гистерезиса ферромагнетика. Петля называется предельной, если перемагничивающее поле Н доводит намагниченность до насыщения В_s. Все другие петли, в которых намагниченность в одном или обоих направлениях не доводится до насыщения, называются частными петлями (рис. 5). Все частные петли лежат внутри предельной. Любая петля, имеющая центр симметрии в начале координат, называется симметричной. Семейство вершин симметричных частных петель образует основную кривую намагничивания.

Замечание. Основная кривая очень близка к первичной. Практически эти две кривые считают тождественными.

Частных петель бесконечно много, поэтому наиболее определённой характеристикой магнитного материала является только предельная петля, а точнее – её параметры В_s, В_r, Н_с и площадь петли S_п. Все они очень критичны к химическому составу ферромагнетика, технологии его приготовления и обработки.

В зависимости от величины коэрцитивной силы Н_с, ферромагнетики делятся на магнитомягкие и магнитожёсткие. Если коэрцитивная сила мала (Н_с≤1000 А/м), то ферромагнетик считается магнитомягким. Такие ферромагнетики имеют узкую петлю гистерезиса и легко перемагничиваются. Наиболее широко их применяют для изготовления трансформаторных сердечников (магнитопроводов). Очень мягкими магнитными материалами являются сплавы железа и никеля, называемые пермаллоями (от англ. perm[eability] – проницаемость и alloy – сплав): коэрцитивная сила у них всего лишь 5-10 А/м ! Ферромагнетики с большой коэрцитивной силой (Н_с≥4000 А/м) относятся к разряду магнитожёстких; они имеют широкую петлю и используются для изготовления, например, постоянных магнитов. Одним из самых жёстких ферромагнетиков является сплав железа, алюминия, никеля и кобальта (сплав Алнико): его коэрцитивная сила достигает 40000 А/м !