исследование намагничивания ферромагнетика

Действие поля на домены на разных стадиях процесса намагничивания оказывается различным. Вначале при слабых полях наблюдается рост тех доменов, моменты которых

составляют с H меньший угол. При этом происходит смещение границ доменов (домен 1 увеличивается, за счёт доменов 2, 3, 4). С увеличением напряжённости поля домены с меньшими углами целиком поглощают энергетические менее выгодные домены (домен 1 поглощает домены 2, 3, 4). Затем происходит поворот магнитных моментов доменов в направлении поля. Эти процессы необратимы и являются причиной магнитного

гистерезиса – различия в значениях намагниченности J ферромагнетика при одной и той

же напряжённости H намагничивающего поля, т.к. J зависит от предистории намагничивания ферромагнетика.

При снятии поля моменты доменов сохраняют преимущественную ориентацию – “запоминают” действие поля – и требуется дополнительная работа поля обратного направления для стирания “памяти” о намагниченности.

Кривая намагничения ферромагнетика дана на рис. 4. С ростом внешнего магнитного

поля H индукция первоначально ненамагниченного ферромагнитного образца растёт по кривой 0-1, называемой основной кривой намагничивания. По достижении

намагниченностью Jr насыщения индукция B продолжает расти с H по линейному закону: Br = µ0 (H + Jrнас) . При уменьшении напряжённости H индукция изменяется не по первоначальной кривой 0-1, а по кривой 1-2. В результате, при отсутствии поля намагниченность не исчезает и образец имеет остаточную намагниченность Jr и остаточную индукцию Br . Чтобы привести к нулю магнитную индукцию в образце, необходимо наложить магнитное поле обратного направления напряжённостью Hc ,

называемой коэрцитивной силой.

Рис. 4. Магнитные петли гистерезиса: частная и максимальная. 0→1 – основная кривая намагничивания.

Существование остаточной намагниченности делает возможным изготовление постоянных магнитов.

При действии на ферромагнетик переменного магнитного поля индукция изменяется в соответствии с кривой 1-2-3-4-5-1, которая называется петлёй гистерезиса. Максимальная

петля гистерезиса соответствует достижению намагниченностью Jr насыщения; при r

меньших значенияхrJ получаются так называемые частные циклы. Заметим, что значения Jr , Br и Hc определяются как максимально возможные, т.е. они определяются по гистерезисным петлям для намагничения до насыщения. Уменьшая амплитуду

11

напряжённости поля H до нуля, образец можно полностью размагнитить (вернуть в точку

0).

К ферромагнетикам относятся железо, никель, кобальт, некоторые из редкоземельных элементов и ряд сплавов, причём ферромагнетизм обнаруживается только в кристаллическом состоянии перечисленных веществ.

Ферромагнитные свойства вещества существенно зависят от температуры. При повышении температуры спонтанная намагниченность уменьшается и при некоторой характерной для данного вещества температуре, называемой точкой Кюри, обращается в нуль. При температурах выше точки Кюри домены разрушаются, теряют свои ферромагнитные свойства и становятся парамагнетиками. Точка Кюри для железа равна 780oС, для никеля – 350oС.

12

V.Контрольные вопросы

1.Какова цель работы?

2.Какова программа работы?

3.Какие приборы используются в эксперименте?

4.Какие величины задаются постоянными?

5.Какие величины определяются прямыми и косвенными измерениями?

6.Какой закон объясняет появление э.д.с. индукции во вторичной обмотке?

7.В чём сущность электромагнитной индукции?

8.Объяснить возможность получения на экране осциллографа петли гистерезиса.

9.Показать, что напряжение, подаваемое на вход X осциллографа, пропорционально напряжённости поля в образце.

10.Как в данной работе получить предельную петлю гистерезиса?

11.Что называется основной кривой намагничивания?

12.Как определить значения напряжённости и магнитной индукции по координатам вершин петли гистерезиса?

13.Как определить магнитную проницаемость образца при заданном значении напряжённости поля?

14.Как определить предельное значение относительной магнитной проницаемости?

15.Как определить по петле гистерезиса коэрцитивную силу и остаточную индукцию?

16.Какие нужно построить графики?

17.Как рассчитать погрешность измерения напряжённости магнитного поля?

18.Как оценить погрешность измерения магнитной индукции?

19.Как оценить погрешности измерения магнитной проницаемости, коэрцитивной силы, остаточной индукции?

20.Какова природа магнетизма?

21.Что такое диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики?

22.Чем обусловлен полный магнитный момент атома?

23.Что такое домен?

24.Объяснить как происходит намагничивание ферромагнетика.

25.Какими единицами измеряется индукция и напряжённость магнитного поля?Дайте определение этих физических величин.

26.Что называется намагниченностью магнетика? В каких единицах она измеряется?

27.Каков физический смысл магнитной индукции в магнетике?

28.Что называется магнитной восприимчивостью?

29.Что называется относительной магнитной проницаемостью?

30.Как связана относительная магнитная проницаемость с магнитной восприимчивостью?

31.Почему значение магнитной проницаемости велико для ферромагнетика?

32.В чём заключается явление гистерезиса? Что такое петля гистерезиса?

33.Какими причинами обусловлена петля гистерезиса?

34.В чём заключается осциллографический метод исследования ферромагнетиков?

35.Какие характеристики ферромагнетика являются основными?

36.Что называется остаточной индукцией?

37.Как можно объяснить остаточную индукцию?

38.Что такое коэрцитивная сила?

39.Как можно размагнитить образец?

40.Записать формулу зависимости B от H.

41.Как выглядит график зависимости B = B(H) для ферромагнетика?

42.Как выглядит график зависимости µ = µ(H) для ферромагнетика?

43.Что такое точка Кюри?

13

44.Формулы среднего значения и оценки его ошибки для нормально распределённых данных.

14