Materiale de magnetizare și magnetice

Prezența unei substanțe cu proprietăți magnetice se manifestă printr-o modificare a parametrilor câmpului magnetic în comparație cu câmpul din spațiul nemagnetic. Procesele fizice care apar în reprezentarea microscopică sunt asociate cu apariția în material sub influența unui câmp magnetic de momente magnetice de microcurenți, a cărui densitate de volum se numește vector de magnetizare.

Apariția magnetizării în substanță atunci când o plasați în interior camp magnetic se explică prin procesul de orientare preferenţială treptată a momentelor magnetice care circulă în el microcurenţi în direcţia câmpului. O contribuție uriașă la crearea microcurenților în substanță este mișcarea electronilor: rotația și mișcarea orbitală a electronilor asociați cu atomii, spin și mișcarea liberă a electronilor de conducere.

După proprietățile lor magnetice, toate materialele sunt împărțite în paramagneți, diamagneți, feromagneți, antiferomagneți și ferite... Apartenența unui material la una sau alta clasă este determinată de natura reacției momentelor magnetice ale electronilor la un magnetic. câmp în condiții de interacțiuni puternice ale electronilor între ei în atomii multielectroni și structurile cristaline.

Diamagneții și paramagneții sunt materiale slab magnetice. La feromagneți se observă un efect de magnetizare mult mai puternic.

Susceptibilitatea magnetică (raportul dintre valorile absolute ale vectorilor de magnetizare și puterea câmpului) pentru astfel de materiale este pozitivă și poate ajunge la câteva zeci de mii. În feromagneți, se formează regiuni de magnetizare unidirecțională spontană - domenii.

Feromagnetism observat în cristalele de metale tranziționale: fier, cobalt, nichel și o serie de aliaje.

Atunci când se aplică un câmp magnetic extern de putere crescătoare, vectorii de magnetizare spontană, orientați inițial în zone diferite în moduri diferite, se aliniază treptat în aceeași direcție. Acest proces se numește magnetizare tehnică... Se caracterizează printr-o curbă inițială de magnetizare - dependența inducției sau magnetizării de intensitatea câmpului magnetic rezultat în material.

Cu o intensitate relativ mică a câmpului (Secțiunea I) are loc o creștere rapidă a magnetizării, în principal datorită creșterii dimensiunii domeniilor cu orientarea de magnetizare în emisfera pozitivă a direcțiilor vectorilor intensității câmpului. În același timp, dimensiunile domeniilor din emisfera negativă sunt reduse proporțional.Într-o măsură mai mică, dimensiunile acestor regiuni se modifică, a căror magnetizare este orientată mai aproape de planul ortogonal cu vectorul de intensitate.

Cu o creștere suplimentară a intensității, predomină procesele de rotație a vectorilor de magnetizare domeniului de-a lungul câmpului (secțiunea II) până la atingerea saturației tehnice (punctul S). Creșterea ulterioară a magnetizării rezultate și realizarea aceleiași orientări a tuturor regiunilor din câmp este împiedicată de mișcarea termică a electronilor. Regiunea III este similară ca natură cu procesele paramagnetice, unde creșterea magnetizării se datorează orientării celor câteva momente magnetice de spin dezorientate de mișcarea termică.Odată cu creșterea temperaturii, mișcarea termică dezorientatoare crește și magnetizarea substanței scade.

Pentru un material feromagnetic dat, există o anumită temperatură la care ordonarea feromagnetică a structurii domeniului și magnetizarea dispar. Materialul devine paramagnetic. Această temperatură se numește punctul Curie. Pentru fier, punctul Curie corespunde la 790 ° C, pentru nichel - 340 ° C, pentru cobalt - 1150 ° C.

Scăderea temperaturii sub punctul Curie restabilește din nou proprietățile magnetice ale materialului: structura domeniului cu magnetizare de rețea zero dacă nu există câmp magnetic extern. Prin urmare, produsele de încălzire din materiale feromagnetice deasupra punctului Curie sunt folosite pentru a le demagnetiza complet.

Curba de magnetizare inițială

Procese de magnetizare a materialelor feromagnetice împărțite în reversibile și ireversibile în legătură cu modificarea câmpului magnetic.Dacă, după îndepărtarea perturbațiilor câmpului extern, magnetizarea materialului revine la starea inițială, atunci acest proces este reversibil, în caz contrar este ireversibil.

Modificări reversibile sunt observate într-un mic segment inițial al curbei de magnetizare secțiunii I (zona Rayleigh) la deplasări mici ale pereților domeniului și în regiunile II, III când vectorii de magnetizare din regiuni se rotesc. Partea principală a Secțiunii I tratează un proces ireversibil de inversare a magnetizării, care determină în principal proprietățile de histerezis ale materialelor feromagnetice (întârzierea modificărilor magnetizării de la modificările câmpului magnetic).

Bucla de histerezis numită curbe care reflectă modificarea magnetizării unui feromagnet sub influența unui câmp magnetic extern care se schimbă ciclic.

La testarea materialelor magnetice se construiesc bucle de histerezis pentru functiile parametrilor de camp magnetic B (H) sau M (H), care au semnificatia parametrilor obtinuti in interiorul materialului intr-o proiectie pe o directie fixa. Dacă materialul a fost anterior complet demagnetizat, atunci o creștere treptată a intensității câmpului magnetic de la zero la Hs dă multe puncte din curba de magnetizare inițială (Secțiunea 0-1).

Punctul 1 — punctul de saturație tehnică (Bs, Hs). Reducerea ulterioară a forței H din interiorul materialului la zero (secțiunea 1-2) face posibilă determinarea valorii limită (maximum) a magnetizării reziduale Br și reducerea în continuare a intensității câmpului negativ pentru a obține demagnetizarea completă B = 0 ( secțiunea 2-3) în punctul H = -HcV - forța coercitivă maximă în timpul magnetizării.

În plus, materialul este magnetizat în direcția negativă până la saturație (Secțiunea 3-4) la H = — Hs. O modificare a intensității câmpului într-o direcție pozitivă închide bucla de histerezis limită de-a lungul curbei 4-5-6-1.

Multe stări ale materialelor în cadrul ciclului limită de histerezis pot fi atinse prin modificarea intensității câmpului magnetic corespunzătoare ciclurilor de histerezis parțial simetric și asimetric.

Histerezis magnetic: 1 — curba de magnetizare initiala; 2 — ciclu limită histerezis; 3 — curba magnetizării principale; 4 — cicluri parțiale simetrice; 5 — bucle parțiale asimetrice

Ciclurile de histerezis parțial simetrice își sprijină vârfurile pe curba principală de magnetizare, care este definită ca setul de vârfuri ale acestor cicluri până când acestea coincid cu ciclul limită.

Buclele de histerezis asimetrice parțiale se formează dacă punctul de plecare nu se află pe curba principală de magnetizare cu o modificare simetrică a intensității câmpului, precum și cu o modificare asimetrică a intensității câmpului în direcția pozitivă sau negativă.

În funcție de valorile forței coercitive, materialele feromagnetice sunt împărțite în moi magnetic și dure magnetic.

Materialele magnetice moi sunt folosite în sistemele magnetice ca miezuri magnetice... Aceste materiale au forță coercitivă scăzută, mare permeabilitatea magnetică și inducerea saturației.

Materialele magnetice dure au o forță coercitivă mare și în stare premagnetizată sunt folosite ca magneți permanenți — surse primare de câmp magnetic.

Sunt materiale cărora, după proprietățile lor magnetice, le aparțin antiferomagneții... Dispunerea antiparalelă a spinurilor atomilor vecini se dovedește a fi energetic mai favorabilă pentru ei. S-au creat antiferomagneți care au un moment magnetic intrinsec semnificativ datorită asimetriei rețelei cristaline... Asemenea materiale se numesc ferimagneți (ferite)... Spre deosebire de materialele metalice feromagnetice, feritele sunt semiconductoare și au pierderi de energie semnificativ mai mici pt. curenți turbionari în câmpuri magnetice alternative.

Curbele de magnetizare ale diferitelor materiale feromagnetice