Įmagnetinimas ir magnetinės medžiagos

Magnetinių savybių turinčios medžiagos buvimas pasireiškia magnetinio lauko parametrų pasikeitimu, palyginti su lauku nemagnetinėje erdvėje. Mikroskopiniame vaizde vykstantys fiziniai procesai yra susiję su mikrosrovių, kurių tūrio tankis vadinamas įmagnetinimo vektoriumi, atsiradimu medžiagoje, veikiant magnetiniam laukui magnetinių momentų.

Medžiagos įmagnetinimo išvaizda, kai ją įdedate į vidų magnetinis laukas paaiškinama laipsniško pirmenybinės orientacijos magnetinių momentų, cirkuliuojančių jame mikrosrovių lauko kryptimi, procesu. Didžiulis indėlis į mikrosrovių susidarymą medžiagoje yra elektronų judėjimas: su atomais susijusių elektronų sukimasis ir judėjimas orbitoje, sukimasis ir laisvas laidumo elektronų judėjimas.

Pagal savo magnetines savybes visos medžiagos skirstomos į paramagnetus, diamagnetus, feromagnetus, antiferomagnetus ir feritus... Medžiagos priklausymą vienai ar kitai klasei lemia elektronų magnetinių momentų reakcijos į magnetinį pobūdis. laukas stiprios elektronų tarpusavio sąveikos sąlygomis daugiaelektroniniuose atomuose ir kristalų struktūrose.

Diamagnetai ir paramagnetai yra silpnai magnetinės medžiagos. Daug stipresnis įmagnetinimo efektas pastebimas feromagnetuose.

Tokių medžiagų magnetinis jautrumas (absoliučių įmagnetinimo ir lauko stiprumo vektorių verčių santykis) yra teigiamas ir gali siekti kelias dešimtis tūkstančių. Feromagnetuose susidaro spontaniško vienakrypčio įmagnetinimo sritys – domenai.

Feromagnetizmas pastebėta pereinamųjų metalų kristaluose: geležyje, kobalte, nikelyje ir daugelyje lydinių.

Kai taikomas didėjančio stiprumo išorinis magnetinis laukas, savaiminio įmagnetinimo vektoriai, iš pradžių skirtingai orientuoti skirtingose ​​srityse, palaipsniui susilygina ta pačia kryptimi. Šis procesas vadinamas techniniu įmagnetinimu... Jam būdinga pradinė įmagnetinimo kreivė – indukcijos arba įmagnetinimo priklausomybė nuo susidariusio magnetinio lauko stiprumo medžiagoje.

Esant santykinai mažam lauko stipriui (I skyrius), sparčiai didėja įmagnetinimas, daugiausia dėl to, kad didėja domenų dydis, kurio įmagnetinimo orientacija yra teigiama lauko stiprumo vektorių krypčių pusrutulyje. Tuo pačiu metu neigiamo pusrutulio domenų dydžiai proporcingai mažinami.Mažesniu mastu keičiasi šių sričių matmenys, kurių įmagnetinimas orientuotas arčiau plokštumos, statmenos intensyvumo vektoriui.

Toliau didėjant intensyvumui, vyrauja domeno įmagnetinimo vektorių sukimosi procesai išilgai lauko (II skyrius), kol pasiekiamas techninis prisotinimas (taškas S). Vėlesniam susidariusio įmagnetinimo padidėjimui ir vienodai visų lauko sričių orientacijai pasiekti trukdo elektronų terminis judėjimas. III regionas savo pobūdžiu panašus į paramagnetinius procesus, kur įmagnetinimo padidėjimas atsiranda dėl kelių sukimosi magnetinių momentų, dezorientuotų terminio judėjimo, orientacijos Didėjant temperatūrai, dezorientuojantis terminis judėjimas didėja, o medžiagos įmagnetinimas mažėja.

Tam tikrai feromagnetinei medžiagai yra tam tikra temperatūra, kuriai esant išnyksta domeno struktūros feromagnetinė tvarka ir įmagnetinimas. Medžiaga tampa paramagnetine. Ši temperatūra vadinama Curie tašku. Geležies Curie taškas atitinka 790 ° C, nikelio - 340 ° C, kobalto - 1150 ° C.

Sumažinus temperatūrą žemiau Curie taško, vėl atkuriamos medžiagos magnetinės savybės: domeno struktūra su nuliniu tinklo įmagnetinimu, jei nėra išorinio magnetinio lauko. Todėl šildymo gaminiai, pagaminti iš feromagnetinių medžiagų, viršijančių Curie tašką, yra naudojami visiškai juos išmagnetinti.

Pradinė įmagnetinimo kreivė

Feromagnetinių medžiagų įmagnetinimo procesai skirstomi į grįžtamuosius ir negrįžtamuosius, susijusius su magnetinio lauko pasikeitimu.Jei pašalinus išorinio lauko trikdžius medžiagos įmagnetinimas grįžta į pradinę būseną, tai šis procesas yra grįžtamas, kitu atveju – negrįžtamas.

Grįžtamieji pokyčiai stebimi mažame pradiniame I pjūvio įmagnetinimo kreivės segmente (Rayleigh zonoje) esant nedideliems domeno sienelių poslinkiams ir II, III srityse, kai įmagnetinimo vektoriai srityse sukasi. Pagrindinėje I skyriaus dalyje nagrinėjamas negrįžtamas įmagnetinimo apsisukimo procesas, kuris daugiausia lemia feromagnetinių medžiagų histerezės savybes (įmagnetinimo pokyčių atsilikimą nuo magnetinio lauko pokyčių).

Histerezės kilpa vadinama kreivėmis, atspindinčiomis feromagneto įmagnetinimo pokyčius veikiant cikliškai besikeičiančiam išoriniam magnetiniam laukui.

Bandant magnetines medžiagas, magnetinio lauko parametrų B (H) arba M (H) funkcijoms konstruojamos histerezės kilpos, kurios turi gautų parametrų reikšmę medžiagos viduje projekcijoje fiksuota kryptimi. Jei medžiaga anksčiau buvo visiškai išmagnetinta, tada laipsniškas magnetinio lauko stiprumo padidėjimas nuo nulio iki Hs suteikia daug taškų iš pradinės įmagnetinimo kreivės (0-1 skyrius).

1 taškas – techninio prisotinimo taškas (Bs, Hs). Vėlesnis jėgos H sumažinimas medžiagos viduje iki nulio (1-2 skyrius) leidžia nustatyti ribinę (didžiausią) liekamojo įmagnetinimo Br vertę ir toliau sumažinti neigiamą lauko stiprumą, kad būtų pasiektas visiškas išmagnetinimas B = 0 ( skyrius 2-3) taške H = -HcV – didžiausia koercinė jėga įmagnetinimo metu.

Be to, medžiaga įmagnetinama neigiama kryptimi iki prisotinimo (3-4 skyrius), kai H = – Hs. Lauko stiprumo pokytis teigiama kryptimi uždaro ribinę histerezės kilpą išilgai 4-5-6-1 kreivės.

Daugelį medžiagų būsenų histerezės ribiniame cikle galima pasiekti pakeitus magnetinio lauko stiprumą, atitinkantį dalinius simetrinius ir asimetrinius histerezės ciklus.

Magnetinė histerezė: 1 — pradinė įmagnetinimo kreivė; 2 — histerezės ribinis ciklas; 3 — pagrindinio įmagnetinimo kreivė; 4 — simetriniai daliniai ciklai; 5 — asimetrinės dalinės kilpos

Iš dalies simetriški histerezės ciklai savo viršūnes remia į pagrindinę įmagnetinimo kreivę, kuri apibrėžiama kaip šių ciklų viršūnių rinkinys, kol jos sutampa su ribiniu ciklu.

Dalinės asimetrinės histerezės kilpos susidaro, jei pradžios taškas nėra pagrindinėje įmagnetinimo kreivėje su simetrišku lauko stiprumo pokyčiu, taip pat su asimetriniu lauko stiprumo pokyčiu teigiama arba neigiama kryptimi.

Priklausomai nuo priverstinės jėgos verčių, feromagnetinės medžiagos skirstomos į magnetiškai minkštas ir magnetiškai kietąsias.

Minkštos magnetinės medžiagos naudojamos magnetinėse sistemose kaip magnetinės šerdys... Šios medžiagos turi mažą koercinę jėgą, didelę magnetinis pralaidumas ir soties indukcija.

Kietos magnetinės medžiagos turi didelę priverstinę jėgą ir iš anksto įmagnetintos yra naudojamos kaip nuolatiniai magnetai — pirminiai magnetinio lauko šaltiniai.

Yra medžiagų, kurioms pagal magnetines savybes priklauso antiferomagnetai... Energetiškai joms palankesnis pasirodo kaimyninių atomų sukinių antilygiagretus išsidėstymas. Sukurti antiferomagnetai, turintys reikšmingą vidinį magnetinį momentą dėl kristalinės gardelės asimetrijos... Tokios medžiagos vadinamos ferimagnetais (feritais)... Skirtingai nei metalinės feromagnetinės medžiagos, feritai yra puslaidininkiai ir turi žymiai mažesnius energijos nuostolius. sūkurinės srovės kintamuose magnetiniuose laukuose.

Įvairių feromagnetinių medžiagų įmagnetinimo kreivės