ФИЛИАЛ ФГБОУ ВПО

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МЭИ»

В Г. СМОЛЕНСКЕ

КАФЕДРА ТОЭ

Лабораторная работа №7

ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Преподаватель: Чернов В. А

Группа Э – 11

Бригада №4

Студенты: Трищенков Илья

Чуев Андрей

Шарыпов Иван

г. Смоленск 2012

Цель работы: изучение магнитных свойств ферромагнетиков

1. Краткие теоретические сведения к работе

1.1. Краткие сведения о природе ферромагнетизма

домены в ферромагнетиках при отсутствии внешнего магнитного поля (B₀=0) рис 1.

К ферромагнетикам относятся никель, кобальт, железо и сплавы на их основе. В отличие от диамагнетизма и парамагнетизма для ферромагнитного состояния характерна спонтанная намагниченность. У ферромагнетиков, как и у парамагнетиков, магнитные моменты атомов(ионов) обусловлены нескомпенсированными в них спиновыми магнитными моментами электронов. Однако у ферромагнетиков в отличие от парамагнетиков магнитные моменты атом расположены не беспорядочно, а в результате обменного взаимодействия ориентированы параллельно друг другу с образованием магнитных доменов рис. 1.

Магнитные домены представляют собой элементарные объёмы ферромагнетиков, находящиеся в состоянии магнитного насыщения. Доменная структура образуется в отсутствии внешнего магнитного поля в результате самопроизвольной(спонтанной) намагниченности, которая происходит при температурах ниже некоторой, называемой точкой Кюри (температура, при которой ферромагнетик утрачивает свои свойства и превращается в парамагнетик). Для чистого железа =768 , никеля 358 , кобальта . Разбивка всего объёма ферромагнетика на множество доменов энергетически выгодна.

В отсутствии внешнего магнитного поля направления магнитных моментов отдельных доменов ориентированы таким образом, что суммарный магнитный момент всего образца равен нулю. Домены имеют размеры около - м. Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость ферромагнетиков имеют большие положительные значения ( до ) и сильно зависят от напряжённости внешнего магнитного поля и температуры. Ферромагнетики легко намагничиваются уже в слабых магнитных полях. При приложении магнитного поля магнитные моменты доменов ориентируются по полю, их границы смещаются и одни домены начинают укрепляться за счёт других до тех пор, пока монокристалл не станет однодоменным, а его магнитный момент совпадёт с направлением внешнего магнитного поля – намагничивание образца достигнет технического насыщения. Такое намагничивание называют техническим и его следует отличать от спонтанного намагничивания, которое всегда присутствует внутри доменов. Другими словами, процесс намагничивания ферромагнетика под действием внешнего магнитного поля происходит в результате двух независимых процессов:

1) поворота векторов намагниченности доменов в направлении внешнего магнитного поля (поворот домена);

2) роста доменов, т. е. увеличения объёма доменов, имеющих выгодную, относительно направления внешнего поля, ориентацию за счёт других доменов с невыгодной ориентацией.

Итак, при внесении ферромагнетика во внешнее магнитное поле с индукцией происходит его намагничивание и создаётся собственное магнитное поле с индукцией , в результате чего суммарный вектор магнитной индукции в ферромагнетике равен:

B = .

Зависимость магнитной проницаемости ферромагнетиков от температуры T (рис.2.)

При нагревании ферромагнетика его магнитная проницаемость возрастает, так как облегчаются процессы смещения доменных границ. При температуре, равной и выше , интенсивное тепловое движение ионов, находящихся в узлах кристаллической решётки, начнёт изменять параметры этой решётки, в результате разрушится спонтанная намагниченность, домены перестанут существовать – материал перейдёт из ферромагнитного состояния в парамагнитное, и величина приблизится к единицы рис. 2.

1.2. Основные свойства ферромагнетиков

Зависимость B и от напряжённости H внешнего магнитного поля для ферромагнетиков (рис. 3.)

Основными характеристиками, определяющими поведение магнитных материалов в магнитном поле являются: кривая намагничивания, которая зависимость индукции B от напряжённости магнитного поля H; магнитная проницаемость , получаемая по основной кривой намагничивания, как отношение индукции к значению напряжённости магнитного поля H в данной точке кривой намагничивания: где B измеряется в тесла, Тл; H – A/м. На рис. 3 приведены кривая намагничивания и кривая магнитной проницаемости = f(H) для ферромагнитного материала. На этих кривых видны 4 характерных участка: рис. 3.

1) – область самых слабых полей. Участок прямолинейного изменения магнитной индукции. Увеличение магнитной индукции здесь незначительное и обусловлено обратным смещением границ доменов. Относительная магнитная проницаемость в этой области, обозначенная остаётся практически постоянной и называется начальной магнитной проницаемостью. 2) – область слабых полей. На этом участке кривая намагничивания идёт круто вверх, магнитная проницаемость резко возрастает, проходя через максимум . В этой области смещение границ доменов становится необратимым, исчезают «невыгодные» домены и осуществляется ориентация магнитного момента внутри домена. 3) – область средних полей. Магнитная индукция слабо возрастает, а магнитная проницаемость падает, так как изменения магнитного поля в этой области превышают изменения магнитной индукции. 4) – область сильных полей. Магнитная индукция линейно возрастает за счёт внешнего магнитного поля, а магнитная проницаемость уменьшается, асимптотически приближаясь к 1. Явление гистерезиса не рассматриваем.

1.3. Общие свойства и назначение ферритов

Ферритами называют магнитную керамику, образуемую окислами железа и двухвалентных металлов. Феррит – химическое название соединения типа , где - символ иона двухвалентного металла.

Основной особенностью ферритов является сочетание высоких магнитных свойств с высоким электрическим сопротивлением . Основными параметрами ферритов, подлежащим измерению, является начальная магнитная проницаемость. Определение начальной индуктивности катушки с тороидальным сердечником из феррита в слабых переменных полях с последующим расчётом.

Зависимость и L от температуры (рис. 4.)

Поскольку ферриты используются в высокочастотной радиотехнике, для них (как и для других ферромагнетиков) важным является изменение и L с температурой, зависимость которых представлена на рис. 4.

В температурной зависимости (H=const) выделяются три области:

1. и L возрастают за счёт усиления ориентирования доменов;

2. дезориентация доменов тепловым воздействием;

3. разрушение доменов; точка Кюри соответствует температуре, при которой касательная к третьему участку пересекает ось с температурой.