Ферромагнетики и их свойства
Среди парамагнетиков выделяется класс веществ, обладающих при определенных условиях повышенной и даже самопроизвольной (спонтанной) намагниченностью, которая сильно изменяется под влиянием внешних воздействий - магнитного поля, деформации, изменения температуры. Эти вещества, что уже отмечалось в начале, называются ферромагнетиками. Внутреннее магнитное поле в них может в десятки, сотни и даже тысячи раз превосходить внешнее магнитное поле . Такими свойствами обладают кристаллы некоторых переходных металлов (железо, кобальт, никель), редкоземельных элементов и ряда сплавов.Для всех типов магнетиков (диа-, пара-, ферромагнетиков) характерно явление насыщения, т.е. наличие такого состояния, при котором собственные и наведенные моменты всех атомов (молекул) устанавливаются в направлении вектора внешнего магнитного поля .
Зависимость
и
приведены на рис.3
рис. 3
Отличие
ферромагнетиков от других магнетиков
заключается в том, что насыщение
наступает при малых значениях
(для ферромагнетиков
).
Кроме того, зависимость
у ферромагнетиков нелинейная и,
следовательно, нелинейный характер
имеет и зависимость
. Пример такой зависимости
представлен на рис. 4
рис. 4
Максимальные
значения
для ферромагнетиков могут быть очень
велики (
).
Кроме этого ферромагнетики обладают способностью частично сохранять намагниченность после их удаления из внешнего магнитного поля. Эта способность проявляется в наблюдающемся у ферромагнетиков явлении магнитного гистерезиса (рис 5).
)
)
рис. 5
Пусть ферромагнитный
образец был вначале предварительно
размагничен. Тогда во внешнем магнитном
поле намагниченность
возрастает по начальной кривой
намагничивания
от
до
причем точка A
соответствует
состоянию магнитного насыщения. Если
затем уменьшить напряженность магнитного
поля H,
то намагниченность
изменится по кривой
(рис. 5 а), лежащей выше кривой ОА.
При H=0
намагниченность
,
и она обращается в нуль только при
.
Дальнейший ход зависимости
при перемагничивании образца показан
на рис. 5а, изображающем предельную
петлю магнитного гистерезиса. Величины
и
называются остаточной
намагниченностью
и коэрцитивной
силой
соответственно. Коэрцитивная сила
характеризует способность вещества
сохранять намагниченное состояние. В
зависимости от значения коэрцитивной
силы
различают магнито-мягкие и магнито-твердые
материалы. Первые отличаются малым
значением
(
)
и малыми потерями энергии при
перемагничивании. Их используют при
изготовлении трансформаторов,
электрических двигателей. Магнито-твердые
материалы намагничиваются до насыщения
в сравнительно сильных магнитных полях
и характеризуются высокими значениями
коэрцитивной силы (
)
и остаточной индукцией (
).
Эти материалы используются для
изготовления постоянных магнитов.
Площадь петли гистерезиса на графике
зависимости
(рис.5 б) пропорциональна количеству
теплоты, выделяющемуся в единице объема
ферромагнетика за один цикл
перемагничивания.