Ферромагнитные вещества и их намагничивание

Вещества, обладающие большой магнитной проницаемостью и способные усиливать внешнее магнитное поле называются ферромагнетиками. К ним относятся: сталь, железо, никель, кобальт, их сплавы и др. В ферромагнетиках имеются группы молекул с самопроизвольным намагничиванием, называемые доменами.

Если материал ни разу не подвергался намагничиванию, то расположение магнитных полей доменов является беспорядочным, и результирующее магнитное поле в ферромагнетике будет отсутствовать. Если ферромагнетик внести в магнитное поле, то под действием сил этого поля домены расположатся так, что их поля совпадут с направлением внешнего поля, в результате чего внутри образца за счет магнитных полей доменов поле усилится и образец намагнитится.

Процесс, в результате которого ферромагнетик приобретает магнитные свойства, называется намагничиванием.

Рассмотрим кривую намагничивания, т.е. зависимость магнитной индукции. В ферромагнетика от напряженности поля Н:

С увеличением напряженности магнитная индукция сначала быстро возрастает почти пропорционально Н (участок ОА). На участке АС рост магнитной индукции замедляется, так как сокращается количество доменов, еще не

выстроившихся вдоль поля. На участке СД наступает магнитное насыщение, когда магнитная индукция перестает зависеть от напряженности магнитного поля.

Явление магнитного насыщения объясняется отсутствием возможности дальнейшего поворота магнитных полей доменов

в сторону внешнего поля. Таким образом, ферромагнетик можно намагничивать только до определенного состояния.

Очень большое значение имеет процесс перемагничивания, при котором ферромагнитный материал находится в переменном магнитном поле, а, следовательно, направление намагничивающего поля в нем периодически изменяется.

С увеличением напряженности магнитного поля магнитная индукция в ферромагнетике увеличивается (участок ОС). При уменьшении напряженности поля ферромагнетик размагничивается, и его индукция уменьшается по кривой СД.

Все ферромагнитные материалы стремятся сохранить возбужденное магнитное состояние, поэтому кривая их размагничивания лежит выше кривой первоначального намагничивания. Явления запаздывания размагничивания ферромагнетика по сравнению с уменьшением напряженности поля называют магнитным гистерезисом.

Когда Н = 0 магнитная индукция сохраняет некоторую величину, называемую остаточной индукцией (участок ОД). Остаточный магнетизм объясняется тем, что часть магнитных полей доменов сохраняет направление, приобретенное при намагничивании.

Если изменить направление магнитного поля, то ферромагнетик вначале размагнитится (участок ДЕ), а затем перемагнитится до насыщения (участок ЕF). Кривая размагничивания FК не совпадает с кривой FЕ из-за гистерезиса. При вторичном изменении направления поля Н магнитная индукция ферромагнетика изменится по кривой КLС.

Рассмотренный цикл перемагничивания ферромагнетика называют гистерезисным циклом (петлей гистерезиса).

Перемагничивания ферромагнитных материалов сопровождается их нагревом, а, следовательно, потерей некоторой энергии. Количество энергии, теряемой в ферромагнетике за полный цикл перемагничивания, пропорционально площади петли гистерезиса. Все ферромагнитные материалы разделяются на:

1. Магнитно-мягкие ─ (электротехническая сталь, чугун, пермаллой, ферриты и т.д.) обладают малой остаточной индукцией, малыми удельными потерями (узкая петля гистерезиса). Они имеют незначительные потери энергии на перемагничивание, что удобно для применения их в машинах и приборах переменного тока;

2. Магнитно-твердые ─ (закаленные стали, сплавы с различным содержанием железа, никеля, алюминия, кремния, кобальта: альнико, альниси, магнико), обладающие большой остаточной индукцией (широкая петля гистерезиса). Используются для изготовления постоянных магнитов.