Ферромагнетики. Особенности свойств ферромагнетиков. Магнитный гистерезис. Природа ферромагнетизма. Точка Кюри.

Ферромагнетики - вещества, способные намагничиваться весьма сильно

Зависимость В от . Сначала индукция результирующего поля растет довольно быстро от напряженности внешнего магнитного поля , а затем, после перегиба, увеличивается линейно только за счет магнитного поля тока, ибо процесс намагничивания ферромагнетика закончился. Это состояние вещества Столетов назвал магнитным насыщением. Такой характер зависимости можно объяснить следующим образом: сначала под действием поля заметно возрастает степень ориентации магнитных моментов по полю, однако постепенно степень ориентации становится все меньше, пока не заканчивается вовсе.

график зависимости магнитной проницаемости μ от напряженности внешнего поля

Вначале μ растет с увеличением Н, затем, достигая максимума, начинает уменьшаться, стремясь в случае сильных полей к 1 ( ) = 1 + J/H, поэтому при J = Jнас = const с ростом Н отношение J/H →0, μ→1).

Характерная особенность ферромагнетиков состоит также в том, что для них зависимость J от H (а следовательно, и В от Н) определяется предысторией намагничения ферромагнетика. Это явление получило название магнитного гистерезиса.

Природа ферромагнетизма

Первая попытка объяснения главной особенности ферромагнетиков - способности сильно намагничиваться принадлежит русскому ученому Розингу, коротый предложил, что даже в ненамагниченном ферромагнетике действуют силы, которые вызывают намагничение отдельных участков образца.

Основы теории ферромагнетизма были созданы Френкелем и Гейзенбергом.

В ферромагнетике возникают области самопроизвольного намагничивания до состояния насыщения, которые называются доменами. Домены - это отдельные микроскопические области кристалла, имеющие размеры от до (1-10 мкм.) и содержащие до ионов, в которых спины расположены параллельно друг другу (намагничены до насыщения).

В пределах каждого домена ферромагнетик обладает определенным магнитным моментом. Направления этих моментов для разных доменов различны, так что в отсутствие внешнего поля суммарный момент всего тела равен нулю.

При включении внешнего поля энергия отдельных доменов делается неодинаковой: энергия меньше для тех доменов, в которых вектор намагничивания образует с направлением поля острый угол, и больше в том случае если этот угол тупой Поэтому возникает процесс смещения границ доменов, при котором объем доменов с меньшей энергией возрастает, а с большей энергией уменьшается. Те домены, у которых вектор J составляет малый угол с вектором внешнего магнитного поля начинают поглощать другие домены, вызывая при этом их смещение и поворот.

В конце концов при некотором значении индукции мы получаем как бы один домен с вектором магнитного

момента еще не параллельным полю.

Если поле увеличивается еще больше, то возникает новый тип процесса намагничивания, при котором изменяется направление магнитного момента внутри домена.

Наконец в очень сильном поле магнитные моменты всех доменов устанавливаются параллельно полю. В этом состоянии ферромагнетик имеет наибольший при данной температуре магнитный момент, т.е. намагничен до

насыщения.

Для каждого ферромагнетика имеется определенная температура Тс , при которой области спонтанного намагничения распадаются и вещество утрачивает ферромагнитные свойства. Эта температура называется температурой Кюри (точкой Кюри). Для железа она равна 768 С, для никеля 365 °С. При температуре выше точки Кюри ферромагнетик становится обычным парамагнетиком

Существуют особые ферромагнитные материалы (ферриты или ферримагнетики) отличающиеся тем, что они обладают высокой магнитной восприимчивостью и проницаемостью (ц. доходит до 20000), малой коэрцитивной силой, малыми потерями на перемагничивание и очень большим удельным электросопротивлением (до 1014 Ом-м), благодаря чему они получили широкое применение в радиотехнике (потери на токи Фуко в ферритах, находящихся в высокочастотных электромагнитных полях, очень малы).

Ферритовые сердечники применяются в электронно-счетных машинах, радиолокационных, телефонных, электроакустических и прочих аппаратурах.