ФЕРОМАГНЕТИКИ

Феромагнітними речовинами — феромагнетиками — називають такі речовини, в яких внутрішнє (власне) магнітне поле може в сотні й тисячі разів перевищувати зовнішнє магнітне поле, що його спричинило. До феромагнетиків належать залізо, нікель, кобальт і ряд сплавів, причому феромагнетизм виявлено лише у кристалічному стані перелічених речовин.

Експериментальне вивчення феромагнетиків 1871 р. було розпочато О. Г. Столєтовим. Він досліджував залежність інтенсивності намагнічування заліза від напруженості намагнічувального магнітного поля. Цю залежність показано на рис. 9.9. З нього видно, що, починаючи з деякого значення Н = Н_H, числове значення вектора інтенсивності намагнічування практично залишається сталим і дорівнює I_Н. Це явище О. Г. Столєтов назвав магнітним насиченням. На рис. 9.10 зображено криву залежності магнітної індукції В від напруженості Н магнітного поля. Вона відрізняється від попередньої кривої тим, що не має горизонтальної частини. Це можна пояснити, якщо врахувати, що вектор магнітної індукції В результуючого магнітного поля в магнетику дорівнює векторній сумі магнітних індукцій зовнішнього (намагнічувального) і внутрішнього (власного) полів й визначається співвідношенням

(9.43)

Справді, як тільки настає стан насичення, другий доданок у формулі (9.43) залишається незмінним і В збільшується лише за рахунок першого доданка.

Істотною особливістю феромагнетиків є залежність mвід Н. Відносна магнітна проникність mферомагнетика спочатку швидко зростає зі збільшенням Н, досягає максимуму і потім спадає, наближаючись до одиниці при сильних намагнічувальних полях (рис. 9.11). Це легко пояснити, виходячи з того, що

При насиченні І = const. Тоді якщо напруженість зовнішнього магнітного поля Н прямує до нескінченності, а , то . Максимальні значення для феромагнетиків дуже великі. Так, для заліза = 5000, для силіцієвого заліза (що містить 3,3 % Si) — 10 000, для чавуну (З % С) — 2000 і для пермалою (78 % Ni і 22 % Fe) — 100 000.

Для феромагнетиків характерна ще одна особливість: за певної для кожного феромагнетика температури Т_k, яку називають точкою Кюрі, вони втрачають притаманні їм властивості й перетворюються в звичайний парамагнетик. Залежність магнітної сприйнятливостівід температури для таких парамагнетиків описується законом Кюрі — Вейса:

(9.44)

де С' — стала, що залежить від роду речовини; Т — абсолютна температура; Т_к — температура Кюрі. Температура Кюрі неоднакова для різних феромагнетиків. Наприклад, для заліза вона становить 780, для кобальту - 1150, для нікелю - 358 °С.

Праці О. Г. Столєтова дали змогу створити теорію феромагнітних явищ.

Класичну теорію феромагнетизму розробив французький фізик П. Вейс. В основу цієї теорії покладено дві гіпотези. Перша з них полягає в тому, що в певних межах температур (від абсолютного нуля до точки Кюрі) феромагнетикам властиве спонтанне намагнічування, яке не залежить від наявності зовнішнього намагнічуваль-ного поля. Проте досліди показали, що у разі відсутності зовнішнього поля, якщо не враховувати явища магнітного гістерезису, про яке йтиметься далі, будь-яке феромагнітне тіло в цілому буде розмагнічено. Це змусило ввести другу гіпотезу про те, що нижче від точки Кюрі будь-яке феромагнітне тіло розбивається на малі ділянки, яким характерне однорідне спонтанне намагнічування. Такі ділянки називаються доменами. Лінійні розміри доменів досягають 10^-2... 10^-3см.

Без зовнішнього магнітного поля вектори магнітних моментів окремих доменів орієнтовані в просторі хаотично, тому результуючиймагнітний момент усього тіла дорівнює нулю. Зовнішнє магнітне поле,що діє на феромагнетик, орієнтує магнітні моменти не окремих частинок, як це було у випадку парамагнетиків, а цілих ділянок спонтанного намагнічування. Очевидно, магнітне насичення настає тоді, коли вектори магнітних моментів у всіх ділянках спонтанного намагнічування встановлюються паралельно зовнішньому магнітному полю.

О. Г. Столєтов вивчав також явище намагнічування феромагнетика в змінному за значенням і напрямом зовнішньому магнітному полі й установив важливу властивість феромагнетиків: здатність зберігати намагнічування після того, як зовнішнє магнітне поле перестає діяти.

Нехай намагнічування феромагнетика до насичення (точка а, рис. 9.12) відбувається по кривій Оа. Якщо далі зменшувати напруженість Н намагнічувального поля, то при цьому інтенсивність намагнічування Ізмінюється за кривою, розміщеною вище від кривої аО.

При Н = 0 інтенсивність намагнічування I виявляється відмінною від нуля: у феромагнетику спостерігається залишкова інтенсивність намагнічування I_R, зумовлена тим, що й після припинення дії зовнішнього поля в частини доменів зберігається переважна орієнтація їхніх магнітних моментів.

Щоб повністю розмагнітити цей зразок, треба створити магнітне поле з напруженістю, що дорівнює Н_k, напрямлене в протилежний бік. Величину Н_к називають коерцитивною (затримувальною) силою. При подальшому збільшенні магнітного поля, протилежного початковому, намагнічування зразка знову досягне насичення (точка b). Повертаючись поступово до напруженості намагнічувального поля +Н_Н, дістанемо замкнену криву, яка називається петлею гістерезису.

Коерцитивна сила характеризує властивість феромагнетика зберігати намагніченість і разом з магнітною проникністю визначає можливість його застосування для тих чи інших практичних цілей. При намагнічуванні феромагнетика змінюється його форма і об'єм. Це явище називають магнітострикцією. У 1842р. явище магнітострикції відкрив Дж. Джоуль. Уперше правильне пояснення цьому явищу дав М. С. Акулов 1928 р. Проте не всі особливості в поведінці фізичних властивостей феро магнетиків, у тому числі і явище спонтанного намагнічування, можна пояснити, виходячи з класичної теорії магнетизму.

Сучасну теорію феромагнетизму 1928 р. побудували Я. І. Френкель і В. Гейзенберг. Відповідальними за діамагнітні властивості феромагнетиків є власні магнітні моменти електронів (спінові магнітні моменти). За певних умов у кристалах виникають так звані обмінні сили, які примушують магнітні моменти електронів установлюватись паралельно один одному, внаслідок чого і виникають ділянки спонтанного (самодовільного) намагнічування, що називаються доменами.

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
У парамагнітному тілі виникає власне магнітне поле, напрямлене в той самий бік, що й зовнішнє магнітне поле.	\|

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.004 сек.