Петля гистерезиса

Кривая намагничивания.

Намагниченность слабомагнитных веществ (пара и диамагнетики) изменяется с напряженностью поля линейно (рис.24.6). Намагниченность ферромагнетиков зависит от сложным образом. Кроме нелинейности характерно также наличие насыщения.

Проведем эксперимент. Пусть имеется соленоид с сердечником из ферромагнетика (рис.24.7).

	Будет пропускать по обмотке соленоида постепенно увеличивающийся постоянный ток, начиная с нуля. Напряженность магнитного поля . Одновременно с напряженностью будем регистрировать магнитную индукцию в сердечнике (рис.24.8). Основная кривая намагничивания 0-1. Магнитная индукция .
Рис. 24.6	Рис. 24.7

При достижении насыщения , продолжает расти с ростом по линейному закону. С т.1 будем уменьшать ток, соответственно будет и уменьшаться напряженность магнитного поля , но индукция следует не по первоначальной кривой 1-0, а изменяется в соответствии с кривой 1-2.

В результате, когда напряженность внешнего поля станет равной нулю, намагниченность не исчезает и характеризуется величиной , которая называется остаточной индукцией. Магнитная индукция обращается в ноль лишь при перемене тока в соленоиде на противоположное направление. (Соответственно меняется на противоположное и направление ). Напряженность, при которой обращается в ноль, называется коэрцитивной силой и обозначается .

Рис. 24.8

При дальнейшем увеличении тока противоположно первоначальному направлению (и, соответственно увеличении ), попадаем в точку 4, затем, уменьшая ток (и ) попадаем т. 5, сменив направление тока и на первоначальное, снова попадаем в т. 1. Вся фигура называется петлей гистерезиса (греч. «запаздывание»). Смысл названия в том что, например, при уменьшении напряженности из т. 1 не попадает в т. 0, лишь с «запаздыванием» (за счет обратного поля ) обращается в нуль.

Существование остаточной намагниченности дает возможность изготовления постоянных магнитов, то есть тел, которые без затрат энергии на поддержание макротоков обладают магнитным моментом и создают в окружающем пространстве магнитное поле.

Гистерезис приводит к тому, что намагниченность ферромагнетика не является однозначной функцией ; она в сильной мере зависит от предыстории образца.

Магнитные свойства ферромагнетиков обусловлены собственными (спиновыми) магнитными моментами электронов.

При определенных условиях в кристаллах могут возникать силы, которые заставляют магнитные моменты электронов выстраиваться параллельно друг другу. В результате возникают области спонтанного (самопроизвольного) намагничивания, которые называются доменами.

Для каждого ферромагнетика имеется определенная температура , при которой области спонтанной намагниченности распадаются и вещество утрачивает ферромагнитные свойства. Эта температура называется точкой Кюри () (для железа , а для никеля ).

Диамагнетики. Диамагнетики состоят из атомов, в которых орбитальные магнитные моменты электронов скомпенсированы. Поэтому магнитные моменты атомов равны нулю. Для анализа механизма диамагнитного эффекта используем модель атома гелия.

Вокруг ядра обращаются два электрона. Опыт показывает, что атом гелия не имеет магнитного момента. Это можно объяснить тем, что оба электрона обращаются вокруг ядра с одинаковой скоростью по одинаковым орбитам, но в противоположных направлениях (рис.24.9). Тогда их орбитальные магнитные моменты будут равны по величине, но противоположны по направлению и суммарный магнитный момент оказывается равен нулю. Поместим атом гелия в магнитное поле.

Рис. 24.9

Для простоты положим, что вектор индукции перпендикулярен плоскости орбиты электрона. В этом случае на электрон действует две силы – кулоновская сила притяжения к ядру и сила Лоренца. Их равнодействующая сообщает электрону центростремительное ускорение. Для 1-го электрона:

Для 2-го электрона: (*)

	В этих уравнениях полагаем, что под действием магнитного поля меняется только скорость движения электрона, но не радиус орбиты. Из полученной системы уравнений следует,что под действием магнитного поля скорость движения 1-го электрона уменьшилась, а 2-го –возрастает. Соответственно изменяются и магнитные моменты: возрастает, а уменьшается (рис.24.10).
Рис. 24.10

Таким образом, под действием внешнего магнитного поля у атома индуцированным микротоком -наводится (индуцируется) магнитный момент:.

Индуцированный магнитный момент направлен противоположно вектору индукции внешнего поля.

Так как индуцированный микроток наводится внешним полем, то, согласно правилу Ленца, у атома появляется составляющая магнитного поля, направленная противоположно внешнему полю. Результирующее магнитное поле в диамагнетике уменьшается магнитная восприимчивость для диамагнетика величина отрицательная.

Дата добавления: 2014-01-04