Феромагнетики.

До феромагнетиків належать залізо, нікель, кобальт, гадоліній та інші речовини. Всім їм притаманні три особливості:

1. Магнітна проникність для цих речовин може сягати значень 10⁶ та навіть вище, що у 10¹¹ разів більше, ніж у парамагнетиків. Отже феромагнетики вважають сильними магнетиками.

2. Магнітна проникність для цих величин не є сталою величиною, вона суттєво залежить від напруженості зовнішнього магнітного поля.

3. Феромагнетики мають властивість остаточної намагніченості, тобто вони можуть створювати магнітне поле навколо себе після зняття зовнішнього поля, яке їх намагнітило. Тому феромагнетики застосовують як сталі магніти.

Оскільки для феромагнетиків не існує сталого значення магнітної проникності, для кожного феромагнетика у довідниках приводять криву намагнічення, тобто залежність модуля вектора намагнічення від напруженості магнітного поля. J(H) (рис. 4. 1). Характерною особливістю цієї залежності є її нелінійність. Для цієї кривої властиве також насичення, тобто при збільшенні напруженості зовнішнього поля значення намагніченості не збільшується.

Нелінійність залежності J(H) означає, що для феромагнетиків магнітна сприйнятливість c (а отже і магнітна проникність) не є сталою величиною, а залежить від напруженості зовнішнього магнітного поля. Залежність m(Н) наведена на рис. 4. 2.

Процесу намагнічування феромагнетиків властиве явище гістерезису, яке полягає у відмінності кривої намагнічування з кривою подальшого розмагнічування. Намагніченість при розмагнічуванні ніби “відстає” від поля, залишаючись більшою, ніж вона була б при тому ж полі в процесі намагнічування. Це призводить до того, що при зникненні поля намагніченість не дорівнює нулю, а має деяке кінцеве значення J_r – остаточне намагнічування (відповідне значення магнітної індукції називається остаточною індукцією В_r ). Для того, щоб зняти остаточну намагніченість, необхідно збільшувати поле протилежного напрямку до деякого значення H_c – коерцитивної сили. Продовжуючи збільшувати поле протилежного напряму, знову досягнемо насичення намагніченості. При подальшому зменшенні Н до нуля одержимо остаточну індукцію та остаточне намагнічування протилежного напряму. Збільшуючи далі Н в прямому напрямку, одержимо замкнену криву – цикл гістерезису (рис. 4. 3). Слід зауважити, що залежність В(Н) також носить назву кривої намагнічування феромагнетика, однак після насичення продовжується лінійне зростання величини В при зростанні Н, оскільки магнітна проникність ніколи не спадає до одиниці, а тільки наближається до неї. Цим пояснюється відмінність форми петель гістерезису для намагнічування і індукції поля в феромагнетика. Якщо здійснювати аналогічні процеси перемагнічування з меншою амплітудою зміни Н (не досягаючи насичення), одержимо часткові цикли гістерезису, що лежать всередині основного циклу. Таким чином, намагніченість та індукція для феромагнетика є неоднозначними функціями зовнішнього поля.

Константи J_r, B_r, H_c, m_max є основними характеристиками феромагнетиків. Феромагнетики з великими значеннями J_r, B_r, H_c мають назву жорстких, для них властивий широкий основний цикл, їх використовують для постійних магнітів. Для виготовлення осердя трансформатора краще підійдуть м’які феромагнетики, для яких J_r, B_r, H_c відносно малі.

Характерною рисою феромагнетика є магнітна анізотропія, яка проявляється в залежності кривої намагнічування від орієнтації кристалу в магнітному полі.

Для кожного феромагнетика існує характерна температура Т_с – точка Кюрі, при досягненні якої феромагнетик втрачає свої властивості та стає парамагнетиком.

Описані вище особливості процесу намагнічування феромагнетиків пов’язані з їх структурою. Взаємодія електронів призводить до появи областей спонтанного намагнічування – доменів. В межах кожного з доменів магнітні моменти орієнтовані суворо паралельно. Однак, взаємна орієнтація магнітних моментів різних доменів є різною, тому сумарний магнітний момент феромагнетика дорівнює нулю. Під час намагнічування феромагнетика при зростанні зовнішнього магнітного поля спочатку відбувається перебудова меж доменів: домени, магнітні моменти яких складають гострий кут з вектором напруженості магнітного поля, розширюються за рахунок сусідніх. Далі починає переважати процес переорієнтації доменів таким чином, щоб їхні магнітні моменти збігались з напрямом поля. Коли всі магнітні моменти доменів зорієнтуються суворо уздовж поля, настає насичення. Описаний вище процес необоротний, чим і пояснюється явище гістерезису. При досягненні температури Кюрі доменна структура порушується, речовина втрачає феромагнітні властивості.