Вопрос №41. Ферромагнетики. Магнитный гистерезис. Магнитномягкие и магнитожесткие ферромагнетики. Точка Кюри. Физический механизм ферромагнетизма. Магнитные домены

Вещества, которые значительно усиливают внешнее магнитное поле, называются ферромагнетиками.

К ним принадлежат: железо, никель, кобальт и другие. При очень низких температурах феромагнитические свойства влияют на эрбий. К ферромагнетикам принадлежат сплавы из неферромагнитных компонентов на основе марганца и хрома: MnBi, MnSn, CrPt, CrS и другие.

Известно, ферромагнетики, как и парамагнетики, намагничиваются в направлении внешнего магнитного поля, но ферромагнетики имеют свои особенности, отличные от парамагнетиков.

Когда Н меняется циклически от Н_н до –Н_н (Н_н – напряженность поля) и наоборот, кривая намагничивания ферромагнетика имеет вид замкнутой кривой, которая называется петлей гистерезиса(магнитным гистерезисом ).

Работа, необходимая для перемагничивания ферромагнетика, осуществляется за счет энергии магнитного поля. Можно показать, что энергия, которая тратится за 1 цикл, пропорциональна площади петли гистерезиса.

Температура, выше которой вещество перестает быть ферромагнетиком, называется Точкой Кюри.

Температура Кюри у железа 770 градусов, у кобальта 1130, у никеля 356. С переходом через точку Кюри ферромагнетик ведет себя во внешнем магнитном поле как парамагнетик.

В большинстве кристаллов магнитные поля электронов взаимно компенсируются благодаря попарно антипараллельной ориентации магнитных полей электронов. Лишь в некоторых кристаллах железа, возникают условия для параллельной ориентации собственных магнитных полей электронов. В результате этого внутри кристалла ферромагнетика возникают намагниченные области протяженностью 10^-2 - 10^-4 см. Эти самопроизвольно намагниченные области называются магнитными доменами.

Величины B_r(остаточная намагниченность), Н_с и µ_max являются основными характеристиками ферромагнетика. Если коэрцитивная сила Н_с велика, ферромагнетик называется жестким. Для него характерна широкая петля гистерезиса. Ферромагнетик с малой Н_с называется мягким. В зависимости от назначения используются ферромагнетики с той или иной характеристикой. Так, для постоянных магнитов употребляются жесткие ферромагнетики, а для середнячков трансформаторов – мягкие.

№42. Сегнетоэлектрики. Доменная структура сегнетоэлектриков . Влияние температуры на сегнетоэлектрические свойства. Диэлектрический гистерезис. Остаточная поляризованность и коэрцитивная сила

Среди диэлектриков встречаются такие, которые имеют очень большое значение относительной диэлектрической проницательности. Их называют сегнетоэлектрики.

При комнатной температуре относительная диэлектрическая проницаемость достигает 10 000. К сегнетоэлектрикам принадлежат BaTiO₃, PbTiO₃, LiNbO.

Все сегнетоэлектрики – тела кристаллической основы, к тому же у них нет центра симметрии.

Взаимодействие частиц в кристалле сегнетоэлектрика приводит к тому, что их дипольные моменты спонтанно устанавливаются параллельно друг другу. В исключительных случаях одинаковая ориентация дипольных моментов распространяется на весь кристалл. Обычно же в кристалле возникают называемые доменами области, в пределах каждой из которых дипольные моменты параллельны друг другу. Однако направление поляризации разных доменов бывают различными, так что в результирующий момент всего кристалла может быть равен нулю. При включение поля вначале происходит смещение границ между доменами, результате чего происходит увеличение тех доменов, моменты которых составляют с Е меньший угол, за счет доменов, у которых угол Р и Е больше.

На следующей стадии происходит поворот моментов доменов в направление поля.

В связи с наличием доменов спонтанной поляризации сегнетоэлектрики имеют и другие специфические свойства:

Высокая диэлектрическая проницаемость сегнетоэлектриков проявляется в целом в определенных температурных интервалах. Для каждого из них существует такая температура Ө, выше или ниже от которой сегнетоэлектрические свойства ослабевают. Эту температуру называют Точкой Кюри. Например, для титана бария Ө=350К.

Когда температура сегнетоэлектрика достигает значения Точки Кюри, растет тепловое движение частиц и нарушается ориентация дипольных моментов в областях неожиданной поляризации – домены разрушаются и сегнетоэлектрики превращаются в обычных диэлектриков.

Сегнетоэлектрики в точке Кюри превращаются в обычные полярные диэлектрики, без каких – либо выделений теплоты.

Для сегнетоэлектриков существует специфическая зависимость вектора поляризации Р от напряженности внешнего электрического поля Е, что называется диэлектрический гистерезис.

С увеличением напряжения внешнего поля вектор поляризации быстро растет, наступает состояние насыщения. Если после этого напряженность электрического поля уменьшать и довести до 0, то поляризация уменьшается с запозданием и достигает остаточного значения р_з. Остаточная поляризация исчезает только при наложении определенного электрического поля противоположного направления - Е_к. Напряженность Е_к поля, при которой удаляется остаточная поляризация данного диэлектрика, называется его коэрцитивной силой.