3. Опыты Столетова по намагничиванию ферромагнетиков

Внешний фотоэффект был открыт в 1887 г. Г. Герцем, а исследован детально в 1888-1890 гг. А. Г. Столетовым.

Для того чтобы получить о фотоэффекте более полное представление, нужно выяснить, от чего зависит число вырванных светом с поверхности вещества электронов (фотоэлектронов) и чем определяется их скорость или кинетическая энергия. С этой целью были проведен опыт со стеклянным вакуумным баллоном, в который поместили два электрода.

Через кварцевое «окошко», пропускающее ультрафиолет, на один из электродов поступает свет. На электроды подается напряжение, в результате чего под действием света этот электрод испускает электроны, которые при движении в электрическом поле образуют электрический ток. При малых напряжениях не все вырванные светом электроны достигали другого электрода. При неизменной интенсивности излучения и одновременном увеличении разности потенциалов между электродами, сила тока увеличивалась. После какого-то времени, достигнув определенного значение. Напряжение переставало меняться. (Это значение напряжение (максимальное) стали называть током насыщения.) Было также замечено, что при нулевом напряжении сила фототока отлична от нуля, что означало, что часть вырванных светом электронов достигало анода  электрода и при отсутствии напряжения.

На основании этих экспериментальных данных Столетовым были сформулированы первые законы фотоэффекта.

1. Число фотоэлектронов, вырываемых за 1 с с поверхности катода, пропорционально интенсивности света, падающего на это вещество.

2. Кинетическая энергия фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а зависит линейно от его частоты.

3. Красная граница фотоэффекта зависит только от рода вещества катода.

4. Фотоэффект практически безинерционен, так как с момента облучения металла светом до вылета электронов проходит время ≈ 10^–9 с.

4. Магнитно-мягкие и магнитно-жесткие материалы

Одной из классификаций ферромагнетиков является разделение их на магнито-мягкие и магнито-жесткие материалы.

Магнитно-мягкими являются ферромагнитные материалы (чистое железо и его сплавы с кремнием, никелем, кобальтом или алюминием, кремнием и алюминием, хромом и алюминием), отличительными чертами которых являются высокая магнитная проницаемость, низкая коэрцитивная сила (Нс от десятых долей до 100-150А/М), малые потери на вихревые токи при перемагничивании, узкая и высокая петля гистерезиса, сравнительно большое электрическое сопротивление. Такие материалы быстро намагничиваются в магнитном поле, но так же быстро теряют свои магнитные свойства при его снятии.

Свойства магнитно-мягких материалов сильно зависят от наличия дефектов, создаваемых загрязнениями, внутренними напряжениями и искажениями кристаллической решетки используемых металлов и сплавов. Примеси серы, фосфора, кремния и марганца, от которых не удается освободить литое железо даже при его вакуумной переплавке, существенно увеличивают потери на гистерезис. Использование высокочистых карбонильных или электролитических порошков железа и особенно его сплавов с никелем или кобальтом позволяет получать магнитные материалы, более точные по составу и с лучшими свойствами. Весьма эффективно производство спеченных магнитов из трудно деформируемых сплавов: например, при прокатке порошков в ленту толщиной до 30 мкм обеспечивается выход годного до 95 %, тогда как в случае получения такой же ленты из литого металла – 40 %.

Например, порошок железа (основа соответствующих магнитно-мягких материалов) должен содержать < 0,07 % С; предпочтительнее использовать карбонильный или электролитический порошок с размером частиц 5-15 мкм.

Для улучшения прессуемости необходимое количество порошка железа смешивают со стеротексом (0,3-0,5%) и прессуют при давлении 300-700 МПа. Но для чистого железа, обладающего низким электросопротивлением, характерны большие потери на вихревые токи. С целью снижения этих потерь применяют различные сплавы железа с кремнием, с кремнием и алюминием или другими добавками.

Исследование магнитных свойств железа с различным количеством кремния показало, что лучшие свойства достигаются при его содержании около 6,5%. Однако на практике содержание кремния обычно не превышает 4 %, так как сплавы с большим его содержанием отличаются высокой твердостью, повышенной хрупкостью и плохой обрабатываемостью.

Магнито-жесткие материалы, обладающие высокими коэрцитивной силой, остаточной индукцией и магнитной энергией, называют также магнитно-твердыми или постоянными магнитами. Если вначале (около 80 лет тому назад) переход к выпуску порошковых постоянных магнитов взамен литых обусловливался в основном достигаемыми при этом экономическими выгодами, то в середине 50-х – начале 60-х годов были созданы весьма эффективные магнитно-твердые материалы, получаемые исключительно из порошков, например высокой дисперсности или из сплавов кобальта с редкоземельными металлами. Для улучшения магнитных свойств необходимо обеспечить постоянным магнитам четко выраженную гетерогенную структуру, получаемую либо при наличии в исходной порошковой шихте нерастворимых при спекании компонентов, либо при выпадении фаз в случае дисперсно-упрочненных материалов.

Исходными компонентами для производства постоянных магнитов служат порошки чистых металлов или сплавов, полученные карбонильным или электролитическим методом, совместным восстановлением оксидов, распылением жидких металлов и сплавов и др. Применение порошков сплавов, более желательно, так как при этом уровень магнитных свойств изделий повышается. Выход годного может составлять 85 – 90 % и даже больше от массы шихты при минимальной механической обработке, необходимой для исправления формы и размеров порошковых магнитов, тогда как для литых магнитов выход годного не превышает 50%.