Для школьников.
Далее, рассматривая поведение ферромагнетика во внешнем магнитном поле, будем это поле характеризовать не магнитной индукцией В, а напряжённостью Н.
Если быть более точным в объяснении намагниченности ферромагнетиков, то надо отметить отличительные особенности их структуры.
А именно, ферромагнетики состоят из доменов (областей размерами от 1 мкм до 10 мкм), намагниченных до насыщения так, как показано на рис. 86 справа.
Но намагничены так домены не под действием внешнего магнитного поля, а самопроизвольно, вдоль осей лёгкого намагничивания кристалла.
Существование осей лёгкого намагничивания, осей трудного намагничивания указывает на анизотропные (разные по разным направлениям) свойства ферромагнетиков, зависящих от структуры их кристаллической решётки.
На рисунке показана магнитная анизотропия кубических монокристаллов железа. Приведены кривые намагничивания вдоль трёх главных кристаллографических осей (верхняя кривая для оси лёгкого намагничивания).
На вопрос, почему существуют эти области самопроизвольного намагничивания (домены), отвечает квантовая механика, введя понятие "спин" для микрочастицы. Понятия "спин" и некоторых других понятий квантовой механики мы коснёмся в Занятии 86.
На следующем рисунке изображён участок ферромагнетика, содержащий несколько доменов, векторами показаны направления намагниченности в доменах.
В отсутствие внешнего магнитного поля эти векторы ориентированы так, что результирующий вектор намагниченности всего ферромагнетика равен нулю.
При наложении внешнего магнитного поля Н (оно показано пунктирной линией) объём выгодно ориентированных к направлению поля доменов 1 и 3 будет увеличиваться за счёт уменьшения объёма доменов 2 и 4. Сначала с ростом напряжённости внешнего магнитного поля идёт смещение границ доменов, а с дальнейшим ростом поля происходит поворот векторов намагниченности доменов до совпадения с направлением поля.
Этот процесс является необратимым, он и служит причиной гистерезиса ферромагнетика.
Рассмотрим рис. 87, где показана зависимость намагниченности ферромагнетика от напряжённости внешнего магнитного поля Н, которое прикладывается то в одном направлении, то в обратном.
Точка О соответствует ненамагниченному состоянию ферромагнетика, когда внешнее поле отсутствует (Н=0).
С ростом поля объём доменов, ориентированных по полю, растёт (растёт и
Понятие магнитной проницаемости применимо лишь к кривой первоначального намагничивания Оа.
Магнитная проницаемость ферромагнетиков зависит от напряжённости внешнего магнитного поля и имеет вид показанный на рисунке
С ростом Н магнитная проницаемость растёт, достигает максимального значения при Н несколько меньшем, чем поле насыщения ферромагнетика (точка а петли гистерезиса), затем магнитная проницаемость уменьшается, асимптотически приближаясь к единице.
Помещаю полученное мною фото доменной структуры на базисной плоскости пирротина, содержащей три оси лёгкого намагничивания. Вдоль этих осей, расположенных друг к другу под углами 120 градусов и направлены (намагничены) домены. Большая удача, что увидела этот участок в микроскопе и сфотографировала его. Повторно найти его не получилось.
Рисунок ниже приведён в подтверждении того, что с нагреванием ферромагнетика его магнитные свойства ослабевают и теряются при некоторой температуре, названной точкой Кюри.
Пояснение к рисунку 87, на котором изображена петля гистерезиса.
При некотором значении напряжённости внешнего магнитного поля Н ферромагнетик намагничивается до насыщения (точка а петли). Это значит, что вектора намагниченности доменов выстроились вдоль поля.
При уменьшении поля Н порядок в направлении векторов намагниченности доменов нарушается, ферромагнетик начинает размагничиваться.
Но когда Н станет равной нулю, ферромагнетик не полностью размагничивается (в нём присутствует остаточная намагниченность). Такое отставание намагниченности ферромагнетика от внешнего поля Н называется гистерезисом.
При циклическом изменении модуля и направления внешнего поля Н получается петля гистерезиса.
Процесс намагничивания, размагничивания, перемагничивания ферромагнетика требует энергии со стороны магнитного поля Н, так как это поле принуждает поворачиваться вектора намагниченности доменов. Эта энергия переходит в тепло, ферромагнетик нагревается.
Величина этой энергии (потеря энергии) за один цикл перемагничивания пропорциональна площади петли гистерезиса.
Для уменьшения потерь энергии на гистерезис в машинах, в которых происходит непрерывное перемагничивание, используются ферромагнетики из магнитомягкого материала (с узкой петлёй гистерезиса).
К.В. Рулёва, к. ф.-м. н., доцент. Подписывайтесь на канал. Ставьте лайки. Пишите комментарии. Спасибо.
Предыдущая запись: Что происходит в железе при его намагничивании? Магнитное поле Земли.
Следующая запись:Применение теоремы о циркуляции вектора магнитной индукции.
Ссылки на занятия до электростатики даны в Занятии 1.
Ссылки на занятия (статьи), начиная с электростатики, даны в конце Занятия 45.
Ссылки на занятия (статьи), начиная с теплового действия тока, даны в конце Занятия 58.
