2.Ферромагнетики. Намагнічування феромагнітної речовини

До феромагнетиків належать матеріали, які сильно взаємодіють з магнітним полем і магнітна проникність яких у певному температурному інтервалі значно більша за одиницю. Феромагнітні властивості мають тільки кристалічні тіла. У рідкому, або газоподібному стані феромагнетики стають парамагнітними. Феромагнетики мають окремі ділянки, атоми в яких мають однаково напрямлені магнітні моменти. У зовнішньому магнітному полі такі ділянки (їх називають доменами) орієнтуються однаково.

Магнітна проникність феромагнетиків у слабких полях дорівнює п'ять - шість тисяч, а в сильних - зменшується до кількох сотень. Якщо їх нагрівати вище від певної температури (точка Кюрі), вони втрачають свої властивості і стають парамагнетиками. Для заліза точка Кюрі становить 770 °С, нікелю - 360 °С, пермалою (сплав 70 % і 30 % ) - всього 70 °С.

Розглянемо процес намагнічування феромагнітної речовини. Для цього однорідний стрижень (наприклад, із заліза) внесемо у зовнішнє магнітне поле (наприклад, у котушку зі струмом). Унаслідок зростання індукції зовнішнього магнітного поля B₀, створеного котушкою, відбуватиметься намагнічування цього феромагнітного стрижня, тобто зростання в ньому магнітної індукції B (рис.4.4.11, ділянка OA).

У точці А стрижень досягає стану магнітного насичення, коли зі зростанням ₀ магнітна індукція всередині стрижня майже не змінюється. Коли після цього починають зменшувати індукцію зовнішнього поля, то графік буде спрямовано в напрямі АВ (В залишкове) При цьому стрижень залишається намагніченим за відсутності зовнішнього магнітного поля. Після цього стрижень можна вийняти з котушки і використати як постійний магніт.

Для розмагнічування стрижня струм у котушці спрямовують у зворотному напрямі, поступово збільшуючи силу струму (крива AB_залВ_к).

Модуль індукції _к зовнішнього поля, яке потрібне для розмагнічування феромагнетика, називають коерцитивною силою (затримувальною) силою. Речовини з малою коерцитивною силою називають магнітно-м'якими феромагнетиками, з великою - магнітно-жорсткими.

Збільшуючи індукцію зовнішнього протилежно напрямленого поля, знову досягають магнітного насичення в стрижні (точка A'). За умови B₀ = B_к =  B' _к стрижень розмагнітиться. Збільшуючи значення B₀, стрижень знову досягає насичення в точці А.

Явище відставання магнітної індукції поля феромагнетика від індукції зовнішнього поля ₀ називають гістерезисом, а замкнену криву (рис.4.4.11) - петлею гістерезесу. Явище гістерезесу пов'язано з певною інертністю перебудови доменної структури феромагнетика в зовнішньому магнітному полі.

Магнітом'які феромагнітні матеріали (хімічно чисте залізо, електротехнічна сталь та ін.), які майже втрачають намагніченість після видалення із зовнішнього поля, використовують в тих електротехнічних пристроях, у яких відбувається неперервне перемагнічування осердь, магнітопроводів та інших частин трансформаторів, генераторів змінного струму, електродвигунів. Магнітожорсткі матеріали (вуглецева сталь, хромиста сталь і спеціальні сплави) використовують здебільшого для виготовлення постійних магнітів.

Великого застосування набули в сучасній радіотехніці ферити - феромагнітні матеріали, що не проводять електричний струм. До них належать речовини, що є хімічними сполуками оксиду заліза з оксидами інших металів. Ферити використовують для виготовлення осердь котушок індуктивності, внутрішніх антен малогабаритних приймачів тощо.

Завдяки явищу гістерезису, яке полягає у властивості магніту зберігати "пам'ять" про минуле, став можливим запис звуку в магнітофонах і довільної інформації в довготривалій пам'яті ЕОМ.

Для звукозапису в магнітофонах і відеозапису у відеомагнітофонах використовують магнітні стрічки, що складаються з гнучкої основи з поліхлорвінілу чи інших речовин, на яку нанесено робочий шар у вигляді магнітного лаку, що складається з дуже дрібних голчастих частинок заліза чи іншого феромагнетика і зв'язувальних речовин.

Звук записується на стрічці за допомогою електромагніта. Магнітне поле електромагніта змінюється в такт зі звуковими коливаннями.

Під час відтворення звуку спостерігається зворотний процес. Намагнічена стрічка збуджує в магнітній головці електричні сигнали, які після підсилення поступають на динамік магнітофона.

Тонкі магнітні плівки складаються з шару феромагнітного матеріалу товщиною 0,03 - 10 мкм. Їх використовують в запам'ятовувальних пристроях електронно-обчислювальних машин. Інформація записується і відтворюється приблизно так само, як і на звичайному магнітофоні.