§4 Феромагнетики

Феромагнетики – речовини, у яких внутрішнє магнітне поле в сотні й тисячі раз перевищує магнітне поле, що викликало його зовнішнє.

Феромагнетики мають намагніченість  у відсутності магнітного поля. Феромагнетизм спостерігається в кристалів перехідних металів Fe, Co, Ni  і в ряду сплавів. Феромагнетизм результат дії обмінних сил

 

А > 0 - умова феромагнетизму.

Феромагнітні властивості спостерігається в речовин при температурах менших так званої температури Кюрі - ТК.  При Т > ТК ферромагнетик переходить у парамагнітний стан. При температурах нижче точки Кюрі феромагнетик розбивається на малі області однорідної мимовільної (спонтанної) намагніченості - домени. Лінійні розміри доменів: 10-5 -10-4 м. Усередині кожного домена речовина намагнічена до насичення. У відсутності магнітної підлоги магнітні моменти доменов орієнтовані в просторі так, що результуючий магнітний момент усього феромагнетика дорівнює нулю. При накладенні магнітного поля феромагнетик намагнічується, тобто здобуває відмінний від нуля магнітний момент. Зі збільшенням поля намагніченість росте спочатку повільно (ділянка аб на рис.), потім намагніченість збільшується в десятки раз (ділянка бв). Далі ріст намагніченості знову вповільнюється (вг). Така поведінка намагніченості пов'язана з тим, що дія поля на домени на різних стадіях процесу намагнічування - по-різному. У точці 0, коли ферромагнетик розмагнічений, площі доменів 1,3,5..., магнітні моменти яких становлять гострий кут з напрямком,дорівнюють площам доменів 2,4,6..., у яких кут між напрямком магнітного моменту й зовнішнього поля - тупий. При збільшенні зовнішнього магнітного поля спочатку спостерігається збільшення площі доменів 1,3,5 за рахунок зменшення площі доменів 2,4,8. У феромагнетику з'являється магнітний момент, напрямок якого збігається з напрямком магнітного моменту доменов 1,3,5, Зі збільшенням поля, що намагнічує  цей процес іде доти, поки домени з гострими кутами до поля  (які мають у магнітному полі меншою енергією) не поглинуть цілком енергетично менш вигідні домени 2,4,8 - ділянка аб на малюнку. Близько точки бвідбувається зливання співпрямованих доменів, і феромагнетик переходить у монодоменний стан. При подальшому збільшенні зовнішнього поля магнітний момент феромагнетика повертається в напрямку зовнішнього поля (парамагнітний ефект) доти, поки не збіжаться напрямок

 феромагнетика й  (до точки в на рис.). Ділянка вг на рис. відповідає насиченню феромагнетика, коли збільшення поля приводить до дуже малого збільшення магнітного моменту феромагнетика за рахунок тих магнітних моментів, які внаслідок теплового руху й інших причин випадково були орієнтовані проти поля. Магнітний гістерезис - полягає в тому, що намагнічування й розмагнічування феромагнетика описується різними кривими (намагніченість відстає у своєму зменшенні від поля). При зменшенні зовнішнього поля від Внас. до 0 намагніченість змінюється не по кривій - оабвг - основний кривій намагнічування, а відповідно до кривої гд. При зменшенні зовнішнього поля до нуля ферромагнетик має намагніченість, яка називається залишкової (точка д).

На ділянці гд відбувається спочатку переорієнтація магнітного моменту, розбивка феромагнетика на домени, збільшення площі доменів 2,4,6 і зменшення площі доменів 1,3,5 за рахунок теплового руху. При додатку протилежно спрямованого поля, тобто на ділянці де відбувається подальший ріст площ "парних" доменов, магнітні моменти яких тепер становлять гострий кут з полем, за рахунок зменшення площ "непарних" доменов. У точці е площі " парнихдоменов дорівнюють площам "непарних", сумарний магнітний момент ферромагнетика дорівнює нулю.

Поле ВК, що розмагнічує феромагнетик, називається коерцитивною силою. При зміні магнітного поля від ВК  до –ВК і назад, крива, що характеризує намагніченість, утворює замкнену петлю - петлю гістерезису. Матеріали з великою коерцитивною силою називаються магнитожорсткими, а з малої - магнитом'якими. Магнитом'які матеріали застосовуються для виготовлення сердечників електромагнітів (де важливо мати більші значення максимальної індукції поля й малу коерцитивну силу), у якості сердечників трансформаторів і машин змінного струму (генераторів, двигунів), у сердечниках магнітів прискорювачів. Магнитожорсткі матеріали використовуються в постійних магнітах: завдяки великій коерцитивній силі й щодо великої залишкової намагніченості ці магніти можуть тривалий час створювати сильні магнітні поля. Постійні магніти застосовуються в магнітоелектричних вимірювальних приладах, у динаміках, мікрофонах, у невеликих генераторах, у мікроелектродвигунах і т.д.

Антиферомагнетики - кожний магнітний момент оточений антипаралельним магнітним моментом. Спонтанна намагніченість не виникає, тому що магнітні моменти атомів взаємно скомпенсовані. Відсутність повної компенсації магнітних моментів підрешіток приводить до того, що в антиферомагнетику виникає деяка результуюча, відмінна від нуля, спонтанна намагніченість.

Такі матеріали як би поєднують у собі властивості феро- і антиферомагнетиків. Їх називають феримагнетиками або феритами


 

 

До списку лекцій

Головна