Фгоу впо «калининградский государственный технический университет» кафедра физики лабораторная работа № 108

ГИСТЕРЕЗИС ФЕРРОМАГНЕТИКОВ

Методическое указание к выполнению лабораторной работы по курсу общей физики для студентов инженерно-технических специальностей

Калининград

2008

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

Изучение динамической петли магнитного гистерезиса; снятие кривой намагничивания и определение основных характеристик ферромагнетика-остаточной индукции, коэрцитивной силы, предельной магнитной проницаемости, потерь энергии при перемагничении.

ОБОРУДОВАНИЕ:

1. Электронный осциллограф С1-76 (в №107Б – С1-83) .

2. Функциональная кассета ФПЭ-07/02 (явление гистерезиса).

3. Генератор ГЗ-112.

4. Соединительные провода.

1. Теоретическое введение

Ферромагнетики, к которым относятся железо, никель, кобальт, их сплавы, сплавы на основе хрома и марганца, некоторые редкоземельные элементы, обладают специфическими магнитными свойствами, а именно:

1.1. Они способны сильно намагничиваться даже в слабых внешних полях. Магнитная восприимчивость и относительная магнитная проницаемость ферромагнетиков достаточно велики (10³ ~ 10⁵). Для парамагнетиков, например, не превышает 10^-4 .

1.2. Зависимость намагниченности , а также индукции от напряжённости поля нелинейна (см. рис.1 и рис.2).

, где - намагниченность (суммарный магнитный момент единицы объёма); .

Здесь Гн/м - магнитная постоянная.

Рис. 1	Рис. 2

При некотором значении Н достигается состояние магнитного насыщения. Кривая становится почти горизонтальной, а идёт линейно под некоторым углом к оси абсцисс. Нелинейная зависимость и B от H объясняется тем, что и = 1+ являются постоянными величинами для дан­ного вещества, а сами зависят от Н (рис.3).

Рис. 3

1.3. В ферромагнетиках наблюдается магнитный гистерезис, т.е. отставание индукции В в веществе от напряжённости Н намагничи­вающего поля. Динамическая петля магнитного гистерезиса изображена на рис.4.

Рис.4

1.4. Каждое вещество этой группы ферромагнитно лишь при температурах ниже некоторой (различной для разных веществ), на­зываемой температурой, или точкой Кюри Т_к. При температурах выше Т_к эти вещества теряют ферромагнитные свойства и становятся обычными парамагнетиками.

Ферромагнетизм присущ только твёрдой кристаллической фазе вещества. Отдельные атомы железа, никеля и других ферромагнети­ков являются парамагнитными и никакими особыми магнитными свойс­твами не обладают. В "коллективе" же, в твёрдом кристаллическом теле, при определённых условиях образуется так называемая доменная структура. Доменами называются небольшие, порядка 10^-2 ~ 10^-4 мм, области, каждая из которых спонтанно (самопроизвольно) намагничена до насыщения. Это означает, что без внешнего поля, т.е. под действием внутренних причин, собственные магнитные моменты всех атомов отдельного домена ориентируются в одном направлении. Для различных доменов направление их моментов различно, поэтому суммарная намагниченность всего тела может быть равной нулю. Во внешнем магнитном поле в веществе проис­ходят сложные и многообразные процессы. Упрощённо явление мож­но представить как ориентацию магнитных моментов доменов (а не отдельных атомов, как в парамагнетиках) вдоль поля. Это приводит к сильному намагничиванию. При достаточно сильных полях магнитные моменты всех доменов выстраиваются вдоль поля и в намагничивании вещества наступает насыщение.

Существование доменов доказано опытами. Один из них - метод порошковых фигур. На хорошо отполированную поверхность ферромагнетика помещают слой жидкости со взвешенными мельчай­шими крупинками ферромагнитного порошка (Fe₂O₃). Крупинки оседают преимущественно на те места, вблизи которых магнитное поле неоднородно, т.е. по границам доменов. Подробнее объяснение ферромагнетизма см. (I, с. 246).