Магнетизация и магнитни материали

Наличието на вещество магнитни свойства се проявява в промяна в параметрите на магнитното поле в сравнение с полето в немагнитното пространство. Настъпващите физически процеси в микроскопичното представяне са свързани с появата в материала под влияние магнитно поле магнитни моменти на микротокове, чиято обемна плътност се нарича вектор на намагнитване.

Появата на намагнитване в веществото когато го поставяте вътре магнитно поле се обяснява с процеса на постепенна преференциална ориентация магнитни моменти циркулиращи в него микротокове в посока на полето. Огромният принос за създаването на микротокове в веществото има движение на електрони: въртене и орбитално движение на електрони, свързани с атоми, спин и свободно движение на електроните на проводимост.

Според магнитните си свойства всички материали се подразделят на парамагнити, диамагнетици, феромагнити, антиферомагнетици и ферити… Принадлежността на материал към един или друг клас се определя от естеството на реакцията на магнитните моменти на електроните към магнитно поле при условия на силни взаимодействия на електрони помежду си в многоелектронни атоми и кристални структури.

Диамагнетиците и парамагнетиците са слаби магнитни материали. При феромагнетиците се наблюдава много по -силен ефект на намагнитване.

Магнитна чувствителност (съотношението на абсолютните стойности на векторите на намагнитване и напрегнатост на полето) за такива материали е положително и може да достигне няколко десетки хиляди. Във феромагнетиците се образуват области на спонтанно спонтанно еднопосочно намагнитване — домейни.

Феромагнетизъм наблюдавани в кристали на преходни метали: желязо, кобалт, никел и редица сплави.

Когато се прилага външно магнитно поле с нарастваща сила, векторите на спонтанното намагнитване, първоначално ориентирани в различни области по различни начини, постепенно се подреждат в една и съща посока. Този процес се нарича техническо намагнитване… Характеризира се с начална крива на намагнитване — зависимостта на индукцията или намагнитването от получената сила на магнитното поле в материала.

С относително малък сила на полето (раздел I) има бързо увеличаване на намагнитването, главно поради увеличаване на размера на домейните с ориентацията на намагнитване в положителното полукълбо на посоките на векторите на силата на полето. В същото време размерите на домейните в отрицателното полукълбо се намаляват пропорционално. В по -малка степен размерите на тези области се променят, намагнитването на които е ориентирано по -близо до равнината, ортогонална на вектора на интензитета.

С по -нататъшно увеличаване на интензивността, процесите на въртене на векторите за намагнитване на домейна по полето преобладават (раздел II), докато се достигне техническо насищане (точка S). Последващото увеличение на получената магнетизация и постигането на една и съща ориентация на всички области в полето се възпрепятства от топлинното движение на електроните. Регион III е близък по природа на процесите до парамагнетиците, където увеличаването на намагнитването се дължи на ориентацията на малкото спинови магнитни моменти, дезориентирани от топлинното движение.С повишаване на температурата дезориентиращото топлинно движение се увеличава и намагнитването на веществото намалява.

За определен феромагнитен материал има определена температура, при която феромагнитното подреждане на домейн структурата и намагнитването изчезват. Материалът става парамагнитен. Тази температура се нарича точка на Кюри. За желязото точката на Кюри съответства на 790 ° С за никел — 340 ° С, за кобалт — 1150 ° С.

Намаляването на температурата под точката на Кюри възстановява отново магнитните свойства на материала: домейна структура с нулева магнетизация на мрежата, ако няма външно магнитно поле. Следователно, нагревателните продукти, изработени от феромагнитни материали над точката на Кюри, се използват за пълното им размагнитване.

Начална крива на намагнитване

Процеси на намагнитване на феромагнитни материали подразделен на обратими и необратими във връзка с промяната в магнитното поле. Ако след премахване на смущенията на външното поле, намагнитването на материала се връща в първоначалното си състояние, тогава този процес е обратим, в противен случай е необратим.

Обратими промени се наблюдават в малък начален сегмент на раздел I крива на намагнитване (Зона на Rayleigh) при малки измествания на доменните стени и в области II, III, когато векторите за намагнитване в областите се въртят. Основната част на раздел I се отнася до необратим процес на обръщане на намагнитването, който определя главно свойствата на хистерезис на феромагнитните материали (изоставане на промените в намагнитването от промени в магнитното поле).

Хистерезисен контур наречени криви, отразяващи промяната в намагнитването на феромагнетик под въздействието на циклично променящо се външно магнитно поле.

При изпитване на магнитни материали се изграждат хистерезисни контури за функциите на параметрите на магнитното поле B (H) или M (H), които имат значението на получените параметри вътре в материала в проекция върху фиксирана посока. Ако материалът преди това е бил напълно размагнитен, тогава постепенното увеличаване на силата на магнитното поле от нула до Hs дава много точки от началната крива на намагнитване (раздел 0-1).

Точка 1 — точка на техническо насищане (Bs, Hs). Последващото намаляване на силата H вътре в материала до нула (раздел 1-2) дава възможност да се определи граничната (максимална) стойност на остатъчната намагнитност Br и допълнително да се намали отрицателната сила на полето, за да се постигне пълно размагнитване B = 0 (раздел 2-3) в точката H = -HcV -максималната принудителна сила при намагнитване.

Освен това материалът се намагнетизира в отрицателна посока до насищане (раздел 3-4) при H = — Hs. Промяната в силата на полето в положителна посока затваря ограничаващия цикъл на хистерезис по кривата 4-5-6-1.

Много материални състояния в рамките на граничния цикъл на хистерезис могат да бъдат постигнати чрез промяна силата на магнитното полесъответстващи частични симетрични и асиметрични цикли на хистерезис.

Магнитна хистерезис: 1 — крива на началната намагнитване; 2 — граничен цикъл на хистерезис; 3 — крива на основното намагнитване; 4 — симетрични частични цикли; 5 — асиметрични частични бримки

Частично симетрични цикли на хистерезис опират върховете им основна крива на намагнитване, който е дефиниран като множество от върхови точки на тези цикли, докато те съвпаднат с граничния цикъл.

Частични асиметрични цикли на хистерезис се образуват, ако началната точка не е на основната крива на намагнитване със симетрична промяна в силата на полето, както и с асиметрична промяна в силата на полето в положителна или отрицателна посока.

В зависимост от стойностите на принудителната сила феромагнитни материали разделена на магнитно мек и магнитно твърд.

Меки магнитни материали се използват в магнитни системи като магнитни ядра… Тези материали имат ниска принудителна сила, висока магнитна пропускливост и индукция на насищане.

Твърди магнитни материали имат голяма принудителна сила и в предварително намагнетизирано състояние се използват като постоянни магнити — първични източници на магнитно поле.

Има материали, към които според магнитните им свойства принадлежат антиферомагнетици… Антипаралелното подреждане на завъртанията на съседните атоми се оказва енергийно по -благоприятно за тях. Създадени са антиферомагнити, които имат значителен присъщ магнитен момент поради асиметрия на кристалната решетка… Такива материали се наричат феримагнети (ферити)… За разлика от металните феромагнитни материали, феритите са полупроводници и имат значително по -ниски загуби на енергия за вихрови токове в променливи магнитни полета.

Криви на намагнитване на различни феромагнитни материали