Основные характеристики магнитных материалов

Магнитные свойства характеризуются кривой намагничивания, петлей гистерезиса, магнитной проницаемостью, потерями энергии при перемагничивании.

Кривая намагничивания показывает зависимость намагниченности или магнитной индукции материала от напряженности внешнего магнитного поля Н.

Магнитная индукция материала определяется по формуле

В = μ₀ М,

где μ₀ - магнитная постоянная (μ₀ =4π * 10^-7 Гн/м);

М – намагниченность, А/м.

Основная кривая намагничивания имеет ряд характерных участков. Процесс намагничивания материала зависит от величины приложенного поля. В слабых полях происходит процесс роста объема тех магнитных доменов, намагниченность которых наиболее выгодно ориентирована по отношению к действующему полю. Если напряженность поля уменьшить до начального значения, то исходное распределение объемов доменов восстанавливается. Таким образом, на этой стадии процесс намагничивания обратим и его называют обратимым процессом смещения границ доменов (участок 1).

Рисунок 5.2 – Кривые намагничивания и размагничивания (а), предельная петля гистерезиса (б) и магнитная энергия (в).

При усилении поля картина намагничивания меняется: векторы намагниченности всех доменов постепенно, по мере усиления поля, поворачиваются в направлении поля в энергетически более выгодное положение. В этом процессе участвует преобладающая часть доменов, поэтому намагниченность образца изменяется значительнее и второй участок кривой намагничивания идет более круто по сравнению с первым. На участке 2 происходит поворот векторов намагниченности доменов в направлении внешнего магнитного поля (см. рис.5.2, а). При возвращении к начальному значению поля доменная структура уже не возвращается к исходному состоянию, и образец сохраняет какую-то намагниченность в направлении поля. Второй этап намагничивания происходит необратимо, и его называют необратимым процессом смещения границ доменов.

Рисунок 5.3 – Схематическое изображение ориентации спинов в доменах при намагничивании ферромагнетика. 

При дальнейшем росте напряженности поля (третий участок на рис. 5.2) происходит полный поворот векторов намагниченности доменов в направлении поля, называемый процессом вращения. Этот процесс заканчивается состоянием технического насыщения намагниченности материала, когда все векторы намагниченности доменов ориентированы вдоль направления поля.

На процесс намагничивания оказывают влияния такие явления, как магнитострикция, механические напряжения, наличие немагнитных включений, неоднородность и ряд других факторов.

Магнитострикцией называют явление изменения линейных размеров магнитного материала при его намагничивании. Количественной характеристикой величины магнитострикции материала является, например, константа λ_s, называемая магнитострикционной деформацией насыщения:

λ_s = Δl_s /l₀,

где Δl_s – изменение длинны образца l₀ в направлении поля при увеличении его напряженности от нуля до величины H_s, вызывающей техническое насыщение.