8.1 Магнітне поле в магнетиках. Діа- пара- і феромагнетики та їх властивості

Магнітні властивості речовин характеризуються відносною магнітною проникністю

(8.1)

яка показує відношення індукції магнітного поля в речовині В до індукції магнітного поля у вакуумі (повітрі) Во.

Добавка до індукції, яка створюється речовиною, називається намагніченістю

(8.2)

де Н – напруженість магнітного поля, μо=4×π×10-7 Гн/м- магнітна стала,

називається магнітною сприйнятливістю – це відношення намагніченості до індукції поля у вакуумі (повітрі).

В залежності від значень вказаних характеристик усі речовини поділяються на три групи: діамагнетики, парамагнетики і феромагнетики.

У діамагнетиків μ ≈ 0,99999 < 1, а χ ≈ -10-5 < 0. Магнітне поле у діамагнетиках послаблюється. Магнітна проникність і магнітна сприйнятливість не залежать від напруженості магнітного поля Н (рис.8.1, а). До діамагнетиків відносяться, наприклад, мідь, германій, кремній, вісмут.

У парамагнетиків μ ≈ 1,0001 > 1, а  χ ≈ 10-4 > 0, тобто магнітне поле незначно підсилюється. Магнітна проникність і магнітна сприйнятливість також не залежать від напруженості магнітного поля Н, але тільки у відносно слабих полях і при високих температурах. В сильних полях і при низьких температурах намагніченість асимптотично наближається до насичення Js (рис.8.1, б). Крім того, у парамагнетиків χ обернено пропорційно залежить від температури по закону Кюрі

(8.3)

де С – стала Кюрі визначається природою парамагнетика. До парамагнетиків відносяться Pt, FeCl2, CaO, NiSO4.

У феромагнетиків μ >> 1  і  χ >> 1, тобто магнітне поле значно підсилюється. Залежність магнітної проникності і магнітної сприйнятливості від напруженості магнітного поля складніша, ніж у парамагнетиків (рис.8.2).

Із збільшенням намагнічуючого поля Н індукція В (рис.8.2, а) і намагніченість Jm (рис. 8.2, б) зростають спочатку швидко, а потім зростання сповільнюється, а починаючи деякого значення Нs намагніченість практично досягає граничного значення насичення Js. Магнітна сприйнятливість при цьому наближається до 0. Ретельне вивчення кривої намагнічування показує, що вона має стрибкоподібний характер (рис.8.2, б). Це явище називається ефектом Баркгаузена, який вперше його виявив.

На рис.8.3 приведена крива повного циклу перемагнічування феромагнетика (петля гістерезису). Видно, що зміна В відстає від зміни Н. Це явище називається гістерезисом. При Н = 0 В = Взал – це залишкова намагніченість. Для її знищення необхідно прикласти розмагнічуюче (протилежне за напрямком) магнітне поле Нк, напруженість якого називається коерцетивною силою. Площа петлі гістерезису пропорційна роботі перемагнічування одиниці об’єму феромагнетика, яка перетворюється в тепло. Матеріали з вузькою петлею гістерезису називаються магнітом’якими, а з широкою – магнітожорсткими. Наприклад, для сплаву магніко (від магнит, нікель і кобальт), який використовується для виготовлення постійних магнітів, Нк ≈ 5×105 А/м, Взал ≈ 1,35 Тл.

При нагріванні феромагнетиків їхні магнітні властивості змінюються (рис.8.4). До деякої, характерної для кожного матеріалу, температури θк магнітна сприйнятливість не залежить від температури, а потім різко зменшується, і феромагнетик перетворюється в парамагнетик. Має місце фазовий перехід другого роду. Подальша зміна χ відбувається по закону Кюрі-Вейса

(8.4)

де θ – парамагнітна температура Кюрі (вона дещо вища за температуру θк).

Намагнічування феромагнітних тіл інколи супроводжується зміною геометричних розмірів. Це явище називається магнітострикцією і використовується для генерації ультразвукових коливань.

Типовими феромагнетиками є залізо, кобальт, нікель.

З’ясуємо природу цих магнітних властивостей.

You must be logged in to post a comment.

Фізика