Физические процессы в магнитных материалах. Процесс старение магнитных материалов

РАЗДЕЛ IV

Магнитные материалы

Тема 11

Физические процессы в магнитных материалах

Основные обозначения

f -  частота поля

W – энергия поля, энергия плоского конденсатора, энергия тороидной катушки

w – плотность энергии

U – напряжение, напряжение индукции

H – напряженность поля

F – магнитодвижущая сила

B – магнитная индукция

m - относительная магнитная проницаемость

m_a – абсолютная магнитная проницаемость

L – индуктивность, индуктивность тороидальной катушки

M – магнитный момент

J_m - намагниченность

c - магнитная восприимчивость

T - температура

m₀ – магнитная постоянная

Ф – магнитный поток

N – число витков пробной катушки

A – площадь поперечного сечения

V – объем однородного магнитного поля

Bs – индукция насыщения

t – продолжительность действия магнитного поля

i – путь, пройденный зарядом

Q – заряд

Br - магнитная индукция при нулевой напряженности поля

Hc – коэрцитивная сила

mrH – начальная магнитная проницаемость

mra – амплитудная относительная магнитная проницаемость

mr диф – дифференциальная относительная магнитная проницаемость

ħ=h/2p – элементарный квант

mr - комплексная относительная магнитная проницаемость

_½mr_½- модуль комплексной относительной магнитной проницаемости

tgd - тангенс угла магнитных потерь

P_m - удельные магнитные потери

P_m - магнитные потери

m - масса материала

P_B - механический момент количества движения

r₁ - радиус первой квантовой орбиты

m_B - магнитон Бора

P_ms - спиновый момент электрона

J_Mo - намагниченность насыщения при температуре абсолютного нуля

a_o - постоянная, зависящая от природы материала

Э - энергия объёмного взаимодействия

P_T - активная мощность, выделяющаяся в ферромагнетике при его перемагничевании

x - коэффициент, пропорциональный удельной проводимости вещества

d - плотность материала

d - угол магнитных потерь

11. Физические процессы в магнитных материалах

11.1.  Механизм магнетизма

Магнитные свойства различных материалов объясняются доменной структурой атомов и молекул, которая обуславливает самопроизвольное (спонтанное) намагничивание вещества без приложения внешнего магнитного поля.

Домены (магнитные домены) – это области размерами 10^-3…10¹ мм³, обладающие неравным нулю магнитным моментом.

Современная теория ферромагнетизма считает основной причиной магнитных свойств материалов – внутренние скрытые формы движения электрических зарядов, представляющие собой элементарные круговые токи. Такими круговыми токами являются вращение электронов вокруг собственных осей – электронные спины, (собственный механический момент электрона называется спином электрона). Так как электрон обладает зарядом, наличие спина приводит к появлению магнитного дипольного момента.

Атом представляет собой сложную магнитную систему, магнитный момент которой является результирующей всех моментов электронов, протонов и нейтронов.

Вращательное движение электронов вокруг ядер атомов аналогично действию некоторого контура электрического тока, который и создает магнитное поле. Поле магнитного диполя с магнитным моментом определяется произведением тока и площади контура, который ток обтекает. Магнитный момент является векторной величиной и направлен от южного полюса к северному. Такой магнитный момент называется орбитальным.

Так как магнитные моменты протонов и нейтронов существенно меньше, чем магнитные моменты электронов, магнитные свойства атомов по существу определяются магнитными моментами электронов. У магнитных материалов, используемых в технике, это, прежде всего, спиновые магнитные моменты. Результирующий магнитный момент атома при этом определяется векторной суммой орбитальных и спиновых магнитных моментов отдельных электронов в электронной оболочке атомов. Эти два магнитных момента могут быть частично или полностью взаимно скомпенсированы. Так, если магнитные моменты полностью скомпенсированы, то результирующий магнитный момент равен нулю.

Если скомпенсированы только спиновые моменты всех электронов