27.3. Ферромагнетики

Ферромагнетики – вещества, сильно намагничивающиеся во внешних магнитных полях и сохраняющих её даже в отсутствие внешнего магнитного поля.

Природа ферромагнетизма заключается в том, что ферромагнетики состоят из большого числа очень малых областей – доменов. Каждый домен спонтанно намагничен и представляет собой микромагнетик. Это связано с существованием в атомах домена некомпенсированных спиновых моментов электронов. Например, у железа имеется 4 некомпенсированных спина, у кобальта – 3, у никеля – 2. В ненамагниченом ферромагнетике магнитные моменты каждого домена направлены различно, так что при отсутствии внешнего магнитного поля полный магнитный момент ферромагнетика равен нулю. Если ферромагнетик поместить в магнитное поле, то домены ориентируются по направлению поля и он намагничивается. При отключении внешнего поля домены частично разориентируются друг относительно друга, однако, в целом, их ориентация и ферромагнетик сохраняет свою намагниченность с отличным от нуля полным магнитным моментом.

Для ферромагнитных материалов   1,  0. Примерами ферромагнитных веществ являются Fe, Ni, Co, Gd и их сплавы. Так для железа   500, а для супермалоя  = 800000.

Динамику намагничивания и размагничивания ферромагнетика можно проследить на графике зависимости намагниченности J от напряженности внешнего магнитного поля Н (рис. 27.2).

Рис. 27.2. Петля гистерезиса, характеризующая

намагничивания ферромагнетика.

При намагничивании магнетика график вначале идет по путиОА, достигая насыщения в точке А. При отключении магнитного поля кривая не идет обратно по путиОА, как у парамагнетиков, а идет по пути AJ₀. В этом случае в отсутствие поля в магнетике сохраняется остаточная намагниченность J₀. Ферромагнетик можно размагнитить действием обратного поля, а при некоторм значении коэрцитивной силы Н_к и вовсе свести значение J к нулю. При дальнейшем действии этого поля магнетик намагничивается в обратном направлении (на участке -Н_кВ). Поменяв поле вновь в «прямом» направлении можно проследить упомянутые явления на пути В- J₀Н_кА.

Петля, замкнутая точками АJ₀ВН_кА, называется петлей гистерезиса. Чем больше площадь, ограниченная петлей гистерезиса, тем большими ферромагнитными свойствами обладает данное вещество.

При нагревании для каждого ферромагнетика имеется определенная температура, при которой он теряет свои магнитные свойства и переходит из ферромагнитного в парамагнитное состояние. Эта температура называется точкой Кюри.

Магнитные сплавы на основе железа, никеля и кобальта находят широкое практическое применение. В частности, в сталях ответственной за магнитные свойства является низкотемпературная -фаза, представляющая из себя твердый раствор углерода в железе и называемой ферритом.

Различают магнитомягкие и магнитотвердые материалы. Магнитомягкие материалы обладают малой коэрцитивной силой, высокой магнитной проницаемостью и узкой петлей гистерезиса. Эти материалы используются в основном в трансформаторах.

Магнитотвердые материалы имеют высокую коэрцитивную силу и небольшую магнитную проницаемость. Используются, в основном, для изготовления постоянных магнитов.

Отметим еще явление у магнетиков – магнитострикцию. Магнитострикция – изменение формы и размеров тел под влиянием намагничивания. Этот эффект называется прямым магнитострикционным эффектом. Обратный магнитострикционный эффект – изменение состояния намагниченности тел при их механической деформации.

Прямой и обратный магнитострикционный эффекты находят применение в приборостроении. Сконструированы разные типы магнитострикционных: реле, вибраторы, резонансы, фильтры, преобразователи, стабилизаторы, манометры, тензометры и др.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. В.Акоста, К.Каравай, Б.Грем – Основы современной физики. М.: Просвещение. 1981г. 496с.

2. Г.М.Попов, И.И.Шафрановский – Кристаллография. М.: Высшая школа. 1972г. 352с.

3. Б.Н.Бушманов, Ю.А.Хромов – Физика твердого тела. М.: Высшая школа. 1971г. 224с.

4. В.В.Горбачев, Л.Г.Спицына – Физика полупроводников и металлов. М.: Металлургия. 1976г. 368с.

5. Физическое материаловедение. Под ред. Р.Кана. Вып. 1-3. М.:1967-1968г.г.

6. Г.М.Бартенев, Ю.В.Зеленев – Физика и механика полимеров. М.: Высшая школа. 1983г. 391с.

7. Ч.Уэрб, Р.Томсон – Физика твердого тела. М.: Мир. 1969г. 558с.

8. Е.М.Соколовская, Л.С.Гузей – Металлохимия. М.: МГУ. 1986г. 264с.

9. И.К.Кикоин, А.К.Кикоин – Молекулярная физика. М: Гос. изд. физ.-мат. л-ры. 1963г. 498с.

10. Материаловедение. Под. ред. Ю.К.Файнберга. М.: Гос. НТИ л-ры по черной и цв. металлургии. 1961г. 476с.

    11. Н. М. Беляев. Сопротивление материалов, М.: Наука, 1976 г., 607 с.

    12. А. А. Жуховицкий, Л.А. Шварцман. Физическая химия. М.: Мет. 1987 г, 687 с.

    13. Н. В. Коровин, Г. Н. Масленникова, Э. И. Мингулина, Э. Л. Филиппов. Курс общей химии. М.: Высшая школа. 1990 г., 446 с.

    14. С. Э. Фриш, А. В. Тиморева. Курс общей физики. Т.1-3. 1952-1954 гг.

    15. Ю. М. Лахтин, В. П. Леонтьева. Материаловедение. М.: Машиностроение. 1990 г., 528 с.

    16. Р. К. Мозберг. Материаловедение. Таллин: Валгус. 1976 г., 554 с.

    17. П. В. Павлов, А. Ф. Хохлов. Физика твердого тела. М.: Высшая школа. 1985 г. 384 с.

    18. Г. И. Епифанов. Физика твердого тела. М.: Высшая школа. 1977 г., 288 с.

    19. С. С. Горелик, М. Я. Дашевский. Материаловедение полупроводников и диэлектриков.