4. Ферримагнетизм

Ферримагнетики (ферриты) состоят как бы из двух встроенных друг в друга решёток с магнитными моментами, направленными навстречу друг другу или имеющими более сложную пространственную ориентацию (рис.16.10, в), но векторная сумма намагниченностей подрешёток отлична от нуля, поэтому для ферритов, как и для ферромагнетиков, характерна самопроизвольная намагниченность. Можно считать, что ферримагнетизм – наиболее общий случай магнитоупорядоченного состояния.

Ферриты по своим электрическим свойствам – полупроводники: имеют удельное электрическое сопротивление, в миллиарды раз превышающее сопротивление металлических ферромагнетиков. Это практически исключает возникновение в ферритах вихревых токов в переменных магнитных полях. Благодаря таким уникальным свойствам ферриты находят широкое применение в радиоэлектронике.

Магнитные материалы с прямоугольной петлёй гистерезиса широко применяются в устройствах автоматики, вычислительной техники, связи, хранения и переработке двоичной информации благодаря замечательной особенности: у таких материалов имеется два устойчивых магнитных состояния, соответствующих различным направлениям остаточной магнитной индукции.

Двоичные элементы на магнитных сердечниках с прямоугольной петлёй гистерезиса характеризуются высокой надежностью, малыми габаритами, низкой стоимостью, относительной стабильностью характеристик. Они обладают практически неограниченным сроком службы, сохраняют записанную информацию при отключенных источниках питания

В табл. 16.1 приведены характеристики некоторых ферромагнетиков и ферритов.

Таблица 16.1

Вещество	max	Hс, А/м	BОСТ, Тл
Платина – кобальт	-	320 000	0,5
Сталь кобальтовая	-	6400	1.0
Сталь мягкая	2000	140	-
Железо техническое	5000	80	0.06
Феррит марки 1000НМ	1800	28	0.11
Феррит никель-цинковый	2000	8	-
Железо чистое	200000	4	-
Супермаллой	1500000	0.3	0.3

Экспериментальная часть

Приборы и оборудование: звуковой генератор гз-118 (pq), электронный осциллограф с1-150 (ро), модуль “явление гистерезиса” фпэ–07. Экспериментальная установка и методика измерений

Принципиальная схема установки приведена на рис. 16.16.

Исследуемый образец выполнен в виде тороидального трансформатора Т, первичная обмотка которого содержит N₁ витков, а вторичная – N₂ витков. Напряжение на первичную обмотку трансформатора Т подается с выхода звукового генератора PQ через сопротивление R₁. Вторичная обмотка трансформатора последовательно соединена с сопротивлением R₂ и конденсатором С. С сопротивления R₁ на вход усилителя горизонтального отклонения осциллографа РО подается напряжение U_х, пропорциональное напряженности магнитного поля Н. На вход Y с конденсатора С подается напряжение U_у, пропорциональное индукции магнитного поля В. При радиусе витка обмотки радиуса тороида напряженность в тороиде

, (16.15)

где ;;(r₁ и r₂ – внешний и внутренний радиусы тороида соответственно; d₁ и d₂ – соответствующие диаметры). Падение напряжения на сопротивлении R₁ по закону Ома равно U_х=I₁R₁, или

. (16.16)

Напряжение U_х определяется по величине х – отклонению луча по горизонтальной оси, выраженному в делениях:

, (16.17)

где k_х – коэффициент отклонения электронного луча осциллографа по горизонтальной оси (цена деления). С учетом (16.16) и (16.17) выражение для Н может быть записано в виде: , или

, (16.18)

где

. (16.18а)

По закону Фарадея ЭДС индукции во вторичной обмотке

, (16.19)

где Ф – поток вектора магнитной индукции через один виток; – площадь поперечного сечения тороида, b – высота тороида.

По второму закону Кирхгофа для вторичной обмотки получаем:

, (16.20)

где U_C – напряжение на конденсаторе; – ЭДС самоиндукции во вторичной обмотке; I₂ – ток во вторичной обмотке; L₂ – индуктивность вторичной обмотки. Так как L₂ очень мало, а I₂R₂>>U_C, уравнение (16.20) может быть записано с учетом (16.19) в следующем виде:

,

откуда

. (16.21)

Учитывая (16.21), найдем напряжение U_у, равное напряжению на конденсаторе:

, (16.22)

где Q – заряд на обкладках конденсатора.

Если известен коэффициент отклонения луча k_у по вертикали, то

U_y=k_yy . (16.23)