Ферромагнетики и их свойства. Явление гистерезиса

Ферромагнетиками называют вещества, обладающие спонтанной намагниченностью, сохраняющейся даже при отсутствии внешнего поля, и имеющие высокие значения магнитной проницаемости.

Магнитная проницаемость ферромагнетиков по порядку величины лежит в пределах 10²–10⁵. Например, у стали μ ≈ 8000, у сплава железа с никелем магнитная проницаемость достигает значений 250000.

К группе ферромагнетиков относятся четыре химических элемента: железо, никель, кобальт, гадолиний. Из них наибольшей магнитной проницаемостью обладает железо. Поэтому вся эта группа получила название ферромагнетиков. Ферромагнетиками могут быть различные сплавы, содержащие ферромагнитные элементы. Широкое применение в технике получили керамические ферромагнитные материалы – ферриты.

Для каждого ферромагнетика существует определенная температура (так называемая температура или точка Кюри), выше которой ферромагнитные свойства исчезают, и вещество становится парамагнетиком. У железа, например, температура Кюри равна 770 °C, у кобальта - 1130 °C, у никеля - 360 °C.

Ферромагнитные материалы делятся на две большие группы – на магнитомягкие и магнитожесткие материалы. Магнитомягкие ферромагнитные материалы почти полностью размагничиваются, когда внешнее магнитное поле становится равным нулю (чистое железо, электротехническая сталь). Эти материалы применяются в приборах переменного тока, в которых происходит непрерывное перемагничивание (трансформаторах, электродвигателях и т. п.). Магнитожесткие материалы сохраняют свою намагниченность после удаления их из магнитного поля, их используют для изготовления постоянных магнитов.

- намагни­чен­ность насыщения;

- остаточная намагниченность

- коэрцитивная сила.

Для того чтобы размагнитить ферромагнетик, недостаточно просто выключить внешнее поле – образец при этом останется намагниченным. Недостаточно и приложить обратное по­ле – образец размагнитится, но при попытке вынуть его из поля он на­ма­г­ни­тится вновь. Для размагничивания образца его помещают в катушку с переменным током, плавно уменьшая его амплитуду и переходя к более узким петлям гистерезиса.

У магнитомягких материалов значения коэрцитивной силы невелико (= 1…2 А/см) – петля гистерезиса таких материалов достаточно «узкая». Материалы с большим значением коэрцитивной силы, то есть имеющие «широкую» петлю гистерезиса, относятся к магнитожестким (= 10²…10³ А/см).

Рис. 5. Намагничивание ферромагнитного образца. (1) B ₀ = 0; (2) B ₀ = B ₀₁; (3) B ₀ = B ₀₂ > B ₀₁.

Ферромагнетизм невозможно объяснить, рассматривая отдельные атомы ферромагнетиков, которые сами по себе обладают парамагнитными свойствами. В ферромагнетиках существуют макроскопические (размером 10^-4 – 10^-5 м) области спонтанной намагниченности – домены. В пределах каждого домена спиновые магнитные моменты атомов ориентированы параллельно друг другу, и все вместе создают магнитное поле, во много раз превышающее поле одного атома.

Дата добавления: 2014-01-06