Исследование кривых гистерезиса
ФЕРРОМАГНЕТИКОВ С ПОМОЩЬЮ ОСЦИЛЛОГРАФА Цель работы: изучить магнитные свойства ферромагнетиков. Приборы и принадлежности: исследуемый объект с электрической схемой, помещенные в металлическую коробку; электронный осциллограф; автотрансформатор, реостат.
Сведения из теории Намагничивание вещества. Любое вещество является магнетиком, т. е. способно под действием магнитного поля приобретать магнитный момент - намагничиваться. Намагниченное вещество создает магнитное поле Вмагн, которое накладывается на обусловленное внешними токами Iсвоб поле Всвоб. Результирующее поле
В = Всвоб + Вмагн. (9.1)
Величина
К сильным магнетикам относятся ферромагнетики, антиферро-магнетики и ферримагнетики. В ферромагнетиках, свойства которых изучаются в настоящей работе, возникают большие (до 10 мкм) области спонтанного намагничивания - домены, в которых все так называемые спиновые магнитные моменты электронов выстроены параллельно. Кроме железа типичными ферромагнетиками являются кобальт, никель, гадолиний, их сплавы и соединения, а также некоторые соединения марганца, кобальта и др. В обычных условиях направления магнитных моментов доменов хаотически распределены в пространстве - тело в целом не намагничено. При внесении вещества в магнитное поле домены, ориентированные по полю, растут за счет доменов, ориентированных против поля - тело сильно намагничивается. Степень намагниченности любого магнетика характеризуется вектором намагниченности - магнитным моментом единицы объема
где D V - физически бесконечно малый объем вблизи данной точки, рm - магнитный момент отдельной молекулы. В простейшем случае рm можно определить как магнитный момент контура с током: рm = I S n, где I - сила тока, текущего по контуру; S - площадь контура; n - положительная нормаль к контуру. При определении вектора намагниченности сумма берется по всем молекулам в объеме D V. С физической точки зрения атомные токи создаются реальными заряженными частицами, движущимися в атомах и молекулах вещества. Эти токи иногда называют амперовскими, т.к. Ампер первый предположил, что магнетизм вещества происходит за счет циркуляции атомных токов. Определим вектор напряженности магнитного поля Н(х,у,z) в любой точке пространства как
Н = В / m0 - Мm, (9.3) здесь m0 - магнитная постоянная. Опыт показывает, что для не очень больших полей намагниченность пропорциональна магнитному полю. Традиционно намагниченность Мm связывают не с В, а с Н:
Мm = c Н. (9.4)
Формула (9.4) является определением величины c - магнитной восприимчивости вещества. Отметим, что c <0 для диамагнетиков и c > 0 для парамагнетиков. Характеристики c и m связаны друг с другом простым соотношением m = 1 + c. (9.5)
Учитывая (9.4) и (9.5), соотношение (9.3) можно записать в следующем виде
Заметим, что определенный в (9.6) вектор Н относится к свободному току в проводах так же, как вектор В относится к полному току - свободному и магнитному (атомному). Несомненно, фундаментальной величиной, характеризующей магнитное поле, является вектор В, и именно его следовало бы назвать напряженностью магнитного поля (по аналогии с напряженностью электрического поля). Однако в силу исторических причин В называется индукцией магнитного поля, а Н - напряженностью. Поскольку в магнитных системах легко контролировать именно токи в проводниках - свободные токи, вспомогательный вектор Н широко используется.
Основными свойствами ферромагнетиков являются: 1) большие величины магнитной проницаемости m, достигающей значения 103 ... 104; 2) сложная нелинейная зависимость между Мm и Н (рис. 9.1). По мере увеличения напряженности намагничивающего поля намагниченность сначала растет, а затем становится постоянной Мm = Mms (насыщение). Заметим, что поскольку непосредственно Мm измерить сложно, на практике измеряют не намагниченность, а связанную с ней величину В (см. (9.3)): В = m0 (Мm + Н). Зависимость В = f (Н) изображена на рис. 9.2. Кривая ОА называется основной кривой намагничивания;
3) для ферромагнетиков зависимость В от Н не только нелинейна, но и неоднозначна: В зависит еще и от истории намагничивания образца. Это явление называется магнитным гистерезисом (изменение В отстает от изменения Н). Из рис. 9.2 видно, что если после намагничивания ферромагнетика его попытаться размагнитить, то зависимость В = f (Н) пойдет не по кривой АО, а по кривой АСD. Отрезок ОС характеризует остаточную намагниченность образца Вm. Для того чтобы размагнитить образец, магнитное поле Н надо направить в противоположную сторону. Кривая пойдет по пути СD. Точка D соответствует значению Нс - коэрцитивной силе образца. Это та напряженность обратного магнитного поля, которая размагничивает образец. Замкнутая кривая АСDEFA называется петлей гистерезиса. Если точка А соответствует насыщению образца, ее называют предельной петлей гистерезиса. Т - период изменения поля Н; 4) благодаря гистерезису перемагничивание ферромагнетиков сопровождается выделением тепла, количество которого за один цикл перемагничивания определяется интегралом
Q =
который совпадает с площадью, охватываемой петлей гистерезиса; 5) при повышении температуры до так называемой температуры Кюри ферромагнетик переходит в парамагнитное состояние и становится слабым магнетиком.
Воспользуйтесь поиском по сайту: ![]() ©2015 - 2025 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|