Magnetizācija un magnētiskie materiāli

Vielas ar magnētiskām īpašībām klātbūtne izpaužas magnētiskā lauka parametru izmaiņās salīdzinājumā ar lauku nemagnētiskajā telpā. Notiekošie fizikālie procesi mikroskopiskajā attēlojumā ir saistīti ar mikrostrāvu magnētisko momentu magnētiskā lauka parādīšanos materiālā, kuru tilpuma blīvumu sauc par magnetizācijas vektoru.

Magnetizācijas izskats vielā, ievietojot to iekšā magnētiskais lauks tiek skaidrots ar pakāpeniskas preferenciālās orientācijas magnētisko momentu procesu, kas tajā cirkulē mikrostrāvas lauka virzienā. Milzīgs ieguldījums mikrostrāvu radīšanā vielā ir elektronu kustība: ar atomiem saistīto elektronu rotācija un orbitālā kustība, griešanās un vadīšanas elektronu brīva kustība.

Pēc magnētiskajām īpašībām visus materiālus iedala paramagnētos, diamagnētos, feromagnētos, antiferomagnētos un ferītos... Materiāla piederību vienai vai otrai klasei nosaka elektronu magnētisko momentu reakcijas raksturs ar magnētisko. lauks spēcīgas elektronu savstarpējās mijiedarbības apstākļos daudzelektronu atomos un kristāla struktūrās.

Diamagnēti un paramagnēti ir vāji magnētiski materiāli. Daudz spēcīgāks magnetizācijas efekts tiek novērots feromagnētos.

Magnētiskā jutība (magnetizācijas un lauka intensitātes vektoru absolūto vērtību attiecība) šādiem materiāliem ir pozitīva un var sasniegt vairākus desmitus tūkstošu. Feromagnētos veidojas spontānas vienvirziena magnetizācijas apgabali — domēni.

Feromagnētisms novērots pārejas metālu kristālos: dzelzs, kobalts, niķelis un vairāki sakausējumi.

Ja tiek pielietots pieaugoša stipruma ārējais magnētiskais lauks, spontānās magnetizācijas vektori, kas sākotnēji dažādos veidos ir orientēti dažādās zonās, pakāpeniski izlīdzinās vienā virzienā. Šo procesu sauc par tehnisko magnetizāciju… To raksturo sākotnējā magnetizācijas līkne — indukcijas vai magnetizācijas atkarība no iegūto magnētiskā lauka stiprumu materiālā.

Ar relatīvi mazu lauka intensitāti (I sadaļa) notiek straujš magnetizācijas pieaugums, kas galvenokārt saistīts ar domēnu lieluma palielināšanos ar magnetizācijas orientāciju lauka intensitātes vektoru virzienu pozitīvajā puslodē. Tajā pašā laikā domēnu izmēri negatīvajā puslodē tiek proporcionāli samazināti.Mazākā mērā mainās šo reģionu izmēri, kuru magnetizācija ir orientēta tuvāk plaknei, kas ir ortogonāla intensitātes vektoram.

Turpinot pieaugt intensitātei, dominē domēna magnetizācijas vektoru rotācijas procesi pa lauku (II sadaļa), līdz tiek sasniegts tehniskais piesātinājums (punkts S). Sekojošo iegūtās magnetizācijas palielināšanos un vienādas orientācijas sasniegšanu visiem lauka reģioniem kavē elektronu termiskā kustība. III reģions pēc būtības ir līdzīgs paramagnētiskajiem procesiem, kur magnetizācijas pieaugums ir saistīts ar dažu termiskās kustības dezorientēto spin magnētisko momentu orientāciju.Palielinoties temperatūrai, palielinās dezorientējošā termiskā kustība un samazinās vielas magnetizācija.

Noteiktam feromagnētiskajam materiālam ir noteikta temperatūra, pie kuras pazūd domēna struktūras feromagnētiskā secība un magnetizācija. Materiāls kļūst paramagnētisks. Šo temperatūru sauc par Kirī punktu. Dzelzs gadījumā Kirī punkts atbilst 790 ° C, niķelim - 340 ° C, kobaltam - 1150 ° C.

Temperatūras pazemināšana zem Kirī punkta atkal atjauno materiāla magnētiskās īpašības: domēna struktūru ar nulles tīkla magnetizāciju, ja nav ārējā magnētiskā lauka. Tāpēc, lai tos pilnībā demagnetizētu, tiek izmantoti apkures produkti, kas izgatavoti no feromagnētiskiem materiāliem virs Kirī punkta.

Sākotnējā magnetizācijas līkne

Feromagnētisko materiālu magnetizācijas procesi, kas iedalīti atgriezeniskajos un neatgriezeniskajos saistībā ar magnētiskā lauka izmaiņām.Ja pēc ārējā lauka traucējumu noņemšanas materiāla magnetizācija atgriežas sākotnējā stāvoklī, tad šis process ir atgriezenisks, pretējā gadījumā tas ir neatgriezenisks.

Atgriezeniskas izmaiņas tiek novērotas I sadaļas magnetizācijas līknes nelielā sākotnējā segmentā (Reilija zona) pie nelieliem domēna sienu nobīdēm un II, III apgabalos, kad magnetizācijas vektori apgabalos rotē. I sadaļas galvenā daļa aplūko neatgriezenisku magnetizācijas apvērses procesu, kas galvenokārt nosaka feromagnētisko materiālu histerēzes īpašības (magnetizācijas izmaiņu nobīdi no magnētiskā lauka izmaiņām).

Histerēzes cilpa sauc par līknēm, kas atspoguļo feromagnēta magnetizācijas izmaiņas cikliski mainīga ārējā magnētiskā lauka ietekmē.

Pārbaudot magnētiskos materiālus, magnētiskā lauka parametru B (H) vai M (H) funkcijām tiek konstruētas histerēzes cilpas, kurām ir iegūto parametru nozīme materiāla iekšienē projekcijā uz fiksētu virzienu. Ja materiāls iepriekš bija pilnībā demagnetizēts, tad pakāpeniska magnētiskā lauka intensitātes palielināšana no nulles līdz Hs dod daudz punktu no sākotnējās magnetizācijas līknes (0-1. sadaļa).

1. punkts — tehniskā piesātinājuma punkts (Bs, Hs). Sekojoša spēka H samazināšana materiāla iekšienē līdz nullei (1.-2. sadaļa) ļauj noteikt atlikušās magnetizācijas Br robežvērtību (maksimālo) un vēl vairāk samazināt negatīvā lauka intensitāti, lai panāktu pilnīgu demagnetizāciju B = 0 ( sadaļa. 2-3) punktā H = -HcV - maksimālais piespiedu spēks magnetizācijas laikā.

Turklāt materiāls tiek magnetizēts negatīvā virzienā līdz piesātinājumam (3-4. sadaļa) pie H = — Hs. Lauka intensitātes izmaiņas pozitīvā virzienā aizver ierobežojošo histerēzes cilpu gar 4-5-6-1 līkni.

Daudzus materiālu stāvokļus histerēzes robežcikla ietvaros var sasniegt, mainot magnētiskā lauka intensitāti atbilstoši daļējas simetriskas un asimetriskas histerēzes cikliem.

Magnētiskā histerēze: 1 — sākotnējā magnetizācijas līkne; 2 — histerēzes robežcikls; 3 — galvenās magnetizācijas līkne; 4 — simetriski parciālie cikli; 5 — asimetriskas daļējas cilpas

Daļēji simetriskas histerēzes cikli novieto savas virsotnes uz galvenās magnetizācijas līknes, kas tiek definēta kā šo ciklu virsotņu kopa, līdz tās sakrīt ar robežciklu.

Daļējas asimetriskas histerēzes cilpas veidojas, ja sākumpunkts neatrodas uz galvenās magnetizācijas līknes ar simetriskām lauka intensitātes izmaiņām, kā arī ar asimetriskām lauka intensitātes izmaiņām pozitīvā vai negatīvā virzienā.

Atkarībā no piespiedu spēka vērtībām feromagnētiskos materiālus iedala magnētiski mīkstos un magnētiski cietos.

Mīkstos magnētiskos materiālus magnētiskās sistēmās izmanto kā magnētiskos serdes... Šiem materiāliem ir mazs piespiedu spēks, augsts magnētiskā caurlaidība un piesātinājuma indukcija.

Cietajiem magnētiskajiem materiāliem ir liels piespiedu spēks un iepriekš magnetizētā stāvoklī tiek izmantoti kā pastāvīgie magnēti — magnētiskā lauka primārie avoti.

Ir materiāli, pie kuriem pēc magnētiskajām īpašībām pieder antiferomagnēti... Tiem enerģētiski labvēlīgāks izrādās kaimiņu atomu spinu antiparalēlais izvietojums. Ir izveidoti antiferomagnēti, kuriem kristāla režģa asimetrijas dēļ ir ievērojams iekšējais magnētiskais moments... Tādus materiālus sauc par ferimagnētiem (ferītiem)... Atšķirībā no metāliskajiem feromagnētiskajiem materiāliem ferīti ir pusvadītāji un tiem ir ievērojami mazāki enerģijas zudumi. virpuļstrāvas mainīgos magnētiskajos laukos.

Dažādu feromagnētisko materiālu magnetizācijas līknes