Электроматериаловедение.
1. 1. Общие сведения.
Все материалы, помещённые во внешнее магнитное поле, намагничиваются. Намагничивание связано с наличием у составляющих материал атомов (или ионов, молекул) микроскопических магнитных моментов. Для единичного атома без внешнего магнитного поля магнитный момент суммируется из векторов орбитальных и собственных (спиновых) моментов электронов, принадлежащих данному атому. Магнитным моментом ядра пренебрегают, так как он значительно меньше магнитных моментов электронов.
Характеристикой намагничивания материалов служит величина намагниченности М, равная суммарному магнитному моменту атомов единицы объёма.
Установлена связь намагниченности М с напряжённостью Н внешнего магнитного поля:
М = kmH,
Где km – безразмерный коэффициент пропорциональности называют магнитной восприимчивостью материала.
В зависимости от знака и величины магнитной восприимчивости все материалы подразделяют на диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики.
Диамагнетики – материалы, которые намагничиваются противоположноприложенному полю и ослабляют его, т. е. имеют km < 0 (от -10-4 до -10-7). Отрицательная магнитная восприимчивость связана с действием магнитного поля на орбитальный магнитный момент электрона.Согласно правилу Ленца, в атоме возникает добавочный магнитный момент, направленный против поля (диамагнитный эффект). Диамагнетизм присущ всем веществам, но выражен слабо. Он проявляется только тогда, когда спиновые моментывсех электронов в атоме взаимно скомпенсированы или диамагнитныйэффект преобладает над некомпенсированным спиновым моментом. К диамагнетикам относятся инертные газы, непереходные металлы (бериллий, цинк, свинец, медь и др), полупроводники (германий, селен), диэлектрики (полимеры, стёкла и др), сверхпроводники.
Справка: Спин (от английского Spin – вращаться, вертеться) – собственный момент импульса элементарной частицы или системы, образованной этими частицами.
{ Спин частицы имеет квантовую природу, не связан с движением частицы в пространстве и не может быть объяснён с позиций классической физики.
Квант (света) – то же, что фотон.
Фотон [от греческого PHOS (PHOTOS) - свет] – (квант поля электромагнитного излучения). Согласно квантовой теории, электромагнитные волны представляют собой поток элементарных частиц – ФОТОНОВ, имеющих нулевую массу покоя и движущихся со скоростью света в вакууме. Наиболее отчётливо свойства фотонов, как частиц, проявляются при взаимодействии фотонов с другими частицами.}
Парамагнетики – материалы, которые имеют km > 0 (от 10-2 до 10-5) и слабо намагничиваются внешним полем. Намагниченность обусловлена наличием некомпенсированных спиновых моментов электронов, которые разориентированы в пространстве из-за теплового движения атомов (рис. 1). Под действием внешнего поля магнитные моменты атомов получают преимущественную ориентировку (парамагнитный эффект), и у кристалла появляется некоторая намагниченность.
Рис. 1. Схема ориентации магнитных моментов атомов различных материалов
К парамагнетикам относятся металлы, атомы которых имеют нечётное число валентных электронов (калий, натрий, алюминий и др.), переходные металлы (молибден, вольфрам, титан, платина и др.) с недостроенными электронными оболочками атомов.
Ферромагнетики характеризуются большим значением магнитной восприимчивости (km >> 1), а так же её нелинейной зависимостью от напряжённости поля и температуры. Железо, никель, кобальт и редкоземельный металл гадолиний имеют чрезвычайно большое значение km ≈ 106. Их способность сильно намагничиваться широко используется в технике.
Процессы намагничивания полностью необратимы. Если магнитное поле, доведённое дл +НS, уменьшить до нуля (рис. 2), то индукция сохранит определённое значение Вr, называемое остаточной индукцией. Намагничивание поликристалла полем обратного знака уменьшает индукцию В, и при напряжённости НС индукция падает до нуля. Напряжённость магнитного поля, равная НС называется коэрцитивной силой
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
