Магнетохімія. Магнітні властивості речовин
Информация - Химия
Другие материалы по предмету Химия
»и мають доменну структуру аналогічну доменній структурі сегнетоелектриків. Всередині кожного домена всі спіни орієнтовані паралельно, але різні домени мають різну орієнтацію спінів. Під дією зовнішнього магнітного поля у феромагнітних речовинах виникає явище гістерезису. Крива залежності магнітної індукції від напруги поля має вигляд (мал. ):
Мал. Петля гістерезису у феромагнітних речовин
Особливий клас магнітних матеріалів утворюють речовини, у яких магнітна проникність у сотні і тисячі разів перевищує магнітну проникність звичайних матеріалів. Ці речовини одержали назву феромагнетиків. Іншою відмінною рисою феромагнетиків є те, що їхня намагнічуваність нелінійно залежить від напруги зовнішнього магнітного поля, причому при високих напругах поля у них настає стан магнітного насичення.
Феромагнетиками називають речовини (тверді), що можуть мати спонтанну намагніченість, тобто вони намагнічені і при відсутності зовнішнього магнітного поля. Під дією зовнішнього магнітного поля, створеного струмом у котушці, накладеної на сталевий магнітопровід, відбувається процес орієнтації доменів у магнітопроводі і зсув їхніх границь. Це приводить до намагнічування сталевого магнітопроводу, причому намагніченість збільшується зі збільшенням зовнішнього магнітного поля.
Намагніченість М феромагнітного матеріалу росте тільки до граничного значення, названого намагніченістю насичення Мs. Залежність намагніченості М від напруженості поля М(Н) показана на мал. штриховою лінією. На цьому ж малюнку показана лінійна залежність В0Н та крива первісного намагнічування В(Н). Криву В(Н) можна розділити на чотири ділянки:
1) майже лінійна ділянка 0а, що відповідає малим напруженостям поля, показує, що магнітна індукція збільшується відносно повільно і майже пропорційно напруженості поля;
2) майже лінійна ділянка аб, на якій магнітна індукція В росте також майже пропорційно напруже Мал. . Залежність намагніченості поля, але значно швидше, ності від напруженості ніж на початковій ділянці;поля
3) ділянка бв коліно кривої намагнічування, що характеризує уповільнення росту індукції В;
4) ділянка магнітного насичення ділянка, розташована вище точки в; тут залежність знову лінійна, але ріст індукції В дуже сильно уповільнений у порівнянні з другим.
Магнітна індукція, що відповідає намагніченості насичення, називається індукцією насичення Вs.
Повний цикл перемагнічування феромагнітних матеріалів описується петлею гістерезису (мал. ): магнітна індукція збільшується по кривій початкового намагнічування (0а) і досягає відповідного максимального значення Ва. Якщо потім струм і напруженість поля зменшуються, то і магнітна індукція зменшується. При відповідних значеннях напруженості магнітна індукція трохи більше, ніж при збільшенні напруженості. Крива зміни магнітної індукції (ділянка аб на мал. ) розташовується вище кривої початкового намагнічування. При нульових значеннях струму і напруженості поля магнітна індукція має деяке значення Вr, назване залишковою індукцією.
Таким чином, магнітна індукція у феромагнітному матеріалі залежить не тільки від напруженості поля, але і від попереднього стану феромагнетика. Це явище називається гістерезисом. Воно обумовлено ніби внутрішнім тертям, що виникає при зміні орієнтації магнітних моментів доменів.
При зміні струму, що намагнічує, а, отже, і напрямку напруженості поля і поступовому збільшенні струму зворотного напрямку напруженості поля досягає значення Нс, названого коерцитивною силою (відрізок 0в), при якому магнітна індукці В = 0. При подальшому збільшенні струму і напруженості поля магнітопровід намагнічується в протилежному напрямку і при напруженості поля Нr = Ha магнітна індукція досягає значення Вr = Вa. Потім при зменшенні струму і напруженості поля до нуля магнітна індукція Вд стає рівною Вб. Нарешті, при наступній зміні струму і напруженості поля і збільшення її до колишнього значення На магнітна індукція збільшиться також до колишнього значення Вa. Розглянутий цикл перемагнічування феромагнетика по кривій абвгдеа називається гістерезисним циклом (петлею гістерезису).
Під час відсутності зовнішнього магнітного поля магнітні моменти доменів орієнтовані в просторі так, що результуючий магнітний момент розмагніченого зразка дорівнює нулю.
У чому причина гістерезису? Вид кривих розходження між ходом наростання намагнічування феромагнетика при збільшенні поля Н і ходом його розмагнічування при зменшенні Н, показує, що при зміні намагнічування феромагнетика, тобто при збільшення чи зменшенні напруженості зовнішнього поля орієнтація і дезорієнтація елементарних магнітів не відразу встигає за полем, а відбувається з певним відставанням. Докладне вивчення процесів намагнічування і розмагнічування заліза й інших феромагнітних речовин показало, що феромагнітні властивості речовини визначаються не магнітними властивостями окремих атомів чи молекул, що самі по собі парамагнітні, а намагнічування цілих областей, названих доменами, невеликих ділянок речовини, що містять дуже велику кількість атомів.
Взаємодія магнітних моментів окремих атомів феромагнетика приводить до створення надзвичайно сильних внутрішніх магнітних полів, що діють у межах кожної такої області. У межах цієї області всі атомні магнітики паралельні один одному. Таким чином, навіть при відсутності зовнішнього поля феромагнітна речовина складається з ряду окремих ?/p>