• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

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.

Переглядів: 4020