4 Контрольные вопросы
4.1 Какие вещества называются ферромагнетиками, парамагнетиками и диамагнетиками?
4.2 Что называется намагниченностью и магнитной индукцией вещества? Какова связь между ними?
4.3 Нарисуйте кривую намагничивания, частную и предельную петли гистерезиса. Объясните ход кривой намагничивания.
4.4 Какие ферромагнетики называются магнитомягкими и магнитожесткими? Где они применяются?
4.5 Что такое индукция насыщения образца, остаточная индукция, коэрцитивная сила?
4.6 Какими физическими параметрами характеризуются ферромагнитные материалы в технике?
Лабораторная работа №7
Определение температуры Кюри ферромагнетиков
индукционным методом
Цель и задачи работы: Изучение свойств магнитных материалов, определение температуры Кюри ферромагнетиков.
1 Общие сведения
Магнитная восприимчивость ферромагнетиков зависит от температуры. На рисунке 1 приведена зависимость магнитной восприимчивости от температуры, снятой в слабом магнитном поле (~ 100 А/м). Видно, что при некоторой температуре Тс магнитная восприимчивость ферромагнетика достигает максимума. Эта температура Тс называется температурой (точкой) Кюри. Выше температуры Кюри вещество становится парамагнетиком. Для различных ферромагнетиков температуры Кюри различны. По величине Тс можно определить энергию обменного взаимодействия:
Eобм = kТс ,
где k – постоянная Больцмана.
Рисунок 1 Зависимость магнитной восприимчивости
от температуры
Следовательно, температура Кюри – это такая температура, ниже которой магнитные моменты атомов ферромагнетика, благодаря обменному взаимодействию, выстраиваются параллельно друг другу. Однако, такая ориентация магнитных моментов атомов всего тела в отсутствии внешнего магнитного поля энергетически невыгодна. И поэтому ферромагнетик самопроизвольно разбивается на отдельные домены так, что суммарная намагниченность тела равна нулю.
Рисунок 2 Зависимость вектора намагниченности
от температуры
Если ферромагнетик поместить во внешнее магнитное поле, то он легко намагничивается до насыщения. Величина намагниченности насыщения JS зависит от температуры: с повышением температуры она монотонно уменьшается и достигает нуля при Т = Тс (рисунок 2).
Для различных магнитных материалов, используемых в технике, кривая намагничивания и петля гистерезиса могут сильно различаться. Для примера на рисунке 3 изображены прямоугольная (а) и «безгистерезисная» (б) петли гистерезиса.
В первом случае кривая намагничивания отсутствует, во втором случае потери на перемагничивание практически равны нулю. Материалы с петлей гистерезиса близкой к прямоугольной используют для изготовления постоянных магнитов; а материалы с «безгистерезисной» петлей – в качестве магнитопроводов в некоторых электрических машинах, трансформаторах и т.д.
Рисунок 3 Виды гистерезиса:
а - магнитожесткие вещества;
б - магнитомягкие вещества
На практике ферромагнитные вещества чаще всего характеризуются не намагниченностью J, а индукцией В, которая определяется по формуле
,
(1)
где
- намагниченность
вещества равное
- магнитная восприимчивость вещества.
B
= µ0
H
(1 +
).
(2)
Обозначив 1 +
= µ
и формулу (1) перепишем в виде:
B = µµ0 H, (3)
где µ - называется относительной магнитной проницаемостью вещества.