Ферромагнетики

 

Ферромагнетики — это такие вещества, в которых при отсут­ствии внешнего магнитного поля существуют магнитные домены — области спонтанной намагниченности, в которых магнитные момен­ты всех атомов сонаправлены, то есть домены намагничены до насы­щения. (см. «Сегнетоэлектрики»). В отсутствии внешнего магнитного поля эти области в сумме дают нулевое поле.

в каждом домене.

Для ферромагнетика в целом .

 

В отсутствии внешнего магнитного поля в ферромагнетике существуют области спонтанной намагниченности, называемые доменами.

 

 

Рис. 17.21. Модель доменной структуры ферромагнетика.

 

В каждом i- том домене суммарный дипольный момент (вектор намагничивания, или намагниченность) отличен от нуля:

 

,(17.55)

(суммирование ведется по составляющим домен j -тым диполям). Но в отсутствие внешнего магнитного поля вектор намагничивания кристалла ферромагнетика в целом равен нулю, так как дипольные моменты всех доменов компенсируют друг друга:

.

Поместим ферромагнетик во внешнее однородное магнитостатическое поле (рис.17.22).

 

 

Рис.17.22.Зависимость намагниченности (величины вектора намагничивания) кристалла ферромагнетика от величины внешнего поля.

 

I. На первом этапе меняется величина дипольных моментов в каждом домене - особенно в тех, которые по ориентации ближе к направлению внешнего поля.

 

II. На втором этапе происходит изменение ориентации дипольных моментов в каждом домене - они ориентируются по полю.

III. На третьем этапе весь кристалл превращается в один домен, вектор намагничивания которого направлен по полю (рис.17.23). Происходит насыщение намагниченности ферромагнетика.

 

 

Рис.17.23. Доменная структура кристалла ферромагнетика в стадии насыщения.

 

 

Начнем теперь уменьшать величину внешнего магнитостатического поля (рис.17.24). Намагниченность кристалла ферромагнетика (величина вектора намагничивания) начнут падать, кривая пойдет вниз, но не потому пути, по которому происходил рост. В результате при уменьшении напряженности поля до нуля величина намагниченности кристалла не будет равна нулю – остаточная намагниченность (рис.17.24). Кристалл станет постоянным магниту. У него будут северныйи южный полюсы.

Дальнейшее поведение ферромагнетика очевидно из рис.17.25, на котором изображена гистерезисная петля. Чтобы «размагнитить» кристалл диэлектрика, надо изменить направление (знак) внешнего магнитостатического поля. Увеличивая напряженность поля обратного направления, мы снимем намагниченность ферромагнетика. Величина поля обратного знака, которое надо приложить, чтобы намагниченность стала равной нулю, называется коэрцитивной силой (рис.17.24).

 

Рис. 17.24. Петля гистерезиса ферромагнетика

 

 

При дальнейшем увеличении поля обратного знака мы вновь намагнитим кристалл его, но переменим местами полюсы. Наконец, опять достигнем насыщения, и далее процесс может быть повторен в обратном направлении.

Площадь петли гистерезиса пропорциональна величине потерь на изменение направления вектора намагничивания («перемагничивание») ферромагнетика.

Для источников постоянного магнитного поля применяются “жесткие “ ферромагнетики с максимальной коэрцитивной силой (с широкой петлей гистерезиса). В переменных полях (например, в сердечниках трансформаторов) используются «мягкие» ферромагнетики с минимальной коэрцитивной силой(с узкой петлей гистерезиса).