Вопрос №5. Ферромагнетизм. Точка Кюри
В отличие от парамагнетиков и диамагнетиков, у которых вектор намагниченности пропорционален напряженности намагничивающего поля, у ферромагнетиков намагниченность является весьма сложной нелинейной Функцией напряженности (см.рисунок).
Намагниченность сначала быстро нарастает с ростом напряженности магнитного поля. Затее наступает магнитное насыщение, когда намагниченность уже практически перестает зависеть от величины намагничивающего поля. Поскольку намагниченность ферромагнетиков не пропорциональна напряженности намагничивающего поля, выражения (1,6) и (1,7) теряют смысл.
Следующее важное отличие ферромагнетиков заключается в том, что если парамагнитные или диамагнитные свойства вещества проявляются в любом агрегатном состоянии, то ферромагнитные свойства наблюдаются только у кристаллов.
В жидком или газообразном состоянии Ферромагнитные вещества ведут себя как обычные магнетики. Отсюда следует, что ферромагнитные свойства некоторых веществ определяются не особыми свойствами их атомов (свойства их атомов ничем не отличаются от свойств атомов парамагнетиков), а особой структурой их кристаллической решетки. При изменении структуры решетки должны меняться и магнитные свойства ферромагнетиков. Оказывается, что для каждого ферромагнетика имеется определенная температура- точка Кюри, выше которой ферромагнитные свойства исчезают и вещества становятся отличными прамагнетиками. Для железа точка Кюри 770 °С, для никеля - 360 °С .
Максимальная магнитная проницаемость ферромагнетика – железа:
μmax fe = 5000
Ферромагнетизм присущ только кристаллам, а последние обладают анизотропией. Поэтому моно кристалл ферромагнитного вещества должен обладать анизотропией намагничивания - его магнитные свойства должны быть разными в различных направлениях.
Вопрос №6. Магнитный гистерезис
Явление заключается в том, что намагниченность ферромагнетика зависит от напряженности намагничивания поля в данный момент, но и от предварительного намагничивания образца. Поэтому вообще нельзя указать, какая намагниченность ферромагнетика соответствует данному значению напряженности намагничивающего поля, если неизвестно, в каком состоянии он до этого находится.
То же, естественно, относится к значениям магнитной восприимчивости и проницаемости. График (рис.1) характеризует ход первоначальной намагниченности, когда ферромагнетик был сначала нагрет выше точки Кюри и тем самым полностью размагничен, а затем охлажден и подвергнут намагничиванию.
Совершенно иной вид будет иметь кривая намагниченности, если ферромагнетик был уже ранее намагничен. Напряженность размагничивающего поля называется коэрцитивной силой.
В зависимости от химического состава, а также от характера тепловой и механической обработки материала (закалка, отжиг, прокат, штамповка и др.) встречаются ферромагнетики с различными свойствами. Вещества с малыми значениями коэрцитивной силы называются «мягкими» магнитными материалами, а высококоэрцитивные материалы - «жесткими».
На графике они выглядят следующим образом (см.график выше).
«Мягкие» применяются для изготовления сердечников электромагнитов, трансформаторов и машин переменного тока(генераторов, двигателей),благодаря малой коэрцитивной силе они легко перемагничиваются.
«Магнитно-жесткие» используются для изготовления постоянных магнитов. Благодаря большому значению коэрцитивной силы и относительно большой остаточной намагниченности эти магниты могут длительное время создавать сильные магнитные поля. Постоянные магниты из высококоэрцитивных сплавов применяются в магнитоэлектрических измерительных приборах, динамиках и микрофонах, в небольших генераторах, в микродвигателях и т.д.
Ферромагнитные порошки, нанесенные на гибкие пластмассовые ленты и диски служили для записи и последующего воспроизведения инфлрмации, а также ее хранения. На этом принципе основано действие магнитофонов, функционирование магнитной памяти ЭВМ и др.