27. Механизм технического намагничивания и магнитный гистерезис. Основная кривая намагничивания.

Магнитострикция

Явление намагничивания ферромагнитных материалов, сопрово­ждающееся изменением их линейных размеров, называют магнито-стрикцией. Количественно магнитострикцию характеризуют величи­ной λ_s, называемой константой магнитострикции, которая факти­чески является относительным удлинением образца ( λ_s = ∆l/l) при намагниченности до состояния технического насыщения. Численное значение λ_s,, невелико (10^─4—10^─6), и к тому же λ_s не является постоянной величиной данного материала. С изменением напряженности магнитного поля Н λ_s, изменяется и даже может измениться ее знак Например, для α-Fe в слабых магнитных полях (Н < 32 кА/м) λ_s > 0, в сильных (Н > 32 кА/м) λ_s < 0, а при Н ≈ 32 кА/м λ_s = 0. При намаг­ничивании, как правило, положительная продольная магнитострикция образца соответствует его отрицательной поперечной магнитострикции, при этом объем материала почти не изменяется. Поэтому магнитострикцию характеризуют не объемным изменением, а ли­нейным (∆l/l). В монокристаллах ферромагнетика проявляется ани­зотропия магнитострикции. Магнитострикция наблюдается и в по­ликристаллических материалах, причем наибольшая — у никеля (λ_s = — 3,7•10^─5), у сплава никоси (сплав Ni—Co—Si) λ_s = 2,5•10^─5) и у ферритов (А.5= 2,6-10~5). Необычайно высокая магнитострикция у редкоземельных элементов (Tb, Dy, Но, Er, Tm) и их соединений. Например, у поликристаллического тербия А λ_s = 3 •10^─3, а у монокри­сталлического — λ_s = 2•10^─2.

Эффект магнитострикции обратим: механическая деформация материала вызывает изменение состояния его намагниченности. Прямой и обратный магнитострикционные эффекты широко приме­няют в приборостроении (реле, вибраторы, фильтры, преобразовате­ли и др.).

14.2.4. Причины, приводящие к образованию доменов

Выше отмечалось, что ферромагнетики в ненамагниченном со­стоянии самопроизвольно (спонтанно) разбиваются на множество доменов, намагниченных до насыщения. Магнитные моменты этих доменов дезориентированы друг относительно друга, поэтому сум­марная (результирующая) намагниченность М образца равна или близка нулю. Спонтанное деление объема ферромагнетика на мно­жество доменов объясняется тем, что многодоменная структура ферромагнетика наиболее устойчива и ей соответствует минимум полной свободной энергии системы, которая, в свою очередь, состоит из следующих основных видов: магнитостатической, об­менной, магнитной анизотропии, магнитострикции. В образова­нии многодоменной структуры особенно важны первые два вида энергии.

При намагничивании ферромагнетика (например, монокристал­ла) до насыщения он будет представлять собой постоянный магнит, состоящий из одного домена и создающим внешнее магнитное поле (рис. 14.6, а; стрелкой обозначен магнитный момент домена). Такой образец обладает максимальной магнитостатической энергией. Если этот же монокристалл будет состоять из двух доменов с противопо­ложной ориентацией спиновых магнитных моментов (см. рис. 14.6, б), то магнитостатическая энергия уменьшится в два раза, так как

Рис. 14.6. Уменьшение магнитостатическрй энергии, обусловленное разделением .монокристалла ферромагнетика на магнитные домены

часть магнитного потока, выходящего из одной области, замкнется на другую. При возникновении в монокристалле четырех доменов (см. рис. 14.6, в) магнитостатическая энергия уменьшится в четыре раза и т.д. Еще более энергетически выгодной будет доменная струк­тура, изображенная на рис. 14.6, г. В результате образования гранич­ных доменов в виде трехгранных призм, называемых замыкающими доменами, магнитостатическая энергия становится равной нулю.

Процесс деления монокристалла на домены имеет определенный предел. При увеличении числа доменов возрастает протяженность границы между доменами и соответственно возрастает обменная энергия, необходимая для их образования. Поэтому на каком-то эта­пе деление доменов становится энергетически невыгодным и пре­кратится в силу того, что энергия, необходимая для образования до­менных границ, станет больше того выигрыша в энергии, который происходит за счет уменьшения магнитостатической энергии в ре­зультате деления доменов.