Процес намагнічення і кількісні параметри магнітних властивостей речовин

За відсутності зовнішнього магнітного поля магнітні моменти доменів по напрямах розташовані хаотично, взаємно компенсуються, і результуюче внутрішнє магнітне поле рівно нулю. При приміщенні магнетика в зовнішнє магнітне поле відбувається його намагнічення, тобто магнітні моменти доменів орієнтуються по напряму зовнішнього поля.

Розглядають два механізми орієнтації магнітних моментів:

- зсув стінок доменів і збільшення їх об'єму;

- обертання магнітних моментів з напряму легкого намагнічення (визначається кристалічною будовою, не співпадає з напрямом зовнішнього магнітного поля) в більш важке, паралельне напряму зовнішнього поля.

В результаті цих механізмів намагнічення наступає технічне насичення, при якому всі магнітні моменти зразка орієнтовані по напряму зовнішнього магнітного поля.

Процес намагнічення відбувається або за рахунок зсуву стінок доменів і збільшення їх об'єму, або за рахунок обертання магнітних моментів з напряму легкого намагнічення. Визначуваного кристалографічною будовою і не співпадаючого з напрямом зовнішнього магнітного поля, в більш сильне, паралельне напрямку зовнішнього поля. При цьому наступає технічне насичення.

Процеси зсуву меж доменів вимагають менших витрат енергії, ніж процеси обертання. Вважається, що в магнітом`яких матеріалах намагнічення відбувається в основному за рахунок зсуву меж доменів, а в магнітотвердих - за рахунок обертання магнітних моментів доменів або вектора намагніченості.

В реальних магнетиках обидва процеси в нерівному ступені відбуваються одночасно і характеризуються залежністю магнітної індукції У від напруженості зовнішнього поля Н, яку прийнято називати основною, або первинною, кривою намагнічення. По цій кривій (мал. 2.1) зручно аналізувати процес намагнічення магнетика.

Рис. 2.1. Крива намагнічення магнетика і схематичне положення магнітних моментів на різних стадіях намагнічення

В слабких зовнішніх полях (ділянка I) відбувається орієнтація магнітних моментів доменів, що мають якнайменший кут відхилення від напряму зовнішнього поля. При цьому збільшується об'єм таких доменів за рахунок зсуву меж і зменшення об'ємів доменів, достатньо сильно відмінних по напрямку магнітних моментів від напрямку поля. Даний процес є практично оберненим, тобто після зняття зовнішнього поля доменна структура повертається в початковий стан.

На ділянці II відбувається необернений зсув меж доменів. При цьому вектори магнітних моментів доменів повертаються на 90° і 180°, що відповідає крутому ходу кривої намагнічення.

При знятті зовнішнього поля домени прагнутимуть початкового стану, що і відбувається, якщо відхилення векторів магнітних моментів диполів було невеликим. При достатньо великих відхиленнях межі доменів їх магнітні моменти можуть не повернутися в початковий стан. Цей новий стан визначає залишкову намагніченість речовини і характеризується залишковою магнітною індукцією В_r.

В області сильних зовнішніх полів (ділянка III) відбувається обертання векторів магнітних моментів доменів з напряму легкого в напрям сильного намагнічення. При цьому всі магнітні моменти орієнтовані уздовж поля, наступає магнітне насичення і магнітна індукція досягає значення В_max.

Якщо від крапки з координатами Н_max і В_max поступово зняти зовнішнє поле Н до 0, то індукція буде рівна залишковій індукції В_r. Таким чином, залишкова індукція В_r - це індукція при напруженості зовнішнього поля, рівній нулю.

Для отримання в магнетику індукції В, рівної 0, тобто для його повного розмагнічування, необхідно прикласти поле зворотного напряму, величина напруженості якого буде рівна коерцитивній силі Нс. Таким чином, коерцитивна сила - це напруженість зовнішнього поля, при якій магнітна індукція В рівна нулю.

Кількісно залежність магнітної індукції В від напруженості поля Н визначається співвідношенням

В = µµ_0H (1)

де µ₀- магнітна проникність вакууму, рівна 4 /10 ⁷Гн/м; µ - відносна магнітна проникність речовини або просто магнітна проникність, характеризуюча здібність речовини до намагнічення, яка визначається з (1) як

(2)

Чисельне значення магнітної проникності визначається по основній кривій намагнічення як тангенс кута нахилу січної ОА до осі абсцис, тобто

(3)

Розрізняють початкову µ_почі максимальну µ_maxмагнітні проникності. Вони визначаються співвідношеннями:

(4)

тобто початкова магнітна проникність є магнітна проникність речовини при напруженості поля, прагнучій до нуля. Максимальна магнітна проникність визначається по формулі

(5)

де В_D і H_D відповідають координатам точки верхнього перегину кривої (крапка D), а кут _mах визначається прямій, проведеній з початку координат в цю крапку.

З достатньою точністю можна вважати, що

(6)

Характерною особливістю магнетиків є нелінійна залежність магнітної проникності µ від напруженості зовнішнього поля Н (рис. 2.2, а) і температури T (рис. 2.2, б).

Рис . 2.2. Залежність магнітної проникності від напруженості зовнішнього поля (а) і температури (б)

З кривої (рис. 2.2, а) виходить, що із збільшенням H збільшується ступінь орієнтації магнітних моментів доменів, за рахунок чого росте µ. При повній орієнтації магнітних моментів доменів уздовж поля магнітна проникність досягає максимального значення µ_mах, що відповідає стану технічного насичення. При цьому магнітна індукція також максимальна - В_max. З подальшим зростанням Н магнітна індукція вже не росте, отже, магнітна проникність зменшується, що виходить з формули (2).

При зміні температури змінюється магнітний порядок атомів речовини. Збільшення температури спочатку полегшує орієнтацію магнітних моментів доменів, тому росте магнітна проникність. При підвищених і високих температурах через теплові коливання атомів порушується магнітний порядок. В результаті магнітна проникність зменшується, і при температурі, званою точкою Кюрі у феромагнетиків і крапкою Неєля у анти- і феромагнетиків, магнітна проникність стає рівною нулю. Це означає, що повністю руйнувався атомний магнітний порядок і речовина перестає володіти магнітними властивостями, тобто перетворюється в парамагнетик.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Магнетизм і магнітні властивості речовин	\|	Процес перемагнічування в змінному магнітному полі

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.006 сек.