Электричество и электрическая железная дорога. Конспект лекций по физике, страница 29

Ферромагнетики– вещества, которые обладают способностью сильно намагничиваться даже в слабых внешних магнитных полях. Ферромагнетики  усиливают внешнее поле в сотни и даже в сотни тысяч раз. К ферромагнетикам относятся железо, никель кобальт, и некоторые сплавы.

5. Экспериментальное изучение ферромагнетизма провел  Столетов А.Г.  На железное кольцо были намотаны две катушки. (рис. 11.3) Первичная катушка подсоединялась к источнику тока. Она создавала магнитное поле с напряженностью , где n– концентрация витков. К вторичной катушке подсоединялся баллистический гальванометр, измеряющий заряд.  При изменении тока в первичной катушке на обратное направление:  . Здесь R – сопротивление вторичной цепи. Отсюда рассчитывалась индукция магнитного поля. Результаты были поразительны: индукция в сотни тысяч раз превышала индукцию в неферромагнитных материалах, и даже в не очень сильных полях индукция достигала насыщения.

6. Процессы намагничивания в ферромагнетиках. Атомы ферромагнетика, благодаря обменному электростатическому взаимодействию, устанавливают магнитные моменты параллельно друг другу даже в отсутствии внешнего магнитного поля. Происходит самопроизвольное намагничивание до насыщения. Но кусок, например железа, не создает снаружи магнитного поля. Это обусловлено тем, что ферромагнетик разбивается на микроскопические объемы, каждый из которых намагничен до насыщения, но направления их намагниченности различны, так что их магнитные поля замыкаются внутри ферромагнетика. Эти объемы называются доменами. Их размеры менее 0,1 мм.

Самопроизвольное намагничивание нарушается с повышением температуру. Это обусловлено тепловым движением атомов, увеличением расстояния между атомами. Температура, при которой нарушается магнитный порядок, называется температурой Кюри. Для железа 770 ^оС, никеля 360^оС.

Процессы намагничивания в ферромагнетиках идут двумя способами, это процессы смещения и вращения (рис.11.4). В слабых внешних полях преобладают процессы смещения доменных границ. Так как магнитные моменты атомов в домене уже выстроены параллельно друг другу, то внешнему магнитному полю нет необходимости преодолевать  тепловое движение  атомов, как в парамагнетиках.  Достаточно слабого поля, чтобы началось ее перемещение. Это обусловлено тем, что  атомы домена, у которых  магнитные моменты направлены под острым углом к внешнему магнитному полю, находятся в энергетически выгодном состоянии. Они воздействуют на атомы соседнего домена по другую сторону границы, помогая магнитному полю.

В средних и сильных полях на процессы смещения накладываются процессы вращения, то есть синхронный поворот магнитных моментов атомов домена к направлению магнитного поля. В сверхсильных магнитных полях магнитные моменты атомов могут установиться почти параллельно внешнему магнитному полю. Зависимость намагниченности и индукции магнитного поля в ферромагнетиках от напряженности является нелинейной (рис. 11.5).

7. При циклическом перемагничивании ферромагнетиков из-за существования необратимых процессов при движении границы график  В(Н) образует так называемую петлю гистерезиса.   Пусть ферромагнетик намагнитили первый раз  0 –1 (рис. 11.6 пунктир). Теперь, если уменьшить напряженность внешнего магнитного поля, то доменные границы при обратном движении задерживаются на инородных включениях и неоднородностях кристаллической решетки. В результате процесс размагничивания пойдет с запаздыванием по линии 1 – В_ост.  Чтобы размагнитить ферромагнетик надо приложить внешнее  магнитное поле обратного направления, величина которого  называется коэрцитивной силой,  Н_C.  Дальнейшее увеличение напряженности внешнего поля обратного направления вновь приводит к перемагничиванию ферромагнетика до насыщения в обратном направлении (точка 2). При циклическом перемагничивании

зависимость В(Н) принимает форму петли.