Читайте данную работу прямо на сайте или скачайте

Ферромагнетики

Мнстерство освти та науки кра

Нацональний нверситет Льввська полтехнка

Курсова робота

На тему:Ферромагнетики

З курсу: Матералознавство

Виконав:

Студент гр.ЕА-21

Переврив:

Васькв

Львв-2003

Змст:

Вступ......................................................................................3

1) Початкове намагнчування......................................................................5

2) Модель внутршньо

2) Магнтне поле в речовин........................................................................7

3) Намагнченсть.........................................................................................8

4) Магнтна проникнсть рзних тл. Тла парамагнтн дамагнтн.....9

5) Циклчне перемагнчування....................................................................11

6) Рух парамагнтних дамагнтних тл у магнтному пол.

Дослди Фарадея............................................................................................14

7) Молекулярна теоря магнетизму.............................................................17

8) Магнтний захист.......................................................................................18

9) Особливост феромагнтних тл................................................................20

10) Властивост ферромагнетикв яксн основи природи

Ферромагнетизму......................................................................................28

11) Вивчення гистерезиса ферромагнтних матералв..................................32

12) Основи теорÿ ферромагнетизму...............................................................32

13) Ферромагнтн матерали............................................................................35

14) Магнтн властивост деяких магнто-мяких матералв........................37

15) Магнтн властивост деяких магнто-твердих матералв.......................38

16) Експерементальне вивчення властивостей ферромагнетикв...................39

Висновки................................................................................................................44

Список використано

Вступ

Ферромагнетизм, один з магнтних станв кристалчних, як правило, речовин, що характеризу

ться рвнобжною орúнтацúю магнтних моментв атомних носÿв магнетизму. Рвнобжна орúнтаця магнтних моментв (мал. 1) становлю

ться при температурах Т нижче критично

У магнтному вдношенн вс речовини можна роздлити на слабомагнтн

( парамагнетики й дамагнетики) сильнонамагнчен (феромагнетики).

Пара- дамагнетики при вдсутност магнтного поля ненамагнчен характеризуються однозначною залежнстю J вд H.

Ферромагнетиками називають речовини (тверд), що можуть мати спонтанну намагнченсть, тобто намагнчен вже при вдсутност зовншнього магнтного поля. Типов представники ферромагнетикв - це залзо, кобальт багато

Початкове намагнчування

Пд дúю зовншнього магнтного поля, створеного струмом у котушц, накладено

Намагнченсть М феромагнтного матералу росте тльки до граничного значення, називаного намагнченстю насичення Мs. Залежнсть намагнченост М вд напруженост поля М(H) показана на мал. 2 штриховою нúю. На тм же малюнку показана нйна залежнсть B0(H)=М. Складаючи ординати кривй М(H) прямй М0(H), одержу

мо ординати новй кривй B(H) - кривй первсного намагнчування (рис 2). Криву B(H) можна роздлити на чотири длянки :

1)а майже нйна длянка 0а, що вдповда

малим напряженностям поля, показу

, що магнтна ндукця збльшу

ться вдносно повльно майже пропорцйно напруженост полючи;

2)а майже нйна длянка аб, на якому магнтна ндукця В росте також майже пропорцйно напруженост поля, але значно швидше, нж на початковй длянц ;

3)а длянка бв - колно кривй намагнчування, що характеризу

уповльнення росту ндукцÿ B;

4)а длянка магнтного насичення - длянка, розташована вище крапки в; тут залежнсть знову нйна, але рст ндукцÿ B дуже сильно повльнений у порвнянн з другим. Магнтна ндукця, що вдповда

намагниченности насичення, назива

ться ндукцúю насичення Bs.

Таким чином, залежнсть магнтно

Абсолютна магнтна проникнсть ферромагнетика визнача

ться для довльно

Де mв, mн, mм - масштаби вдповдних величин.

Крива змни магнтно

початкове (мал. 3)

2. максимальне

Початкова магнтна проникнсть характеризу

можливсть використання ферромагнетика в слабких магнтних полях. Максимальна магнтна проникнсть визнача

верхню границю використання матералу. Так, наприклад, для листово

Модель внутршньо

Прилад склада

ться з рамки з дном з органчного скла встановленими на ньому двадцятьма встрями. Встря розмщен в чотири ряди на вдстан приблизно 15 мм друг вд друга. На кожне встря насаджений сталевий намагнчений цилндрик з одним закругленим торцем. Зверху рамка закрита склом, що охороня

цилндрики вд зскакування з встря. Прилад пристосований для горизонтально

При випадковому розташуванн магнтикв останн мимовльно групуються так, що в кожнй груп магнтики мають визначену орúнтацю (домени, або област мимовльного намагнчування). Пд дúю зовншнього магнтного поля вс магнтики орúнтуються здовж його силових нй.

Для демонстрацÿ потрбний проекцйний апарат з пристосуванням для горизонтально

Магнтне поле в речовин.

Якщо в магнтне поле, творене струмами в провдниках вести деякуа речовину, поле змниться. Це поясню

ться тим, що будь-яка речовина

магнетиком, тобто здатна пд впливом магнтного поля намагнчуватися - здобувати магнтний момент М. Цей магнтний момент склада

ться з елементарних магнтних моментв m_o , зв'язаних з окремими частками тл М = m_o.

В даний час встановлено, що молекули багатьох речовин володють власним магнтним моментом, зумовленим внутршнм рухом зарядв. Кожному магнтному моменту вдповда

елементарний круговий струм, що створю

в навколишньому простор магнтне поле. При вдсутност зовншнього магнтного поля магнтн моменти молекул орúнтован безладно, тому зумовлене ними результуюче магнтне поле дорвню

нулю. Дорвню

нулю сумарний магнтний момент речовини. Останн

вдноситься до тих речовин, молекули яких при вдсутност зовншнього поля не мають магнтних моментв.

Якщо ж речовину помстити в зовншн

магнтне поле, то пд дúю цього поля магнтн моменти молекул здобувають переважну орúнтацю в одному напрямку, речовина намагнчу

ться - його сумарний магнтний момент ста

вдмнним вд нуля. При цьому магнтн поля окремих молекул же не компенсують один одного, у результат виника

поле B.

накше вдбува

ться намагнчування речовин, молекули яких при вдсутност зовншнього поля не мають магнтного моменту. Внесення таких речовин у зовншн

поле индуку

елементарн кругов струми ва молекулах, молекули, разом з ними всúю речовиною здобувають магнтний момент, що також приводить до виникнення поля В¹. Бльшсть речовин при внесенн в магнтне поле намагнчуються слабо. Сильними магнтними властивостями володють тльки феромагнтн речовини : залзо, нкель, кобальт, багато

Намагнченсть.

Термн лмагнетики застосову

ться до всх речовин при розгляд

Намагнченсть

величиною векторною. Вона зроста

з збльшенням ндукцÿ В (чи напруженост Н) магнтного поля.

Величин, що одержала назву вдносно

Магнтна проникнсть рзних тл. Тла парамагнтн дамагнтн.

Магнтна сприйнятливсть може бути як позитивною, так негативною. Якщо вон <0, то вектор J антирвнобжний вектору Н. Магнетики, що володють такою властивстю, називають дамагнетиками. Приа м.в.>0 вектора J рвнобжний вектору Н. Магнетики, що володють такою властивстю, називають парамагнетиками. У бльшост випадкв по модулю магнтно

Слд зазначити, що нйна залежнсть J(H) для парамагнетикв спостерга

ться тльки в област слабких полв при високих температурах. У сильних полях при низьких температурах J(H) поступово виходить на насичення. Як у дамагнетиках, так в парамагнетиках пд час вдсутност магнтного поле намагнченсть дорвню

нулю.

У приведенй нижче таблиц показан значення магнтно

Парамагнтн Речовини	Магнтна Прониц-ть	Дамагнтн Речовини	Магнтна прониц-ть
зот (газоподбний)	1,13	Водень (газоподбний)......	0, 37
Повтря (газоподбний)	1,38	Вода ........	0, 1
Кисень (газоподбний)	1,17	Скло ......	0, 87
Кисень (рдкий)..	1,0034	Цинк ........	0, 1
Ебонт ........	1,14	Србло ......	0, 81
люмнй ......	1,23	Золото .......	0, 63
Вольфрам ......	1,175	Мдь ........	0, 12
Платина .......	1,253	Всмут .......	0, 824

Табл.1

Вимри показують, що магнтна проникнсть сх речовин вдмнна вд одиниц, хоча в бльшост випадкв ця вдмннсть дуже мала. Але особливо чудовим виявля

ться той факт, що в одних тл величин магнтно

Потрбно особливо пдкреслити, що для парамагнтних дамагнтних тл величина проникност не залежить вд напруженост зовншнього, що намагнчу

поле, тобто явля

собою постйну величину, що характеризу

дану речовину. Як ми побачимо нижче, це не ма

мсця для залза й нших подбних з ним (феромагнтних) тел.

За допомогою дуже ретельних вимрв можна знайти змну магнтного поля визначити величину магнтно

Вплив парамагнтних дамагнтних речовин на величину магнтного потоку ми поясню

мо так само, як вплив речовин феромагнтних, тим, що до магнтного потоку, створюваному струмом в обмотц котушки, при

дну

ться потк, що виходить з елементарних ампервых струмв. Парамагнтн тла збльшують магнтний потк котушки. Це збльшення потоку при заповненн котушки парамагнтною речовиною вказу

на те, що й у парамагнтних речовинах пд дúю зовншнього магнтного поле елементарн струми орúнтуються так, що напрямок

Мал. 1. Дамагнтн речовини середин котушки послабляють магнтне поле солено

Елементарн струми в них спрямована протилежно току в солено

Зменшення магнтного потоку при заповненн котушки дамагнтною речовиною означа

, що в цьому випадку магнтний потк вд елементарних струмв спрямований протилежно магнтному потоку котушки, тобто що в дамагнтних речовинах пд дúю зовншнього магнтного поле виникають елементарн струми, спрямован протилежно струмам обмотки (мал. 1). Малсть вдхилень вд одиниц й у цьому випадку вказу

на те, що додатковий потк цих елементарних струмв невеликий.

Крм да- парамагнетикв сну

велика група речовин, що володють спонтанною намагнченстю, тобто маючих не рвну нулю намагнченсть навть пд час вдсутност магнтного поле. Ця група магнетиков одержала назву ферромагнетикв. Для них залежнсть J(H)

нелнйною функцúю, повний цикл перемагнчування опису

ться петлею гистерезиса. У цих речовинах магнтна сприйнятливсть сама залежить вд Н

Циклчне перемагнчування

Розглянемо процес перемагнчування ферромагнетикв.

Допустимо, що кльцевий магнитопровод з феромагнтного матералу не намагнчений струму у витках котушки н, тобто B=0 H=0 (початок координат на мал. 4). При поступовому збльшенн струму, що намагнчу

, тобто МДС (магнто-рушйна сила), отже, напруженост поля вд нуля до деякого найбльшого значення

магнтна ндукця збльшу

ться по кривй початкового намагнчування (о) досяга

вдповдного максимального значення Ba.

Якщо потм струм напруженсть поля зменшуються, то магнтнй ндукцÿ зменшу

ться, при вдповдних значеннях напруженост магнтна ндукця трохи бльше, нж при збльшенн напруженост. Крива змни магнтно

Таким чином, магнтна ндукця у феромагнтному матерал залежить не тльки вд напруженост поля, але вд попереднього стану ферромагнетика. Це явище назива

ться гистерезисом. Воно обумовлено нби внутршнм тертям, що виника

при змн орúнтацÿ магнтних моментв доменв.

При змн напрямку струму, що намагнчу

, а, отже, напрямку напруженост поля поступовому збльшенн струму зворотного напрямку напруженсть полючи досяга

значення Hc, називаного коэрцитивной силою (вдрзок Ов), при якому магнтна ндукця B=0. При подальшому збльшенн струму напруженост полючи магнитопровод намагнчу

ться в протилежному напрямку при напруженост полючи Hг = -Ha магнтна ндукця досягне значения Bг = -Ba. Потм при зменшенн струму напруженост поля до нуля магнтна ндукця Bд ста

рвною -Bб. Нарешт, при наступнй змн напрямку струму напруженост поля збльшення ? до колишнього значення На магнтна ндукця збльшиться також до колишнього значення Ba. Розглянутий цикл перемагнчування ферромагнетика по кривй абвгде назива

ться гстерезисним циклом (петлею гистерезиса).

Така симетрична замкнута петля гистерезиса (мал.) виходить у дйсност тльки псля деклькох перемагнчувань з збльшенням струму до значення

a. При перших циклах перемагнчування петля несиметрична незамкнута. Найбльша замкнута петля, що може бути отримана для даного феромагнтного матералу, назива

ться гранично

Якщо для даного феромагнтного матералу, вибираючи рзн найбльш значення струму

a, одержати клька симетричних петель гистерезиса (мал. 5) з'

днати вершини петель, то одержимо криву, називану основнй кривй намагнчування, близьку до криво

Циклчне перемагнчування можна застосувати для розмагнчування магнитопровода, тобто для зменшення залишково

Перодичне перемагнчування зв'язане з витратою енергÿ, що, перетворюючи в тепло, виклика

нагрвання магнтопровода. Площа петл гистерезиса пропорцйна енергÿ, витрачено

Рух парамагнтних дамагнтних тл у магнтному пол. Дослди Фарадея. Притягання залзних предметв до магнтв

найбльш простим кида

ться в оч проявом магнтного поля й сторично послужило основою всього розвитку навчання про магнетизм. Воно зводиться до впливу магнтного поле на орúнтован молекулярн струми залза, що намагнтилося. Так само, але тльки значно слабкше повинне дяти магнтне поле на парамагнтн тла, тому що й у парамагнтних тлах орúнтаця елементарних струмв вдбува

ться так само, як у феромагнтних: магнтний потк елементарних струмв пдсилю

, хоча незначно, магнтний потк що орúнту

поле , отже, парамагнтн тла притягаються до магнту (мал. 2, а).

Мал. 2. а) При намагнчуванн парамагнтного чи феромагнтного тла на найближчому до магнту кнц виника

полюс, рзнойменний з полюсом магнту, що намагнчу

. Парамагнтне тло притяга

ться до магнту,

б) У тих же мовах на найближчому до магнту кнц дамагнтного тла виника

полюс однойменний. Дамагнтне тло вдштовху

ться вд магнту.

На вдмну вд тл парамагнтних дамагнтн тла зменшують магнтний потк котушки. Це означа

, що в дамагнтному тл пд дúю зовншнього поле виникають елементарн колов струми такого напрямку, що

Мал.3

Ми можемо виразити цей факт трохи накше. Коли ми пдносимо до магнту яке-небудь залзне тло, то воно намагнчу

ться так, що на тй сторон його, що звернена до магнту, виника

полюс, рзнойменний з полюсом магнту; те ж ма

мсце й у випадку парамагнтного тла (мал. 2, а). Навпроти, у випадку дамагнтного тла на сторон, найближчо

Саме так дÿ були виявлен Фараде

м. У 1845 р., викомалтовувавши сильний електромагнт, Фарадей становив здатнсть сх тл намагнчуватися вдкрив, що одн тла притягаються до магнту, нш вдштовхуються вд нього. Вн запропонував для перших назва парамагнтних, для других назва дамагнтних.

ндукцйн дослди з пари- дамагнтними тлами, були зроблен значно пзнше, коли магнтн властивост дамагнтних парамагнтних тл були же встановлен на пдстав дослджень Фарадея.

По сил чи притягання вдштовхування можна судити кльксно про здатнсть тла намагнчуватися, тобто можна визначити величину магнтно

У тих випадках, коли да

ться вимрити а тим ншому способу, виходять результати, що погодяться.

Приклад 1: Полюса сильного електромагнта на мал. 3 зрзан не паралельно один одному, так що низу вдстань мж ними значно менше, нж нагор. Мж ними пдвшу

ться на нитц кулька з рзних випробуваних матералв. Верхнй кнець нитки прикрплений до спрально

Приклад 2: При дослдженн магнтно

Молекулярна теоря магнетизму. Теоря, що поясню

розходження в магнтних властивостях речовин на основ вивчення будвл окремих часток цих речовин -

Кожне тло, парамагнтне дамагнтне, представля

ться нам у цлому ненамагнченим доти, поки на нього не дú зовншн

магнтне поле. Але обумовлю

ться це в тлах парамагнтних в тлах дамагнтних рзними причинами. Дамагнтними

тла, кожна частка яких - чи атом молекула - знаходячись поза магнтним поле, не ма

магнтн властивост.

Тльки зовншн

магнтне поле перетворю

У чому ж склада

ться розходження мж будвлею часток дамагнтних парамагнтних речовин? В атомах сх тл

велике число електронв, що рухаються. Кожний з них явля

собою амперв елементарний круговий струм. Але в атомах дамагнтних речовин до внесення

В атомах парамагнтних речовин магнтн дÿ окремих електронв не цлком компенсують один одного, так що атом у цлому сам по соб

елементарним магнтом. Дя зовншнього магнтного поле упорядкову

розташування цих елементарних струмв (магнтикв), причому струми орúнтуються так, що

Строго говорячи, дамагнетизм

загальною властивстю сх речовин. Зовншн

магнтне поле робить на атоми парамагнтних речовин таке ж индуцирующее дя, як на атоми дамагнтних речовин. Але в парамагнтних речовинах ця дя перекрива

ться бльш сильною дúю, що орúнту

, зовншнього магнтного поле, що порядкову

власн елементарн струми атомв.

З сказаного ясно, що властивост парамагнтних тл можна було б пояснити за допомогою гпотези Кулона про елементарн магнтики. Однак явища дамагнетизму показують неприйнятнсть ц㺿 гпотези, тому що зовншн

поле не може орúнтувати елементарн магнтики назустрч полю, що потрбно б було допустити для пояснення дамагнетизму. Тльки теоря молекулярних струмв дозволя

, як ми бачили, за допомогою явищ ндукцÿ пояснити дамагнтн властивост речовини поряд з парамагнтними.

Ми бачимо, таким чином, що дамагнетизм парамагнетизм порозумваються розходженнями в будвл самих чи атомв молекул речовини.

Магнтний захист. Саме собою зрозумло, що. намагнчування феромагнтних, парамагнтних дамагнтних тл вдбува

ться не тльки тод, коли ми помща

мо

На мал. 5 зображен, наприклад, змни, що спостергаються при внесенна шматка залза прямокутно

Мал. 5 Змна магнтного поле при внесенн в нього шматка залза.

Як бачимо, поле переста

бути однордним здобува

складний характер: в одних мсцях воно пдсилю

ться, в нш - послабля

ться.

Дуже цкаво практично важлива картина, що спостерга

ться при внесенн в магнтне поле замкнуто

Як видно з мал.6, у результат додавання зовншнього магнтного поле з полем залза, що намагнтилося, поле у внутршнй област кул майже зника

. Цим комалтаються для створення магнтного чи захисту магнтно

Мал.6.Порожня залзна куля внесена

в однордне магнтне тло

Зображуючи графчно розподл силових нй у товщ залза й у порожнин, одержимо картину мал.7 яка показу

, що ослаблення поле середин порожнини

результат змни напрямку силових нй, а не

Особливост феромагнтних тл. особливстю феромагнтних тл

Ц дослди показали, поверх того, що, на вдмну вд парамагнтних дамагнтних речовин, магнтна проникнсть феромагнтних речовин сильно залежить вд напруженост магнтного поле, при якй роблять ? вимр. Так, наприклад, у слабких полях магнтна проникнсть, залоза досяга

значень Ч6 тисяч, в сильних полях значення, падають до клькох сотень нижче.

Намагнчування тла, помщеного в магнтне поле, наприклад, середину солено

J=Ф-Фо= ( - 1)*Фо явля

собою той додатковий магнтний потк, що створю

ться намагнченою речовиною. Цю величину ми будемо називати намагнчуванням дано

Зверта

ться увага на те, що ми вибира

мо солено

У роздл магнтна проникнсть, коли нас цкавило вдношення потокв Ф/Фо, ця обставина не мала значення, тому що величина площ перетину входить в чисельник в знаменник цього вдношення. Але за мру намагнчування ми вибрали рзницю цих потокв; тому перетин солено

Вивчення залежност намагнчування залза й нших феромагнтних матералв вд напруженост зовншнього магнтного поле виявля

ряд особливостей цих речовин, що мають важливе практичне значення. Взьмемо шматок ненамагнченого залза, помстимо його в магнтне поле будемо вимрювати намагнчування залза J, поступово збльшуючи напруженсть зовншнього магнтного поле H. Намагнчування Jа зроста

спочатку рзко, потм се повльнше, нарешт, при значеннях H бля клькох сотень ерстед намагнчування переста

зростати:

вс елементарн струми вже орúнтован, залзо досягло магнтного насичення. Графчно залежнсть величини J(H) в описуваному досвд зображу

ться криво

Досягши насичення, почнемо послабляти зовншн

магнтне поле. При цьому намагнчування залза зменшу

ться, але бування це йде повльнше, нж ранш йшло його зростання. Залежнсть мж величинами J(H) у цьому випадку зображу

ться галуззю кривий АС на мал. 8. Ми бачимо, таким чином, що тому самому значенню H можуть вдповдати рзн значення намагнчування (точки х, х и х" на мал. 8) у залежност вд того, чи пдходимо ми до цього значення з боку малих чи з боку великих значень H. Намагнчування залза залежить, стало бути, не тльки вд того, у якм пол даний шматок знаходиться, але вд попередньо

Коли зовншн

магнтне поле ста

рвним нулю, залзо продовжу

збергати деяке залишкове намагнчування, величина якого характеризу

ться вдрзком ОС нашого графка. У цьому поляга

а причина того, що з чи залза стал можна виготовляти постйн магнти.

Для подальшого розмагнчування залза потрбно прикласти зовншн

магнтне поле, спрямоване ва протилежну сторону. Хд змни намагнчування J при зростанн напруженост цього протилежно спрямованого поле зображу

ться галуззю CDE криво

Мал. 8. Крива намагнчування залоза: залежнсть намагнчування I вд

напруженост зовншнього магнтного поле H.

Стрлки вказують напрямок процесу

{Галузь о зображу

хд намагнчування вихдного ненамагнченого матералу не повторю

ться при повторних циклах. Для того щоб знову вдтворити галузь о, необхдно привести матерал у первсний ненамагнчений стан. Для цього досить, наприклад, сильно нагрти його.}

З мал. 8 видно, що ця крива, що зображу

хд залежност намагнчування залза J вд напруженост зовншнього поле H, ма

вид петл. п

Зокрема, знаючи ?, ми можемо визначити так важлив характемалтики цього матералу, як його магнтне насичення, залишкове намагнчування коэрцитивную силу.

Мал. 9. Крив намагнчування для рзних сортв залза стал:

/ - м'яке залзо; 2 - загартована сталь; 3 Ч незагартована сталь.

На мал. 9 показана форма петл гистерезиса для рзних сортв залза стал. За формою ц㺿 петл можна вибрати матерал, що щонайкраще пдходить для т㺿 чи ншо

На вдмну вд тл парамагнтних дамагнтних для ферромагнетикв величина М = Ф/Фо не залиша

ться постйно

Важливо вдзначити, що при досягненн визначено

При температурах вище точки Кюр с феромагнтн тла стають парамагнтними. У залза точка Кюр дорвню

767

Мал. 10. Залежнсть вд Н у магнтного сплаву пермаллоя (1) в м'якого залза (2).

Перодичне перемагнчування феромагнтного зразка зв'язано з витратою енергÿ на його нагрвання. Площа петл гистерезиса пропорцйна клькост теплоти, що видля

ться в одиниця об'

му ферромагнетика за один цикл перемагнчування.

При температурах нижче точки Кюр феромагнтний зразок розбитий на мал област мимовльно

Пд час вдсутност зовншнього магнтного поле магнтн моменти доменв орúнтован в простор так, що результуючий магнтний момент розмагнченого зразка дорвню

нулю.

Намагнчування феромагнтного зразка в зовншнм магнтному пол склада

ться, по-перше, у зсув границь доменв росту розмрв тих доменв, вектори магнтних моментв яких близьк в напрямку до магнтно

Вимру громагнтного вдношення для ферромагнетикв показали, що елементарними носями магнетизму в них

спнов магнтн моменти електронв. У сучаснй квантово-механчнй теорÿ феромагнетизму пояснена природа мимовльно

Феромагнтними властивостями можуть володти кмалтали речовин, атоми яких мають не заповнен електронами внутршн оболонки, так що проекця результуючого спнового магнтного моменту на напрямок магнтного поле вдмнна вд нуля. За певних умов завдяки обмннй вза

модÿ мж електронами сусднх атомв, що ма

особливу квантово-механчну природу, виявля

ться стйким такий стан ферромагнетика, коли спини електронв всх атомв у межах одного домена орúнтован однаково. У такий спосб виника

спонтанне намагнчування доменв до насичення. При нагрванн ферромагнетика до точки Кюра тепловий рух руйну

област спонтанно

При вдсутност зовншнього магнтного поле магнтн моменти окремих доменв орúнтован хаотично компенсують один одного, тому результуючий магнтний момент ферромагнетика дорвню

нулю ферромагнетик не намагнчений. Зовншн

магнтне поле орúнту

по полю магнтн моменти не окремих атомв, як це ма

мсце у випадку парамагнетикв, цлих областей спонтанно

При ослабленн зовншнього магнтного поле до нуля ферромагнетики збергають залишкове намагничение, тому що тепловий рух не в змоз швидко дезорúнтувати магнтн моменти настльки великих творень, якими

домени. Тому спостерга

ться явище магнтного гистерезиса. Для того щоб .ферромагнетик розмагнтити, необхдно прикласти коэрцитивную силу; розмагнчуванню сприяють також струшування нагрвання ферромагнетика. Точка Кюр виявля

ться тúю температурою, вище яко

снування доменв у ферромагнетикв доведено експериментально. Прямим експериментальним методом

Подальший розвиток теорÿ феромагнетизму Френкелем Гейзенбергом, також ряд експериментальних фактв дозволили з'ясувати природу елементарних носÿв феромагнетизму. В даний час становлено, що магнтн властивост ферромагнетикв визначаються спновими магнтними моментами електронв. становлено також, що феромагнтними властивостями можуть володти тльки кмалталчн речовини, в атомах яких маються недобудован внутршн електронн оболонки з нескомпенсованими спинами. У подбних кмалталах можуть виникати сили, що змушують спнов магнтн моменти електронв орúнтуватися паралельно один одному, що приводить до виникнення областей спонтанного намагнчення. - сили, називан обмнними силами, мають квантову природу - вони обумовлен хвильовими властивостями електронв.

Тому що феромагнетизм спостерга

ться тльки в кмалталах, вони мають анзотропю, то в монокмалталлах ферромагнетикв повинна мати мсце анзотропя магнтних властивостей (

снують речовини, у яких обмнн сили викликають антипаралельну орúнтацю спнових магнтних моментв електронв. Так тла називаються антиферромагнетиками. пхн

снування теоретично було передвщено Л. Д. Ландау. Антиферромагнетиками

деяк з'

днання марганцю (Mn, Mn₂),залза (Fe, Fe₂) багатьох нших елементв. Для них також сну

антиферомагнтна точка Кюр (точка Нееля*), при якй магнтне порядкування спнових магнтних моментв порушу

ться й антиферромагнетик перетворю

ться в парамагнетик.

Останнм часом велике значення придбали напвпровдников ферромагнетики-феррити, хмчн сполуки типу Me*Fe₂O₃, де MeЧион двовалентного металу (Мn, З, Ni, Сu, Mg, Zл, Cd, Fe). Вони вдрзняються помтними феромагнтними властивостями великим питомим електричним опором (у мльярди раз бльшим, нж у металв). Феррити застосовуються для виготовлення постйних магнтв, ферритових антен, сердечникв радочастотних контурв, елементв оперативно

Властивост ферромагнетикв яксн основи природи феромагнетизму

Особливий клас магнетикв творюють речовини, у яких магнтна проникнсть у сотн тисяч разв перевищу

магнтну проникнсть звичайних матералв. - речовини одержали назва ферромагнетикв. До них вдносяться залзо, нкель, кобальт

Коли напруженсть полючи стане рвно

Дослдами Эйнштейна ДЕ Гза було доведено, що вдповдальним за магнтн властивост ферромагнетикв

власн (спнов ) магнтн моменти електронв (а не орбтальн, як у диа- парамагнетиков). Атоми елементв, що володють феромагнтними властивостями (Fe, Co, N), мають деяку особливсть. У них порушу

ться послдовнсть заповнення мсць в оболонках шарах: перш нж цлком "забуду

ться" нижня оболонка, почина

ться заповнення вище розташовано

Мал. Доменна структура ферромагнетика:

) пд час вдсутност зовншнього поля,

б) при наявност зовншнього поля

У межах кожного домена нескомпенсован спини орúнтован в одному напрямку, тобто речовина в домен знаходиться в стан магнтного насиченн володú визначеним магнтним моментом. Напрямку цих моментв для рзних доменов рзн, так що пд час вдсутност зовншнього поля сумарний момент завжди дорвню

нулю.

Сили, що змушують магнтн моменти електронв вибудовуватися паралельно один одному, називаються обмнними. пхн

пояснення в рамках класично

Для кожного ферромагнетика ма

ться визначена температура Тс, при якй област спонтанного намагничения розпадаються речовина трача

феромагнтн властивост (ста

звичайним парамагнетиком). Ця температура назива

ться крапкою Кюр.

Точки Кюр деяких речовин:

Сегнетоэлектрики
Речовина	Точка Кюр,C
Метатитанат барю	+100
Сегнетова сль	Верхняя +22,5 нижняя 15
Ферромагнетики
Залзо	+770
Железо кремнúве (4,3% Si)	+690
Кобальт	+1130
Нкель	+358
Пермаллой (22% Fe, 78% Ni)	+550
Гадолиний	+16
Магнетит Fe₃O₄	+572
Сплав Гейслера (61% Cu, 26% Mn, 13% Al)	+330

Розглянуто залежнсть магнтно

Приведен значення температури Кюр для ряду магнетикв.

Вивчення гистерезиса феромагнтних матералв

Дозволя

одержувати петлю гистерезиса феромагнтних матералв; визначати коерцетивну силу роботу перемагнчування за один цикл.

Основи теорÿ феромагнетизму.

На вдмну вд дамагнетизму парамагнетизму, що

властивостями окремих чи атомв молекул речовини, феромагнтн властивост речовини порозумваються особливостями його кмалталчно

У цьому нас перекону

ряд фактв. Насамперед на це вказу

залежнсть магнтних властивостей залза й нших феромагнтних матералв вд обробки, що змню

Феромагнтн речовини вдрзняються вд парамагнтних не тльки дуже великим значенням магнтно

У чому причина гистерезиса? Вид кривих мал. 8 9, - розходження мж ходом наростання намагнчування ферромагнетика при збльшенн поле Н и ходом його розмагнчування при зменшенн Н,- показу

, що при змн намагнчування ферромагнетика, тобто при чи збльшенн зменшенн напруженост зовншнього поле, орúнтаця дезорúнтаця елементарних магнтв не вдразу виплива

за полем, вдбува

ться з вдомим вдставанням. Докладне вивчення процесв намагнчування розмагнчування залза й нших феромагнтних речовин показало, що феромагнтн властивост речовини визначаються не магнтними властивостями окремих чи атомв молекул, що сам по соб парамагнитны, намагнчуванням цлих областей, називаних доменами,- невеликих длянок речовини, що мстять дуже велика кльксть атомв.

Вза

модя магнтних моментв окремих атомв ферромагнетика приводить до створення надзвичайно сильних внутршнх магнтних полв, що дють у межах кожно

Пд впливом зовншнього поле вдбува

ться перебудова перегрупування таких лобластей мимовльного намагнчування, у результат яко

Один з прикладв тако

При накладенн поле Н частина атомв област В, у який намагнчування перпендикулярне до поля, на границ ? з областю А, у якй намагнчування рвнобжне полю, поверта

ться, так що напрямок

При знятт (зменшенн) зовншнього поле вдбува

ться зворотний процес розпаду дезорúнтацÿ цих областей, тобто розмагнчування тла. Через велик в порвнянн з атомами розмрв лобластей мимовльного намагнчування як процес орúнтацÿ

т. е. гистерезис феромагнтних тел.

Мал. 11. Схема, що люстру

орúнтацю молекулярних магнтв у

лобластях мимовльного намагнчування А и В.

) Зовншн

магнтне поле вдсутн

;

б) пд дúю зовншнього магнтного поле Н област А и В

перебудовуються.

Ефект Баркгаузена

Баркгаузена ефект - стрибкоподбна змна намагнченост ферромагнетикв при безперервнй змн зовншнх мов, наприклад магнтного поля. При повльному намагнчуванн феромагнтного зразка у вимрювальнй котушц, надягнуто

Залежнсть намагнченост вд магнтного поля

мал.

Стрибкоподбна змна намагнченост може бути викликана не тльки полем, але ншими зовншнми впливами (наприклад, плавною змною напруг або температури), при яких вдбува

ться змна доменно

Ефект Баркгаузена - один з безпосереднх доказв доменно

За аналогúю за ефектами Баркгаузена у ферромагнетиках стрибки переполяризацÿ в сегнетоэлектриках також називаються стрибками Баркгаузена.

Технчна реалзаця ефекту Баркгаузена

Схема технчно

Схема спостереження ефекту Баркгаузена

Позначення:

1 - котушка з феромагнтним стрижнем;

2 - амперметр;

3 -

мнсть ;

4 - реостат з опором R(t);

U(t) - мпульсна напруга ;

L(t) - ндуктивнсть котушки 1.

При змн R(t) стрибкоподбно змню

ться намагнченсть феромагнтного стрижня, що стрибкоподбно змню

частоту коливань стрлки амперметра (суперпозиця частот коливань).

Застосування ефекту

Використову

ться при визначенн обсягв доменов у ферромагнетикв.

Феромагнтн матерали

Феромагнтн матерали подляються на двох груп: магнтно-м'як магнтно-тверд.

) Магнтно-м'як матерали (таблиця №1) застосовуються в якост магнитопроводв (сердечникв) у пристроях приладах, де магнтний потк постйний (полюсн башмаки сердечники вимрювального механзму) або перемнний (наприклад, магнитопровд трансформатора). Вони мають низьке значення коерцитивной сили Hc (нижче 40А/м), високою магнтною проникнстю малими тратами вд гистерезиса. До ц㺿 групи матералв вдносяться : технчне залзо низкоуглеродистые стали, листов електротехнчн стал, железоникелевые сплави з високою проникнстю (пермаллои) оксидн ферромагнетики - феррити й оксифери.

Технчне залзо з змстом вуглецю до 0,04%, вуглеродн стал чавун широко застосовуються для магнитопроводв, що працюють в мовах постйних магнтних полв. Технчне залзо ма

високу ндукцю насичення (до 2,2 Тл), високою магнтною проникнстю низкою коерцитивной силою.

Електротехнчн стал - це сплави залза з кремнúм (1-4%). Шляхом змни змсту кремню застосуванням рзних технологчних прийомв виходять стал з широким дапазоном магнтних властивостей. Кремнй полпшу

властивост технчного залза: збльшуються початково

Стал, з низьким змстом кремню, мають низьку магнтну проникнсть, велику ндукцю насичення великих питомих втрат, вони застосовуються в становках приладах ланцюгв постйного струму або перемнного струму низько

Розглянемо деяк види магнто-м'яких матералв, що найбльше часто застосовуються в промисловост.

Пермаллои - це сплави рзного процентного вмсту залза нкелю, деяк з них, крм того, молбдену, хрому, кремню, алюмню. Пермаллои мають високу магнтну проникнсть, у 10-15 разв бльшу, нж у листово

У пермаллов з прямокутною петлею гистерезиса (мал. 6) ступнь прямокутности петл характеризу

ться вдношенням залишково

Магнтн властивост пермаллов у сильному ступен залежать вд технологÿ

У таблиц приведен дан про магнтн властивост деяких магнто-м'яких матералах. Так матерали намагнчуються у вдносно слабких магнтних полях мають висок значення початково

Магнтн властивост деяких магнто-м'яких матералв

Ферромагнетик	В_max Tл	_н	_max	Н_с /м	Властивост
льсифер	1,1	2	117	1,8	Вдрзня ться механчною твердстю крихкстю. Володú мало Питомий ел. опр 0,6 мком·м. Йде на виготовлення магнитопро-д, корпусв приладв.
Пермаллои високо - нкелев	0,70-0,75	14-5	6-3	0,8-4,8	Сплав, що володú високою магнтною проникнстю невеликою коер-ою силою. Застосову ться для виготовлення сердечникв слабкострумових транс-в звукового дапазону, дроселв т.д.
Електротехнчна сталь	2	200-600	3-8	9,6-64,0	Сталь електротехнчна (тран-а) використову ться для виготовлення сердечникв транс-ов, дроселв, эл. машин т.д.
Ферриты нкель-цинков марганець-цинков	0,18-0,40	100-6	3-1	8-120
Залзо (технчно чисте, хв. у домшок)	2,16	250	7	64
Магнитопроводы ГАММАМЕТ^о41А	1,12		600	1,2	Область застосування: магнтн пдсилювач, мпульсн трансформатори, дросел насичення, магнтн ключ. Температура Кюр 610 Щльнсть: 7400 кг/м3 Питоме электросопротивление: 1,2Х10-6 ОмХм

б) Магнтно-тверд матерали (таблиця №2) призначен для виготовлення постйних магнтв слякого призначення. - матерали характеризуються великий коерцитивною силою великою залишковою ндукцúю.

До магнтно-твердих матералв вдносяться : вуглеродн, вольфрамов, хромист кобальтов стал;

До магнтно-твердих матералв, що володють кращими магнтними властивостям, вдносяться сплави: альни, альниси, альнико й н. Вони характеризуються коэрцитивной силою Hc =20 *60 А/м залишковою ндукцúю Br=0,4*0,7 Тл.

Магнтн властивост деяких магнто-твердих матералв

У таблиц приведен основн дан про магнтн властивост деяких магнто-твердих матералв. - матерали намагнчуються в порвняно сильних магнтних полях мають велик значення коерцитивно

Ферромагнетик	Н_с, /м	В_r, Tл	ω_max, Дж/м³	Властивост
льни-3	4	0,5	7200	Сплави мають велик значення коэрцитивной сили залишковою ндукцúю. Щльнсть 6900 кг/м3 (альни) 7100 кг/м3 (альнико). Застосовуються для виготовлення литих постйних магнтв.
льнико-15	48	0,75	12
льнико-18	52	0,90	19400
Магнико	4	1,23	32250	Высококоерцитивний сплав, щльнстю 7кг/м3. Сплав використову ться для виготовлення постйних магнтв. Магнти з магнико при рвномрнй магнтнй енергÿ в 4 рази легше магнтв з сплаву альни.

Експериментальне вивчення властивостей ферромагнетикв.

Великий внесок в експериментальне вивчення властивостей ферромагнетиков внс А. Г. Столетов. Запропонований ним експериментальний метод полягав у вимр магнтного потоку Фm у феромагнтних кльцях за допомогою балстичного гальванометра.

Тород, первинна обмотка якого складалася з N1 виткв, мав сердечник з дослджуваного матералу (наприклад, вдпаленого залза). Вторинна обмотка з N2 виткв була замкнута на балстичний гальванометр G (мал. А). Обмотка N1 включалася в ланцюг акумуляторно

При змн напрямку струму в обмотц N1 на протилежне, у ланцюз обмотц N2 виникав короткочасний ндукцйний струм через балстичний гальванометр проходив електричний заряд q , що дорвню

вдношенню зятого з зворотним знаком змни потокосцепления вторинно

Якщо сердечник тонкий, площа поперечного перерза дорвню

S, то магнтна ндукця полюя в сердечнику

Напруженсть магнтного поля в сердечнику обчислю

ться по наступнй формул

де Lср - середня ня сердечника. Знаючи B H можна знайти намагнченсть.

Розглянемо ще один спосб експериментального вивчення властивостей ферромагнетиков (на наш погляд один з найбльш наочних).

Даний метод аналогчний попереднй, але вдмннсть поляга

в тому, що в мсце гальванометра застосову

ться електронний осциллограф. За допомогою осциллографа Осц (див. нижче схему) ми одержу

мо наочне пдтвердження явища магнтного гистерезиса, спостергаючи петлю на екран приладу.

Розглянемо пристрй експериментально

Осц

Rр

Эо

Тмб

D

U_ВХ

Напруга знма

ться з потенцометра Rр пропорцйно намагнчу

струм

, отже, напруженост поля в експериментальному зразку Эо. Дал, сигнал, що знма

ться з реостата Rр, пода

ться на вхд (Х), тобто на пластини горизонтального вдхилення осциллографа.

З входу нтегруючого ланцюжка (пунктирний прямокутник на схем) знма

ться напруга Uc, що пропорцйно швидкост змни магнтно

Ферромагнетики без металв?

Вдомо, що магнтними властивостями володú так названа трада залзо - кобальт - нкель, ще деяк метали сплави. Властивсть феромагнетизму, власне, одержало назву вд залза, що очолю

цю групу. Однак у металв стотний недолк : вони важк !

хто б вдмовився вд магнтних матералв легше? Стабльн при звичайнй кмнатнй температур магнтн властивост, що збергають, невиразно довгий час, вони могли б знайти широкий спектр застосування: вд створення "невагомих" електромоторв до розробки нових методв збереження нформацÿ.

За останн роки експериментатори не раз виявляли слабк феромагнтн властивост в органчних полмерв. Звичайно, для практичного застосування в якост "магнтв" так з'

днання не годили , однак, як говориться, слд був зятий...

от у 1991 роц дв групи вчених практично одночасно (з нтервалом у якусь пару мсяцв) обнародували отриман ними цкав результати.

Хмкам Токйського нверситету на чол з Мноров Киносита вдалося синтезувати феромагнтну органчна сполука тльки з легких елементв! У його склад входять вуглець, водень, азот кисень. Це органчний кристал, за структурою стосовний до гетероциклическим з'

днань. Виразна назва "паранитрофенилнитронилнироксид", на щастя, у побутовому хмчному побут скорочують до скромного символу p-NPNN. На думку Кунио Авага, одного з творцв ново

Хмчна формула ферромагнетика без металу. Вдзначено непарн електрони, вза

модя яких дода

речовин магнтн властивост (зв'язок N-0).

ле... завжди

сво

"але". По-перше, магнтн властивост p-NPNN виявляються при температур нижче 0,65 ДО (кмнатного ? не назвеш). По-друге, його феромагнетизм се-таки слабкий. Розроблювач кажуть:

створити сильний магнт тльки з органчного матералу, без включення металв, "у принцип досить складно".

Група хмкв з США, очолювана Джоэлем Мллером, синтезувала органометаллический ферромагнетик на основ ванадю й органчно

Проте перш кроки по шляху до органчного магнту зроблен.

в цьому напрямку поспшно кинулися багато хмчних лабораторй...

Висновки

Останнм часом у зв'язку з мкромнатюризацúю радоелектронно

Доменна структура таких тонких ферритових плвок дуже специфчна. Характер доменв границь мж ними стотно залежить вд товщини плвки. При малй товщин через те, що фактор, що розмагнчу

, у площин плвки на багато порядкв менше, нж у напрямку нормал до не

Додаток зовншнього магнтного поле, спрямованого перпендикулярно площини плвки з смуговими доменами, приводить до змни розмрв форми доменв. При збльшенн поле вдбува

ться зменшення довжини смугових доменв, потм найменший домен перетворю

ться в цилндричний. У деякому нтервал значень зовншнього магнтного поле в плвц можуть снувати як смугов домени, так ЦДМ. Подальше збльшення поле приводить до того, що ЦДМ зменшу

ться в даметр, оставшиеся смугов домени перетворюються в цилндричн. ЦДМ можуть зникнути (коллапсировать) при досягненн деякого значення поле, таким чином, ся плвка намагнтиться однородно. перше ЦДМ спостергалися в плвках ортоферритов - речовинах, що мають хмчну формулу

Rfe₃, де R- рдкоземельный елемент.

ЦДМ можуть викомалтовуватися для створення запам'ятовуючих логчних пмалтро

Список використано

родв И.Е. Електромагнетизм. Основн закони

М. ; Лабораторя базових знань, 2

2. Павлов П.В., Чубв А.Ф. Фзика твердого тла

М. - Вища школа, 2

3. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Довдник по фзиц

М. Цнаука.Физматлит, 1996

4. Елементарний пдручник фзики пд ред. Ландсберга Г.С. Електрика магнетизм

М. - Наука, 1975а

5. Трофимова Т.И. Курс фзики

М. - Вища школа, 1

Blog

Читайте данную работу прямо на сайте или скачайте

Ферромагнетики

Дамагнтн

Осц

Эо

Тмб

D