Физика

Предыдущая страница Физика Следующая страница

Ферромагнетизм

Как указано выше, ферромагнетики — это вещества, у которых магнитная проницаемость очень велика ( » 1). Кроме того, ферромагнетики обладают еще и другими свойствами, существенно отличающими их от диа- и парамагнетиков. Особые свойства ферромагнетиков обусловливаются двумя факторами:

  1. наличием нескомпенсированных магнитных моментов в недостроенных электронных оболочках;
  2. особой кристаллической структурой ферромагнетиков.

Специальные опыты, проведенные де Гаазом, показали, что ферромагнетизм обусловлен спиновым магнитным моментом электронов, а не их орбитальным движением. Причем в этих веществах образуются целые области (домены), в которых нескомпенсированные спиновые моменты ориентированы в одном направлении. При отсутствии магнитного поля домены ориентированы хаотически, а при наложении внешнего магнитного поля ориентируются вдоль него (рис. 1).

При отсутствии магнитного поля домены ориентированы хаотически, а при наложении внешнего магнитного поля ориентируются вдоль него

Рис. 1

Этим объясняются свойства ферромагнетиков:

1) ферромагнитные свойства вещества проявляются только тогда, когда соответствующее вещество находится в кристаллическом состоянии;

2) для каждого вещества имеется определенная температура (точка Кюри), выше которой ферромагнитные свойства исчезают и ферромагнетик превращается в обычный парамагнетик;

3) магнитная проницаемость ферромагнетика зависит от внешнего магнитного поля (рис. 2).

Магнитная проницаемость ферромагнетика

Рис. 2

Вначале растет с увеличением затем, достигая максимума, начинает уменьшаться, стремясь в случае сильных полей к 1 (при значении магнитной индукции все домены ориентированы вдоль поля и при дальнейшем увеличении магнитная индукция в образце перестает изменяться, а увеличивается и магнитная проницаемость уменьшается;

4) ферромагнетики намагничиваются до насыщения в слабых магнитных полях. На рисунке 3 показано, как изменяется магнитная индукция в стали с изменением внешнего поля . Для сравнения: парамагнетик намагничивается до насыщения в полях с = 100 - 1000 Тл;

изменение магнитной индукции в стали с изменением внешнего поля

Рис. 3

5) у ферромагнетиков наблюдается остаточная намагниченность. Если, например, ферромагнитный стержень поместить в соленоид, по которому проходит ток, и намагнитить до насыщения (точка А) (рис. 4), а затем уменьшать ток в соленоиде, а вместе с ним и , то можно заметить, что индукция поля в стержне в процессе его размагничивания остается все время большей, чем в процессе намагничивания. Когда (ток в соленоиде выключен), индукция будет равна (остаточная индукция).

Стержень можно вынуть из соленоида и использовать как постоянный магнит. Чтобы окончательно размагнитить стержень, нужно пропустить по соленоиду ток противоположного направления, т.е. приложить внешнее магнитное поле с противоположным направлением . Увеличивая теперь по модулю индукцию этого поля, размагничивают стержень (). Модуль индукции магнитного поля, размагничивающего намагниченный ферромагнетик, называют коэрцитивной силой. При дальнейшем увеличении можно намагнитить стержень до насыщения (точка А').

Остаточная индукция

Рис. 4

Уменьшая теперь до нуля, получают опять постоянный магнит, но с индукцией - противоположного направления. Чтобы вновь размагнитить стержень, нужно снова включить в соленоид ток первоначального направления, и стержень размагнитится, когда индукция станет равной . Продолжая увеличивать , снова намагничивают стержень до насыщения (точка А).

Таким образом, при намагничивании и размагничивании ферромагнетика индукция отстает от . Это отставание от называется явлением гистерезиса. Изображенная на рисунке 4 кривая называется петлей гистерезиса. Величины , и определяют область применения ферромагнетиков для практических целей. Ферромагнетики с узкой петлей гистерезиса (малое значение и (рис. 5, а) называют мягкими, их используют для изготовления сердечников трансформаторов, генераторов, двигателей, где ферромагнетик подвергается частым перемагничиваниям. Ферромагнетики с широкой петлей гистерезиса (большое значение и ) (рис. 5, б) называют жесткими и используют для изготовления постоянных магнитов;

Ферромагнетики с узкой петлей гистерезиса

Рис. 5

6) процесс намагничивания ферромагнетиков сопровождается изменением их линейных размеров и объема. Это явление называется магнитострикцией.


Рейтинг@Mail.ru