Намагниченность единицы измерения

Намагниченность. Гиромагнитный эффект и магнитный резонанс

Многие вещества способны оказывать существенное влияние на магнитное поле. Особенно сильно влияют тела ферромагнитные – подобные железу по своим магнитным свойствам,также они могут являться и самостоятельным источником магнитного поля(аналогично сегнето-электрикам).

Как и в случае диэлектриков, можно считать, что влияние вещества сводится только к появлению дополнительного поля, в данном случае магнитного поля, обусловленного наличием момента у частиц, входящих в состав вещества.

Природа магнитной поляризации

Магнитный момент или электрокинетический момент (К = р_м) является такой же основной характеристикой частицы, как и механический момент р_φ (момент импульса). Эти две кинетические величины дополняют скалярные характеристики частицы: ее заряд q и массу m.

Естественно, что орбитальное движение электрона сопряжено с существованием магнитного момента. Действительно, движение электрона по орбите подобно контуру тока. Однако механическим и магнитным моментом обладают и сами частицы – этот момент, соответствующий как бы вращению частиц вокруг собственной оси, называют спином или спиновым моментом (от английского spin — вращение). Опыт Эйнштейна-де Гааза и прочие опыты с гиромагнитными эффектами подтверждает представление об электрокинетической природе моментов вещества. Эти опыты также показывают, что в случае ферромагнетиков основную роль играют спиновые моменты.

Гиромагнитные эффекты основываются на том, что при повороте магнитного момента под воздействием магнитного поля одновременно поворачивается и момент механический (момент импульса). Поэтому, например, в опыте Эйнштейна де Гааза при намагничивании образца изменение момента частиц компенсируется поворотом всего образца (в соответствии с законом сохранения момента импульса).

Очень интересным гиромагнитным эффектом является магнитный резонанс. Этот эффект находит ряд практических применений. Для того, чтобы понять этот эффект, следует ясно представить себе прецесионное движение волчка или гироскопа, которое в отсутствии трения происходит в соответствии с законом: скорость изменения момента импульса равна вращающему моменту:

Представим себе теперь в магнитном поле В (рисунок ниже) частицу с магнитным моментом р_м и с механическим моментом р_φ. Момент р_м ориентирован по полю (как стрелка компаса), а момент р_φ – в противоположную сторону, если момент создается частицей с отрицательным электрическим зарядом (электрон). Такая ориентация соответствует состоянию равновесия. Пусть теперь возникло добавочное поле +ΔВ, перпендикулярное В; тогда изменяется направление равновесия (новое направление В +ΔВ = В₁) на частицу действует вращающий момент Т = [p_мВ₁].

Вместо того, чтобы приблизить p_м к направлению В₁, этот момент поворачивает ось частицы по нормали к p_мВ₁. В результате ось частицы начинает описывать конус вокруг В₁ (рисунок выше). Благодаря наличию трения конец вектора p_м движется не по окружности, а по спирали и направление p_м и В₁ постепенно сближаются. Но если в момент наибольшего удаления вектора p_м от направления В изменить знак дополнительного поля ΔВ, то направление равновесия изменится, оказываясь равным В₂ = В – ΔВ. Вектор p_м теперь будет описывать новый конус вокруг нового направления равновесия.

Если изменение поля происходит именно с такой частотой, то удается сильно раскрутить частицы. Описанное явление и носит название гиромагнитного резонанса. Оно приводит к многим интересным эффектам, например к появлению пульсирующего магнитного момента в направлении перпендикулярном к плоскости В, ±ΔВ.

Резонансная частота ω и постоянное магнитное поле В связаны между собой уравнением (в Гауссовой системе):

Где e/m – отношение заряда электрона к его массе.

Намагниченность

Мерой магнитного состояния вещества служит намагниченность М, которая определяется как плотность магнитного момента Кили как магнитный момент, отнесенный к единице объема:

Намагниченность измеряется в амперах на сантиметр (А/см).

Определение намагниченности подобно определению электрической поляризованности. Как и в случае электрического поля, смысл перехода к пределу в формуле (3) носит условный характер.

Намагничение ферромагнетиков (ферромагнитных тел) отличается рядом существенных особенностей. Они вызваны прежде всего тем, что даже при условии отсутствия внешнего поля и при отсутствии средней намагниченности ферромагнитные тела состоят из ряда маленьких областей, внутри которых неуравновешенные спиновые моменты соседних атомов ориентированы параллельно. Эти области оказываются самопроизвольно (спонтанно) намагниченными. В каждой из этих областей намагниченность близка к предельно возможной, или, как говорят, к намагниченности насыщения М_в (равной примерно 16000 А/см).

В соседних областях намагниченность может быть ориентирована по-разному (рисунок ниже).

На рисунке показано постепенное изменение ориентации спинов при переходе из одной области в другую, при том, что в соседних областях спины ориентированы прямопротивоположно. Для представления о порядке величин скажем, что по ширине области одинаковой намагниченности может располагаться несколько миллионов атомов, а в пограничной зоне располагается в ряд около тысячи атомов. Считаясь с фактором существования таких областей, среднюю намагниченность в объеме V удобно представлять равенством:

Где V_i – объем i-й области, в которой намагниченность имеет значение М_i. М_ср = 0 в размагниченном ферромагнетике, при том, что в каждой из областей:

Под влиянием внешнего поля средняя намагниченность ферромагнетика возрастает, в простейшем случае изотропного тела она оказывается направленной параллельно внешнему полю.

При намагничении ферромагнетика могут наблюдаться три разных процесса.

Первый процесс – это процесс смещения границ между соседними областями, приводящий к росту объема областей, имеющих слагающую намагниченность, ориентированную по полю. В результате этого процесса растет М_ср за счет перераспределения объемов V_i.

Второй процесс называют процессом вращения, он заключается в поворачивании векторов самопроизвольной намагниченности, приближающем их направление к направлению внешнего поля.

Третий процесс заключается в незначительном увеличении магнитного момента внутри областей под влиянием внешнего поля.

На рисунке ниже схематически показаны процессы смещения границ и процессы вращения, В – индукция внешнего поля.

Существование областей самопроизвольной намагниченности обнаруживается экспериментальным путем посредством образования порошковых узоров (фигур) на границах областей – выходящее за пределы тела неоднородное поле создает силы, притягивающие мелкие частицы ферромагнитного порошка.

На рисунке ниже приведены фотографии порошковых фигур.

Последовательное фотографирование при изменении внешнего поля позволяет кинематографически наблюдать движение границ между областями при намагничении тела.

НАМАГНИЧЕННОСТЬ

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1983 .

– характеристика магн. состояния макроскопич. тела; средняя плотность магн. момента M, определяется как магн. момент I единицы объёма: M = I/V. Предел M= dI/dV (dI – магн. момент физически бесконечно малого объёма dV )наз. намагниченностью среды в точке. H. однородна в пределах рассматриваемого объёма, если в каждой его точке M имеет одну и ту же величину и направление. Единица H. в Международной системе единиц – ампер на метр (1 A/м – H., при к-рой 1 м 3 вещества обладает магн. моментом 1 А . м 2 ), в СГС системе единиц – эрг(Гс . см 3 ).

H. вещества зависит от величины магн. поля и темп-ры (см. Парамагнетизм, Диамагнетизм, Ферромагнетизм). Зависимость M от напряжённости внеш. магн. поля H. выражается кривой намагничивания (см. Намагничивание, Гистерезис магнитный). H. тела зависит от напряжённости внеш. поля H, магн. свойств вещества этого тела, его формы и расположения во внеш. поле. Между напряжённостью поля в веществе H B и полем H существует соотношение: Н В = Н – NM, где N – размагничивающий фактор. В изотропных веществах направление M совпадает с направлением H, в анизотропных – направление M и H в общем случае различны.

Лит.: Вонсовский С. В., Магнетизм, M., 1971; Пар-селл Э., Электричество и магнетизм, пер. с англ., 3 изд., M., 1983.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1988 .

Смотреть что такое “НАМАГНИЧЕННОСТЬ” в других словарях:

НАМАГНИЧЕННОСТЬ — НАМАГНИЧЕННОСТЬ, характеристика магнитного состояния макроскопического тела; в случае однородно намагниченного тела намагниченность определяется как магнитный момент единицы объема. Намагниченность зависит от внешнего магнитного поля. График этой … Современная энциклопедия

Намагниченность — НАМАГНИЧЕННОСТЬ, характеристика магнитного состояния макроскопического тела; в случае однородно намагниченного тела намагниченность определяется как магнитный момент единицы объема. Намагниченность зависит от внешнего магнитного поля. График этой … Иллюстрированный энциклопедический словарь

Намагниченность — Размерность L−1I Единицы измерения СИ А·м−1 СГС … Википедия

Намагниченность — (J) свойство веществ, т.н., м лов, определяемое магнитным моментом единицы объема и в общем случае характеризующее их способность к созданию магнитных полей. II. г. п. и руд изменяется от 10 6 до нескольких единиц гс. Наименьшие значения II.… … Геологическая энциклопедия

намагниченность — магниченность Словарь русских синонимов. намагниченность сущ., кол во синонимов: 2 • магниченность (1) • … Словарь синонимов

намагниченность — Векторная величина, характеризующая магнитное состояние вещества, равная пределу отношения магнитного момента, связанного с элементом объема вещества, к объему этого элемента, когда объем и все размеры этого элемента стремятся к нулю. [ГОСТ Р… … Справочник технического переводчика

НАМАГНИЧЕННОСТЬ — (обозначается обычно М или J) отношение магнитного момента тела к его объему … Большой Энциклопедический словарь

Намагниченность — векторная величина, характеризующая магнитное состояние вещества, равная пределу отношения магнитного момента, связанного с элементом объема вещества, к объему этого элемента, когда объем и все размеры этого элемента стремятся к нулю. Источник … Официальная терминология

намагниченность — намагниченность; интенсивность намагничивания Векторная величина, характеризующая состояние вещества, приобретаемое им в результате его намагничивания, равная пределу отношения магнитного момента некоторого объема вещества к этому объему, когда… … Политехнический терминологический толковый словарь

НАМАГНИЧЕННОСТЬ — (1) физ. величина, характеризующая магнитное состояние вещества (тела), обозначается 1; в случае однородно намагниченного тела Н. определяется как отношение магнитного (см.) к малому элементу объёма тела (равна геометрической сумме магнитных… … Большая политехническая энциклопедия

Намагниченность

Магнитные свойства вещества. Диамагнетики, парамагнетики. Магнитная проницаемость.

2. Ферромагнетики. Петля гистерезиса (С/Р).

1.Все вещества в магнитном поле изменяют свои свойства, то есть намагничиваются. Но степень намагничивания у разных веществ различна.

Магнитное поле возникает вокруг любого направленно движущегося электрического заряда. Внутри молекул и атомов циркулируют элементарные электрические токи вследствие движения электронов и атомов. Если плоскости, в которых циркулируют эти токи (векторы индукции магнитных полей), расположены беспорядочно по отношению друг к другу (из за теплового движения молекул), то их действия взаимно компенсируются и никаких магнитных свойств тело не обнаруживает. В намагниченном состоянии элементарные токи в теле ориентированы так, что их действия складываются.

Внесем во внешнее магнитное поле кусок вещества намагниченного действием этого поля. Магнитная индукция в этом элементе складывается из двух частей

=+

– индукция внешнего поля

– индукция собственного или внутреннего поля.

По магнитным свойствам вещества могут быть подразделы на три вида:

1) Вещества, у которых индукция собственного поля мала по сравнению с индукцией внешнего поля, но оба поля направлены проти-воположно друг другу – называется диамагнетиками.

«, ↓↑. В диамагнетиках внешнее поле немного ослабляется действием слабого противоположно направленного собственного поля.

Без внешнего поля векторы индукции магнитных полей микро токов полностью разориентированы, поэтому результирующее магнитное поле у атомов отсутствует. и если диамагнетик вынести из внешнего магнитного поля, он полностью размагнитится.

К диамагнетикам относятся инертные газы, некоторые металлы (золото, серебро, ртуть), вода и многие органические вещества.

Величина, показывающая во сколько раз индукция результирующего магнитного поля в веществе отличается от индукции магнитного поля в вакууме называется относительной магнитной проницаемостью: μ = …(12.1)

Для диамагнетиков μ -6 .

2) вещества, у которых индукция собственного поля также мала по сравнению с индукцией внешнего поля и оба поля направлены одинаково, называется парамагнетиками. В них внешнее поле немного усиливается, за счет добавления слабого, но одинаково направленного собственного поля.

«, ↑↑. (внутренне поле гораздо меньше внешнего и со направлено ему).

В парамагнитных веществах результирующее магнитное поле каждого атома отлично от нуля, но без внешнего поля результат наложения полей атомов из за их теплового хаотического движения дает ноль.

К парамагнетикам относятся некоторые металлы (платина, алюминий), щелочные металлы, кислород и другие вещества. μ > 1, но не намного.

2. Вещества, у которых, при определенных условиях индукция собственного поля намного больше индукции внешнего поля и оба поля направлены одинаково называются ферромагнетиками.

», ↑↑. В них внешнее поле многократно усиливается, за счет возникновения весьма сильного собственного поля данного ферромагнетика.

В этих магнетиках в отсутствие внешнего магнитного поля отличается от нуля индукция магнитных полей не только у отдельных атомов, но и у целых областей магнетика размерами до 1 микрона. Их называют доменами – это области в кристалле с не скомпенсированным магнитным полем. У некоторых ферромагнетиков домены так велики, что их можно наблюдать в микроскоп (порядка 10 -4 – 10 -2 см). Попав во внешнее магнитное поле, разориентированные до этого магнитные моменты отдельных доменов начинают переориентироваться по полю и чем больше индукция внешнего поля В, тем больше доменов по нему ориентированно. При некоторой достаточно большой индукции внешнего магнитного поля В_нас. Векторы индукции полей всех доменов окажутся сонаправлены внешнему полю. Это состояние называется насыщениемферромагнетика.

Магнитная проницаемость ферромагнетиков достигает очень большой величины. Она непостоянная (≠соnst) и зависит от В. При выключении внешнего магнитного поля ферромагнетик остается намагниченным достаточно большое время, т.е. создает магнитное поле в окружающем пространстве. Упорядоченная ориентация элементарных токов не исчезает при выключении внешнего поля. Благодаря этому существуют постоянные магниты.

При температуре, большей некоторой определенной для данного ферромагнетика, ферромагнитные свойства его исчезают. Эту Т называют температурой кюри Т_К.

2.1. Петля гистерезиса (С/Р).

Петля гистерезиса характеризует способность данного ферромагнетика к намагничиванию. Если она узкая, то есть коэрционная сила ферромагнетика мала, то такой ферромагнетик легко размагнитить и пере магнитить – мягкий ферромагнетик. Ферромагнетики с широкой петлей гистерезиса называются жесткими,потому что их трудно размагнитить. Это постоянные магниты.

2. Всякое вещество является магнетиком, т.е. оно способно под действием внешнего магнитного поля приобретать магнитный момент (намагничиваться), что связан с действием магнитного поля на движущиеся в атоме электроны. В грубом приближении можно считать, что электрон в атоме движется по круговой орбите, представляя собой круговой ток, и поэтому обладает орбитальным магнитным моментом. = I·S n…(12.2)

Модуль которого равен: P_m= I S = е·ν·S…(12.3)

где I – сила тока, I = е·ν

е – заряд электрона;

ν – частота вращения электрона по орбите;

S – площадь орбиты;

n – единичный вектор.

Магнитный момент атома (молекулы) р_а складывается из магнитных моментов его электронов и равен их векторной сумме.

Для количественного описания намагничевания магнитиков вводят векторную величину – намагниченность – магнитный момент единицей объема магнетика: J=…(12.4). J=

где =.- магнитный момент магнетика представляет собой сумму магнитных моментов отдельных молекул и атомов. Это векторная величина, которая во внешнем поле направлена либо параллельно ему, либо антипараллельно.

В несильных полях намагниченность J прямо пропорциональна напряжен-ности м. поля вызвавшего намагничивание: J = ·Н…(12.5)

где χ – магнитная восприимчивость вещества. Она связана с магнитной проницаемостью соотношением μ = (1 + χ).

Для диамагнетиков χ 0 (поля совпадают). Для ферромагнетиков χ>> 0.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Студент – человек, постоянно откладывающий неизбежность. 11334 – | 7599 – или читать все.

Лекция 13. Магнитное поле в веществе. Намагниченность

Установлено, что молекулы многих веществ обладают собственным магнитным моментом, обусловленным внутренним движением зарядов. При отсутствии внешнего магнитного поля магнитные моменты молекул ориентированы беспорядочно, поэтому их результирующее магнитное поле равно нулю.

Если вещество поместить в магнитное поле В_о, то магнитные моменты его молекул приобретают преимущественную ориентацию и суммарный магнитный момент становится отличным от нуля. В результате возникает собственное магнитное поле магнетика B¢.

Намагниченность. Для описания намагничивания вводят векторную величину J – намагниченность, определяемую магнитным моментом единицы объема магнетика

, (136)

где p_mi – магнитный момент отдельной молекулы магнетика, суммирование производится по всем молекулам в физически бесконечно малом объеме DV. Внешнее поле ориентирует каждый магнитный момент вдоль поля (аналогично поведению контура с током в магнитном поле). Результирующее поле В в магнетике является векторной суммой внешнего поля В_о и поля В‘, создаваемого молекулярными токами

В =В_о + В‘, (137)

где В_o=m_oН. Если во всех точках вектор J одинаков, то говорят, что вещество намагничено однородно.

Рис.43

Для описания поля молекулярных токов рассмотрим цилиндрический образец магнетика длины l и площадью сечения S, такой что l 2 >>S. Под действием однородного внешнего поля В_o (рис.43) плоскости молекулярных токов будут стремиться расположиться перпендикулярно вектору В_o. На внутренних участках сечения соседние молекулярные токи направлены навстречу друг другу и поэтому компенсируются. Нескомпенсированными будут лишь молекулярные токи, выходящие на боковую поверхность. Их сумма составляет поверхностный молекулярный ток I¢, создающий внутри цилиндра магнитное поле В’, подобное полю соленоида В’=m_oI’/l (для соленоида В=m_onI, где nI – ток, приходящийся на единицу длины, что для цилиндра равно I’/l. Магнитный момент тока намагничивания I’ равен: р_m= I’S=I’lS/l=I’V/l, где V – объем магнетика. Отсюда магнитный момент единицы объема равен

.

Таким образом, В’=m_oj, что для многих магнетиков верно и в векторном виде

В‘=m_oJ.

Подставляя в (137) В_o и В‘, получим результирующее поле в магнетике

B = m_oH + m_oJ. (138)

У большинства слабых магнетиков намагниченность пропорциональна напряженности магнитного поля

J= cH.(139)

Безразмерная величина c называется магнитной восприимчивостью. Подставляя (139) в (138), получим

.

Величина m=I+c, – также безразмерная, называется магнитной проницаемостью вещества. Таким образом, в магнетике

B= mm_oH. (140)

Рис.44 Рис.45

Вычислим сумму токов намагничивания , где j¢ – плотность этого тока. Выберем в магнетике произвольный контур L, ограничивающий поверхность S. Как видно из рис.44, микротоки могут быть двух типов: одни пронизывают поверхность S дважды в противоположных направлениях, другие – один раз и как бы нанизаны на границу L. Первые в сумме дают ноль, вторые складываются в ток намагничивания. Очевидно, нанизанными окажутся токи, попавшие внутрь косого цилиндра объемом dV=S_idl×cosa (рис.45), где dS_i – площадь i-го молекулярного тока, a – угол между J и элементом dl контура. Сумма токов dI¢=I_i¢×ndV, где n – концентрация. Так как dV =S_idlcosa, то dI’=nI_i¢×S_i×dlcosa, где первые три сомножителя представляют собой модуль магнитного момента единицы объема, т.е. намагничивание. Так как произведение модулей двух векторов на косинус угла между ними есть скалярное произведение,следовательно, dI’=(J,dl). Интегрируя вдоль L, получаем

. (141)

Циркуляция вектора намагниченности равна сумме микротоков намагчивания. Применяя к (141) формулу Стокса, получим:

rot J= j¢. (142)

Циркуляция вектора Н в присутствии магнетика. Поскольку в магнетике вектор В определяется токами проводимости I и токами намагничения I¢, теорема о циркуляции вектора В должна выглядеть так

.

Вычислить I¢ весьма сложно. Чтобы его избежать, перепишем последнее выражение следующим образом:

. (143)

H = B/m_o – J, (144)

называется вектором напряженности магнитного поля в веществе. Поскольку в отсутствие вещества Jº0, это определение согласуется с ранее введенным для вакуума Н=В/m_o; и теорема о циркуляции вектора Н может быть записана так

.

Учитывая, что вектор Н может появляться еще и за счет токов смещения, окончательной формулировкой будет следующая:

. (145)

Циркуляция вектора Н по произвольному контуру равна сумме всех токов проводимости и смещения, охватываемых этим контуром.

Граничные условия для векторов B и H. Выделим на границе раздела магнетиков 1 и 2 цилиндр дифференциально малой высоты (рис.46). Тогда потоком вектора В через боковую поверхность можно пренебречь, и полный поток наружу из этого цилиндра равен

или с учетом того, что n=-n¢,после сокращения на DS имеем

т.е. нормальная составляющая вектора В сохраняется.

Рис.46 Рис.47

Применим теорему о циркуляции вектора H к прямоугольному контуру длины l и пренебрежимо малой высоты (рис.47) H_2tl+ H_1t¢ l=0. Учитывая, что t=- t¢, получаем граничное условие для вектора H

Очевидно, на границе раздела однородных магнетиков вектор B ведет себя аналогично вектору D, а вектор H – аналогично вектору E. Поэтому с учетом соотношения (140) для остальных составляющих получаем

, . (148)

Таким образом, тангенциальная составляющая вектора B и нормальная составляющая вектора Н испытывают скачок при переходе границы раздела двух магнетиков.

Классификация магнетиков. Все магнетики делятся на слабомагнитные (пара- и диамагнетики) и сильномагнитные (ферромагнетики).

Диамагнетики. В грубом приближении электрон в атоме движется по орбите подобно волчку. Как известно из механики, в этом случае возникает прецессия орбиты, т.е. вращение вектора р_m вокруг В. Расчет показывает, что для однородного внешнего поля угловая скорость прецессии одинакова для всех электронов. Вследствие этого возникает дополнительный индуцированный магнитный момент, направленный против поля, р_m¢

–В. Это и есть причина диамагнетизма. Если атомы обладают собственным магнитным моментом, то поле оказывает на них ориентирующее действие. Возникающий вследствие ориентации результирующий магнитный момент р_m>>р_m¢. Поэтому диамагнитными свойствами обладают только те вещества, молекулы которых не имеют собственного магнитного момента. Магнитная проницаемость диамагнетиков – m£1, а магнитная восприимчивость – c=m-I, очевидно, немного меньше нуля.

Парамагнетики. Парамагнетиками называются вещества у которых магнитный момент молекул рm¹0. Если парамагнетик внести в магнитное поле, то последнее будет стремиться упорядочить магнитные моменты молекул параллельно вектору В поля, а тепловое движение, напротив, разбросать. В результате возникает некоторая преимущественная ориентация. Экспериментально установленный закон Кюри показывает, что магнитная восприимчивость парамагнетиков обратно пропорциональна абсолютной температуре

. (149)

где С – постоянная Кюри, зависящая от структуры вещества. Для парамагнетиков c>0, а m>I.

Рис.48

Ферромагнетики. Для ферромагнетиков зависимость В(Н) нелинейна и неоднозначна, поэтому формально вводят m=В/m_oН=f(H), но при этом m имеет смысл только в ходе первоначального намагничивания (см. участок 0®1 на рис.46). Максимальное значение m у ферромагнетиков может быть очень велико, например, у железа m»5000. На рис.48 представлена кривая намагничивания для типичного ферромагнетика. При первоначальном увеличении H индукция магнитного поля возрастает до некоторой величины (участок 0®I). Затем при уменьшении напряженности до нуля индукция магнитного поля не спадает до нуля (I®2). Это остаточное намагничивание объясняет существование постоянного магнита. Увеличение Н в противоположном направлении (2®3) приводит к полному размагничиванию, а затем и к перемагничиванию, т.е. переориентации магнитных моментов в противоположном направлении (3®4). Затем при уменьшении Н кривая идет по пути 4®5. При Н=0 (в точке 5) В¹0. Уменьшение В до нуля происходит при возрастании Н в первоначальном направлении (5®6). Намагничивание по пути 6®I отличается от первоначального 0®1 и указывает на неоднозначность зависимости В(Н). Ферромагнетизм нельзя объяснить в рамках классической электродинамики. Оказалось, что в ферромагнетике действуют межатомные силы, имеющие квантовую природу, которые ориентируют спиновые магнитные моменты электронов в атомах параллельно друг другу. Области с параллельно направленными магнитными моментами называются доменами. Типичный размер домена » 10 -4 см. Во внешнем магнитном поле магнитные моменты доменов ориентируются по полю, значительно увеличивая магнитную индукцию в ферромагнетике. При достаточной величине внешнего поля практически все домены ориентируются вдоль него. При снятии внешнего поля не все домены разориентируются, поэтому для ферромагнитных материалов характерно сохранение остаточной намагниченности.

Дата добавления: 2015-08-14 ; просмотров: 2966 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Что такое намагниченность

Намагниченность — это термин, используемый для описания магнитного поля, устанавливающегося в веществе вследствие его поляризации. Это поле возникает под влиянием приложенного внешнего магнитного поля и объясняется двумя эффектами. Первый из них состоит в поляризуемости атомов или молекул, его называют эффектом Ленца. Второй — это эффект поляризации при упорядочении ориентаций магнетонов (единица элементарного магнитного момента).

Намагниченность характеризуется следующими свойствами:

1. При отсутствии внешнего магнитного поля или какой-либо иной силы, упорядочивающей ориентации магнетонов, намагниченность вещества равна нулю.

2. При наличии внешнего магнитного поля намагниченность зависит от напряженности этого поля.

3. У диамагнитных веществ намагниченность имеет отрицательное значение, у других веществ она положительна.

4. У диамагнитных и парамагнитных веществ намагниченность пропорциональна приложенной намагничивающей силе.

5. У других веществ намагниченность является некоторой функцией приложенной силы, действующей согласованно с локальными силами, упорядочивающими ориентации магнетонов.

Намагниченность ферромагнитного вещества представляет собой сложную функцию, которую можно с наибольшей точностью описать при помощи петли гистерезиса.

6. Намагниченность любого вещества можно представить в виде величины магнитного момента на единицу объема.

Явление магнитного гистерезиса представляется графически в виде кривой, которая изображает зависимость между напряженностью приложенного внешнего магнитного поля Н и результирующей магнитной индукцией В.

Для однородных веществ эти кривые всегда симметричны относительно центра графика, хотя они сильно различаются по форме для разных ферромагнитных веществ. Каждая конкретная кривая отражает все возможные устойчивые состояния, в которых могут находиться магнетоны данного вещества в присутствии или при отсутствии приложенного внешнего магнитного поля.

Намагниченность веществ зависит от предыстории их намагничивания: 1 — остаточная намагниченность; 2 — коэрцитивная сила; 3 — смещение рабочей точки.

На рисунке выше показаны различные характеристики петли гистерезиса, которые определяются следующим образом.

Остаточная намагниченность выражается магнитной силой, требующейся для возвращения доменов к исходным условиям нулевого равновесия после того, как это равновесие было нарушено приложенным извне насыщающим полем. Эта характеристика определяется точкой пересечения петлей гистерезиса оси В (что соответствует значению Н = 0).

Коэрцитивная сила — это остаточная напряженность внешнего поля в веществе после снятия приложенного внешнего магнитного поля. Эта характеристика определяется точкой пересечения петлей гистерезиса оси Н (что соответствует значению Н = 0). Индукция насыщения соответствует максимальному значению индукции В, которое может существовать в веществе независимо от намагничивающей силы Н.

На самом деле плотность потока продолжает возрастать и после точки насыщения, но для большинства целей его увеличение является уже несущественным. Поскольку в этой области намагниченность вещества не приводит к усилению результирующего поля, магнитная проницаемость падает до очень малых значений.

Дифференциальная магнитная проницаемость выражает наклон кривой в каждой точке петли гистерезиса. Контур петли гистерезиса показывает характер изменения плотности магнитного потока в веществе при циклическом изменении внешнего магнитного поля, приложенного к этому веществу.

Если приложенное поле обеспечивает достижение состояний и положительного, и отрицательного насыщения плотности потока, то результирующая кривая называется основной петлей гистерезиса. Если же плотность потока не достигает обоих экстремумов, то кривая называется вспомогательной петлей гистерезиса.

Форма последней зависит как от напряженности циклического внешнего поля, так и от конкретного расположения вспомогательной петли по отношению к основной. Если центр вспомогательной петли не совпадает с центром основной петли, то соответствующая разность намагничивающих сил выражается величиной, называемой магнитным смещением рабочей точки.

Магнитная проницаемость возврата — это значение наклона вспомогательной петли в окрестности рабочей точки.

Эффект Баркгаузена заключается в последовательности малых «скачков» намагниченности, возникающей при непрерывном изменении намагничивающей силы. Это явление наблюдается только в средней части петли гистерезиса.