Ферромагнетики. Основные свойства ферромагнетиков. Магнитный гистерезис. Точка Кюри. Доменная структура

К ферромагнетикам (ferrum – железо) относятся вещества, магнитная восприимчивость которых положительна и достигает значений Ферромагнетики. Основные свойства ферромагнетиков. Магнитный гистерезис. Точка Кюри. Доменная структура - student2.ru . Намагниченность Ферромагнетики. Основные свойства ферромагнетиков. Магнитный гистерезис. Точка Кюри. Доменная структура - student2.ru и магнитная индукция Ферромагнетики. Основные свойства ферромагнетиков. Магнитный гистерезис. Точка Кюри. Доменная структура - student2.ru ферромагнетиков растут с увеличением напряженности магнитного поля Ферромагнетики. Основные свойства ферромагнетиков. Магнитный гистерезис. Точка Кюри. Доменная структура - student2.ru нелинейно, и в полях Ферромагнетики. Основные свойства ферромагнетиков. Магнитный гистерезис. Точка Кюри. Доменная структура - student2.ru намагниченность ферромагнетиков достигает предельного значения Ферромагнетики. Основные свойства ферромагнетиков. Магнитный гистерезис. Точка Кюри. Доменная структура - student2.ru , а вектор магнитной индукции растет линейно с Ферромагнетики. Основные свойства ферромагнетиков. Магнитный гистерезис. Точка Кюри. Доменная структура - student2.ru : Ферромагнетики. Основные свойства ферромагнетиков. Магнитный гистерезис. Точка Кюри. Доменная структура - student2.ru

Ферромагнитные свойства материалов проявляются только у веществ в твердом состоянии, атомы которых обладают постоянным спиновым, или орбитальным, магнитным моментом, в частности у атомов с недостроенными внутренними электронными оболочками. Типичными ферромагнетиками являются переходные металлы. В ферромагнетиках происходит резкое усиление внешних магнитных полей. Причем для ферромагнетиков Ферромагнетики. Основные свойства ферромагнетиков. Магнитный гистерезис. Точка Кюри. Доменная структура - student2.ru сложным образом зависит от величины магнитного поля. Типичными ферромагнетиками являются Fe, Co, Ni, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm,а также соединения ферромагнитных материалов с неферромагнитными: Ферромагнетики. Основные свойства ферромагнетиков. Магнитный гистерезис. Точка Кюри. Доменная структура - student2.ru , Ферромагнетики. Основные свойства ферромагнетиков. Магнитный гистерезис. Точка Кюри. Доменная структура - student2.ru , Ферромагнетики. Основные свойства ферромагнетиков. Магнитный гистерезис. Точка Кюри. Доменная структура - student2.ru и др.

Существенным отличием ферромагнетиков от диа- и парамагнетиков является наличие у ферромагнетиков самопроизвольной (спонтанной) намагниченности в отсутствие внешнего магнитного поля. Наличие у ферромагнетиков самопроизвольного магнитного момента Ферромагнетики. Основные свойства ферромагнетиков. Магнитный гистерезис. Точка Кюри. Доменная структура - student2.ru в отсутствие внешнего магнитного поля означает, что электронные спины и магнитные моменты атомных носителей магнетизма ориентированы в веществе упорядоченным образом.

Ферромагнетики – это вещества, обладающие самопроизвольной намагниченностью, которая сильно изменяется под влиянием внешних воздействий – магнитного поля, деформации, температуры.

Ферромагнетики, в отличие от слабо магнитных диа- и парамагнетиков, являются сильно магнитными веществами: внутреннее магнитное поле в них может в сотни раз превосходить внешнее поле.

Основные отличия магнитных свойств ферромагнетиков.

1. Нелинейная зависимость намагниченности от напряженности магнитного поля Н (рис. 6.5).

Как видно из рис. 6.5, при Ферромагнетики. Основные свойства ферромагнетиков. Магнитный гистерезис. Точка Кюри. Доменная структура - student2.ru наблюдается магнитное насыщение.

2. При Ферромагнетики. Основные свойства ферромагнетиков. Магнитный гистерезис. Точка Кюри. Доменная структура - student2.ru зависимость магнитной индукции В от Н нелинейная, а при Ферромагнетики. Основные свойства ферромагнетиков. Магнитный гистерезис. Точка Кюри. Доменная структура - student2.ru – линейная (рис. 6.6).

Ферромагнетики. Основные свойства ферромагнетиков. Магнитный гистерезис. Точка Кюри. Доменная структура - student2.ru Ферромагнетики. Основные свойства ферромагнетиков. Магнитный гистерезис. Точка Кюри. Доменная структура - student2.ru

Рис. 6.5 Рис. 6.6

3. Зависимость относительной магнитной проницаемости от Н имеет сложный характер (рис. 6.7), причем максимальные значения μ очень велики ( Ферромагнетики. Основные свойства ферромагнетиков. Магнитный гистерезис. Точка Кюри. Доменная структура - student2.ru ).

Ферромагнетики. Основные свойства ферромагнетиков. Магнитный гистерезис. Точка Кюри. Доменная структура - student2.ru Ферромагнетики. Основные свойства ферромагнетиков. Магнитный гистерезис. Точка Кюри. Доменная структура - student2.ru

Рис. 6.7 Рис. 6.8

Впервые систематические исследования μ от Н были проведены в 1872 г. А.Г. Столетовым (1839–1896) – выдающимся русским физиком, организатором физической лаборатории в Московском университете. На рис. 6.8. изображена зависимость магнитной проницаемости некоторых ферромагнетиков от напряженности магнитного поля – кривая Столетова.

4. У каждого ферромагнетика имеется такая температура, называемая точкой Кюри( Ферромагнетики. Основные свойства ферромагнетиков. Магнитный гистерезис. Точка Кюри. Доменная структура - student2.ru ),выше которой это вещество теряет свои особые магнитные свойства.

Наличие температуры Кюри связано с разрушением при Ферромагнетики. Основные свойства ферромагнетиков. Магнитный гистерезис. Точка Кюри. Доменная структура - student2.ru упорядоченного состояния в магнитной подсистеме кристалла – параллельной ориентации магнитных моментов. Для никеля температура Кюри равна 360 °С. Если подвесить образец никеля вблизи пламени горелки так, чтобы он находился в поле сильного постоянного магнита, то не нагретый образец может располагаться горизонтально, сильно притягиваясь к магниту (рис. 6.9). По мере нагрева образца и достижения температуры Ферромагнетики. Основные свойства ферромагнетиков. Магнитный гистерезис. Точка Кюри. Доменная структура - student2.ru ферромагнитные свойства у никеля исчезают и образец никеля падает. Остыв до температуры ниже точки Кюри, образец вновь притянется к магниту. Нагревшись, вновь падает и т.д., колебания будут продолжаться все время, пока горит свеча.

Ферромагнетики. Основные свойства ферромагнетиков. Магнитный гистерезис. Точка Кюри. Доменная структура - student2.ru

Рис. 6.9

5. Существование магнитного гистерезиса.

На рисунке 6.10 показана петля гистерезиса – график зависимости намагниченности вещества от напряженности магнитного поля Н.

Ферромагнетики. Основные свойства ферромагнетиков. Магнитный гистерезис. Точка Кюри. Доменная структура - student2.ru

Рис. 6.10

Намагниченность Ферромагнетики. Основные свойства ферромагнетиков. Магнитный гистерезис. Точка Кюри. Доменная структура - student2.ru при Ферромагнетики. Основные свойства ферромагнетиков. Магнитный гистерезис. Точка Кюри. Доменная структура - student2.ru называется намагниченностью насыщения.

Намагниченность Ферромагнетики. Основные свойства ферромагнетиков. Магнитный гистерезис. Точка Кюри. Доменная структура - student2.ru при Ферромагнетики. Основные свойства ферромагнетиков. Магнитный гистерезис. Точка Кюри. Доменная структура - student2.ru называется остаточной намагниченностью (что необходимо для создания постоянных магнитов).

Напряженность Ферромагнетики. Основные свойства ферромагнетиков. Магнитный гистерезис. Точка Кюри. Доменная структура - student2.ru магнитного поля, полностью размагниченного ферромагнетика, называется коэрцитивной силой. Она характеризует способность ферромагнетика сохранять намагниченное состояние.

Большой коэрцитивной силой (широкой петлей гистерезиса) обладают магнитотвердые материалы. Малую коэрцитивную силу имеют магнитомягкие материалы.

Измерение гиромагнитного отношения для ферромагнетиков показали, что элементарными носителями магнетизма в них являются спиновые магнитные моменты электронов.

Самопроизвольно, при Ферромагнетики. Основные свойства ферромагнетиков. Магнитный гистерезис. Точка Кюри. Доменная структура - student2.ru , намагничиваются лишь очень маленькие монокристаллы ферромагнитных материалов, например никеля или железа. Для того чтобы постоянным магнитом стал большой кусок железа, необходимо его намагнитить, т.е. поместить в сильное магнитное поле, а затем это поле убрать. Оказывается, что при Ферромагнетики. Основные свойства ферромагнетиков. Магнитный гистерезис. Точка Кюри. Доменная структура - student2.ru большой исходный кусок железа разбит на множество очень маленьких ( Ферромагнетики. Основные свойства ферромагнетиков. Магнитный гистерезис. Точка Кюри. Доменная структура - student2.ru ), полностью намагниченных областей – доменов. Векторы намагниченности доменов в отсутствие внешнего магнитного поля ориентированы таким образом, что полный магнитный момент ферромагнитного материала равен нулю. Если бы в отсутствие поля кристалл железа был бы единым доменом, то это привело бы к возникновению значительного внешнего магнитного поля, содержащего значительную энергию (рис. 6.11, a). Разбиваясь на домены, ферромагнитный кристалл уменьшает энергию магнитного поля. При этом, разбиваясь на косоугольные области (рис. 6.11, г), можно легко получить состояние ферромагнитного кристалла, из которого магнитное поле вообще не выходит. В целом в монокристалле реализуется такое разбиение на доменные структуры, которое соответствует минимуму свободной энергии ферромагнетика. Если поместить ферромагнетик, разбитый на домены, во внешнее магнитное поле, то в нем начинается движение доменных стенок. Они перемещаются таким образом, чтобы областей с ориентацией вектора намагниченности по полю стало больше, чем областей с противоположной ориентацией (рис. 6.11, б, в, г). Такое движение доменных стенок понижает энергию ферромагнетика во внешнем магнитном поле. По мере нарастания магнитного поля весь кристалл превращается в один большой домен с магнитным моментом, ориентированным по полю (рис. 6.11, а).

Ферромагнетики. Основные свойства ферромагнетиков. Магнитный гистерезис. Точка Кюри. Доменная структура - student2.ru

Рис. 6.11

Ферромагнитные материалы играют огромную роль в самых различных областях современной техники. Магнитомягкие материалы используются в электротехнике при изготовлении трансформаторов, электромоторов, генераторов, в слаботочной технике связи и радиотехнике; магнитожесткие материалы применяют при изготовлении постоянных магнитов.

Широкое распространение в радиотехнике, особенно в высокочастотной радиотехнике, получили ферриты ( Ферромагнетики. Основные свойства ферромагнетиков. Магнитный гистерезис. Точка Кюри. Доменная структура - student2.ru ) сочетающие ферромагнитные и полупроводниковые свойства.

Магнитные материалы широко используются в традиционной технологии записи информации в винчестере (рис. 6.12).

Ферромагнетики. Основные свойства ферромагнетиков. Магнитный гистерезис. Точка Кюри. Доменная структура - student2.ru Ферромагнетики. Основные свойства ферромагнетиков. Магнитный гистерезис. Точка Кюри. Доменная структура - student2.ru

Рис. 6.12 Рис. 6.13

Магнитное вещество 2 (рис. 6.13) нанесено тонким слоем на основу твердого диска 3. Каждый бит информации представлен группой магнитных доменов (в идеальном случае – одним доменом). Для перемагничивания домена (изменения направления вектора его намагниченности) используется поле записывающей головки 4 (5 – считывающая головка). Наличие дополнительных стабилизирующих слоев, препятствует самопроизвольной потере информации. Записью на вертикально ориентированные домены достигается плотность до 450 Гбайт/см2.

Наши рекомендации