5. Ферромагнетизм.

К ферромагнетикам относятся кристаллические вещества, способные сохранять намагниченность в отсутствие внешнего магнитного поля. Относительная магнитная проницаемость ферромагнетиков составляет многие сотни и тысяч единиц.

Экспериментальное исследование свойств ферромагнетиков было начато в XIX веке А.Г.Столетовым. исследования показали, что зависимость намагниченности ___ ферромагнетика от напряжённости Н внешнего магнитного поля имеет вид, изображенный на рис.3. При некоторой напряженности намагниченность достигает максимума и в дальнейшем не изменяется. Это явление было названо Столетовым магнитным насыщением.

Индукция магнитного поля в веществе равна векторной сумме индукций внешнего и внутреннего полей, т.е. . Поскольку, как показывает расчёт, , где - магнитная постоянная, то Отсюда следует, что вид зависимости В от Н в ферромагнетике должен отличаться от кривой __=f(H). После достижения магнитного насыщения должен наблюдаться дальнейший рост индукции, обусловленный ростом напряжённости Н внешнего магнитного поля, что и подтверждает эксперимент (рис.4).

Индукция магнитного поля в веществе может быть, кроме того, выражена соотношением . Поскольку зависимость В от Н у ферромагнетиков нелинейна, то относительная магнитная проницаемость зависит от Н (рис.5.). Начальное значение определяется тангенсом угла наклона касательной к кривой В=f(H) в точке Н=0 (рис.4.). Максимальное значение магнитной проницаемости даёт тангенс угла (рис.4.). При дальнейшем увеличении напряжённости падает и при больших Н стремится к единице. Действительно, в сильных полях вторым слагаемым в выражении можно пренебречь. Тогда получим , поскольку, крое того, , то из этого следует, что стремится к единице (рис.5).

6. Гистерезис.

Отличительной чертой ферромагнетиков является гистерезис. Кривая на рис.6 представляет собой результат исследования индукции В в ферромагнетиках в переменном по величине и направлению внешнем магнитном поле. Такие исследования модно проводить, если поместить ферромагнетик внутрь катушки с током. Предположим, что сердечник первоначально не намагничивался, тогда ход зависимости В от Н с ростом Н будет отражать кривая 01А. Пусть точка А соответствует напряжённости , при которой достигается магнитное насыщение. Если теперь начать уменьшать напряженность внешнего поля, то, как показывает эксперимент, индукция будет изменяться по кривой АВ₀ , лежащей несколько выше, т.е. индукция как бы запаздывает по отношению к напряжённости поля Н. В момент, когда напряженность окажется равной нулю, индукция примет значение В₀, которое называют остаточной индукцией. Ферромагнетик в таком состоянии представляет собой постоянный магнит. Для того, чтобы его размагнитить, придётся изменить направление тока в катушке, а значит и направление напряжённости внешнего магнитного поля. Напряжённость Н_К, при которой ферромагнетик полностью размагнитится, называют коэрцитивной силой. При дальнейшем увеличении напряженности поля в этом направлении вновь будет достигнуто состояние насыщения (точка С). Уменьшая напряженность поля и снова изменив его направление, можно возвратиться в точку А. Описанная кривая носит название максимальной петли гистерезиса. Если при максимальном значении Н насыщение не достигается, то такую кривую называют частным циклом (например, кривая 1-2-3-4-1, рис.6). Существует бесконечное множество частных циклов.

Ферромагнетики, у которых коэрцитивная сала велика, т.е. петля широкая, называют жесткими. Для размагничивания таких ферромагне­тиков нужны сильные поля. Поэтому из них изготавливают постоянные магниты. Ферромагнетики с узкой петлей, т.е. малой коэрцитивной силой, называют мягкими. Их используют там, где необходимо осуще­ствлять частое перемагничивание, например, в трансформаторах. Ввиду неоднозначной зависимости В от Н (рис.6) понятие от­носительной магнитной проницаемости применимо только к основной кривой зависимости В от Н (рио.4 и участок O1A на рис.6).