Справочное руководство по физике для поступающих в вузы и для самообразования - Яворский Б.М.
Скачать (прямая ссылка):
6.5. Ферромагнетизм
Г. Ферромагнетиками называется группа веществ в твердом кристаллическом состоянии, обладающая совокупностью магнитных свойств, обусловленных особым взаимодействием атомных носителей магнетизма. У ферромагнитных веществ собственное (внутреннее) магнитное поле
6.Б. ФЕРРОМАГНЕТИЗМ
281
(111.6.2.Г) имеет индукцию в сотни и тысячи раз большую, чем индукция внешнего магнитного поля, вызвавшего явление намагничивания, т. е. образование внутреннего поля.
2°. Для характеристики явления намагничивания вещества вводится величина /, называемая намагниченностью вещества. Намагниченность в СИ определяется формулой
где и — относительная магнитная проницаемость вещества, B0 — индукция магнитного поля в вакууме, В — индукция магнитного поля в веществе: ?=u?0 (111.4.3.2°),
Для пара- и диамагнетиков намагниченность / прямо пропорциональна индукции B0 магнитного поля в вакууме (рис. 111.6.6).
Для ферромагнитных тел намагниченность / является сложной нелинейной функцией B0- Зависимость / от величины B0I'и0 называется технической кривой намагниченности (рис, III.6.7). Кривая указывает на явление магнитного насыщения: начиная с некоторого значения BJn0=Bf1JiX0, намагниченность практически остается постоянной, равной /„ (намагниченность насыщения), u0 — магнитная постоянная в СИ (VI 1.5.3°).
3°. Относительная магнитная проницаемость и ферромагнетиков, в отличие от пара- и диамагнетиков, имеет весьма большие значения и зависит от индукции B0 магнитного поля, в котором находится вещество (рис. III.6.8). Например, для железа цмакс=5000, для пермаллоя (78 % N4 и 22% Fe) U111Kc=IOO ООО.
4°. Магнитным гистерезисом *) ферромагнетика назы-
/ = B-B0 = ^B0-B0 = (и-1) B1
В
Рис. III.6.б
Рис. III.6.7
*) От греческого «hysteresis» — отставание следствия от его причины.
282 ОТДЕЛ III. ГЛ. 6. МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВА
вается отставание изменения величины намагниченности ферромагнитного вещества от изменения внешнего магнитного поля, в котором находится вещество. Важнейшей причиной магнитного гистерезиса является характерная для ферромагнетика зависимость его магнитных характеристик (р, /) не только от состояния вещества в данный момент, но и от значений величин р и / в предыдущие моменты времени. Таким образом, существует зависимость магнитных свойств от предшествующей намагниченности вещества.
H
Рис. III.6.8 Рис. III.6.9
5°. Петлей гистерезиса называется кривая зависимости изменения величины намагниченности ферромагнитного тела, помещенного во внешнее магнитное поле, от изменения индукции этого поля от +?0B/p.0 ДО —B0JЦо и обратно. Значение -\-B0JНо соответствует намагниченности насыщения In (п. 2°) (рис. III.6.9). Если процесс намагничивания ферромагнетика до насыщения (точка а на рис. III.6.9) происходит по кривой Oa, то при дальнейшем уменьшении B0/Но величина намагниченности изменяется по кривой aIR. При B0=O у ферромагнетика остается некоторая величина остаточной намагниченности IR. Это означает, что у ферромагнитного тела существует собственное (внутреннее) магнитное поле при отсутствии внешнего поля.
Для того чтобы полностью размагнитить ферромагнитное тело, необходимо изменить направление внешнего поля. При некотором значении магнитной индукции — ?CK, которой соответствует величина —B0Jho, называемая коэрцитивной (задерживающей) силой, намагниченность / тела станет равной нулю. При дальнейшем увеличении индукции внешнего магнитного поля в направлении, противоположном
6.5. ФЕРРОМАГНЕТИЗМ
283
первоначальному, величина намагниченности снова достигнет насыщения (точка Ь). Уменьшение внешнего магнитного поля до нуля и дальнейшее его увеличение до значения величины B0/\i<,=Bw/\io приводят к замкнутой, симметричной относительно точки О кривой — петле гистерезиса.
6°. Коэрцитивная сила и форма петли гистерезиса характеризуют свойство ферромагнетика сохранять остаточное намагничивание и определяют использование ферромагнетиков для различных целей. Ферромагнетики с широкой петлей гистерезиса называются жесткими магнитными материалами (углеродистые, вольфрамовые, хромовые, алю-миниево-никелевые и другие стали). Они обладают большой коэрцитивной силой и используются для создания постоянных магнитов различной формы (полосовых, подковообразных, магнитных стрелок). К мягким магнитным материалам, обладающим малой коэрцитивной силой и узкой петлей гистерезиса, относятся железо, сплавы железа с никелем. Эти материалы используются для изготовления сердечников трансформаторов, генераторов и других устройств, по условиям работы которых происходит перемагничивание в переменных магнитных полях. Перемагничивание ферромагнетика связано с поворотом областей самопроизвольного намагничивания (п. 8°). Работа, необходимая для этого, совершается за счет энергии внешнего магнитного поля (111.5.7.2°). Количество теплоты, выделяющейся при пере-магничивании, пропорционально площади петли гистерезиса.
7°. Особые свойства ферромагнетика обнаруживаются только при температурах, маныпих некоторой, называемой температурой (точкой) Кюри вк. При Т^вк ферромагнитные свойства исчезают и вещество становится парамагнетиком (III.6.4.Г). Точка Кюри вк для железа равна 770 °С, для никеля 360 °С, а для пермаллоя 70 °С.
