2. Свойства ферромагнетиков

Характерной особенностью ферромагнетиков является сложная нелинейная зависимость J(Н) (рис.1а) или В(Н) (рис.1б). Экспериментально установлено, что намагниченность J не увеличивается безгранично при увеличении напряженности Н, а имеет предел, называемый намагниченностью насыщения J_s. Поскольку , кривая зависимостиВ(Н) не выходит на насыщение даже когда намагниченность достигает значений J=J_s=const. После достижения значения Н=Н_S магнитная индукция В продолжает расти линейно с ростом Н. Зависимость В(Н) для ферромагнетика была установлена А.Г. Столетовым и называется основной кривой намагничивания.

При перемагничивании ферромагнетика периодически изменяющимся магнитным полем зависимостьB=f(H) представляет собойпетлю гистерезиса (рис. 2). Если ферромагнитный образец полностью размагничен (J=0,В=0), тогда во внешнем магнитном поле магнитная индукция в образце возрастает с ростом напряженности внешнего поляНпо основной кривой намагничивания (участок 0-1). Точка 1 соответствует состоянию магнитного насыщения (Н=H_SиВ=В_S- параметры точки магнитного насыщения). Если затем уменьшать напряженность магнитного поляН, то магнитная индукция Визменяется по кривой 1-2, лежащей выше основной кривой намагничивания. В точке 2 приН=0 в ферромагнетике наблюдаетсяостаточная магнитная индукция В=В_r. Ферромагнетик в этом состоянии называется постоянным магнитом.

Для того чтобы ликвидировать остаточное поле, необходимо приложить обратное поле, напряженность которого задается отрезком 0-3. Напряженность поля Н=-H_C в точке 3 называется задерживающим иликоэрцитивным полем ферромагнетика, т.е. это напряженность поля, при которой происходит полное размагничивание образца.

При дальнейшем увеличении обратного поля ферромагнетик перемагничивается (кривая 3-4) , при Н=–H_Sдостигает насыщения (точка 4). Затем ферромагнетик можно размагнить (кривая 4-5-6) и перемагнитить до насыщения (кривая 6-1).

Величины В_r и H_C характеризуют основные свойства ферромагнетика. Если значение коэрцитивной силы H_C велико, т.е. петля широкая, то ферромагнетик называется магнитожестким. Ферромагнетик с малой H_C (узкая петля гистерезиса) называется магнитомягким.

Перемагничивание ферромагнетика связано с затратой энергии, которая в конечном счете переходит во внутреннюю. Эта энергия, затраченная на перемагничивание единицы объема магнетика, может быть найдена как площадь, ограниченная петлей гистерезиса

. (7)

Площадь петли определяется амплитудой напряженности магнитного поля H_max.Площадь будет наибольшей, когдаH_max=H_S.Эта предельная петля на рис. 2 показана сплошной линией. При меньшей амплитуде (H_max<H_S) получаются петли гистерезиса с меньшей площадью. Такие частные циклы показаны пунктирной линией. Увеличение напряженности большеH_S(участок отH_SдоH_max) приводит к линейной зависимостиВ(Н).

В связи с неоднозначностью зависимости В(Н) у ферромагнетиков понятие «магнитной проницаемости» применяется лишь к основной кривой намагничивания (кривая 0-1 на рис. 2). Магнитная проницаемость ферромагнетиков является функцией напряженности поля μ= f(H). На рис. 3а изображена основная кривая намагничивания. Отношение B/H в каждой точке основной кривой намагничивания является тангенсом угла наклона кривой и, в то же время определяет значение магнитной проницаемости ферромагнетика, т.е:

(8)

При увеличении Н от нуля угол наклона (а значит и μ) сначала растет. В точке 2 он достигает максимума (прямая 0–2 является касательной к кривой), а затем убывает. На рис. 3б дан график зависимости μ(Н), называемый кривой Столетова. Из рисунка видно, что максимальное значение μ достигается несколько раньше, чем насыщение. При неограниченном возрастании Н магнитная проницаемость асимптотически приближается к единице. Это следует из того, что J в выражении μ=1+J/Н не может превысить значение J_нас. Магнитная проницаемость, определяемая по соотношению (8), называется эффективным значением магнитной проницаемости μ_эфф.