крива намагнічування

Розглянемо докладніше властивості феромагнетиків. Нехай в початковому стані феромагнетик НЕ намагнічений. Це означає, що сумарний магнітний момент доменів дорівнює нулю. Управління величиною і напрямком намагниченностью зразка здійснюється за допомогою магнітного поля, створюваного струмом провідності.

Основною характеристикою процесу намагнічування є крива намагнічування - залежність магнітної індукції B в ферромагнетики від напруженості магнітного поля H (рис. 8.1).

В області щодо малих значень H намагнічування здійснюється за рахунок зростання тих доменів, у яких вектор спонтанної намагніченості має орієнтацію, близьку до орієнтації вектора. Цей етап намагнічування називається процесом зміщення кордонів. Розрізняють оборотний процес зміщення кордонів, коли при відключенні зовнішнього магнітного поля домени повертаються до початкових розмірів (при малих значеннях H), і незворотний процес зміщення кордонів, коли при відключенні зовнішнього поля домени вже не приймаю початкові розміри (при досить великих значеннях H).

Після процесу незворотного зміщення кордонів відбувається поворот доменів таким чином, щоб орієнтації векторів і збігалися. Нарешті, в області сильного магнітного поля спостерігається магнітне насичення, де

Тут - максимальна для даного феромагнетика намагніченість, яка спостерігається в області доменів.

Початковий етап намагнічування описує крива ОА. При зменшенні величини H залежність B (H) не збігається з початковою залежністю ОА. Зокрема, при H = 0 образец залишається намагніченим. Величина Bост називається залишкової магнітної індукції. Для повного розмагнічування зразка необхідно створити магнітне поле певної величини Нк. яка називається коерцитивної силою. має напрям, протилежний напрямку магнітного поля, яке здійснює початкове намагнічування на ділянці ОА. При подальшому збільшенні магнітного поля спостерігаються ті ж стадії намагнічування, що і в області H> 0.

Зворотний процес перенамагнічіванія, здійснюваний шляхом зменшення величини магнітного поля до нуля з наступною зміною його напрямку і збільшення описується кривої DEА. Таким чином, процеси намагнічування і перемагнічування феромагнетика характеризуються гістерезисом. При цьому крива АСDEА симетрична щодо заміни H → -H і B → -B.

Площа гистерезисной кривої дорівнює енергії, що витрачається на повний цикл перемагнічування зразка. В кінцевому підсумку ця енергія перетворюється в енергію теплового руху (зразок нагрівається).

Феромагнетик зберігає свої властивості, якщо його температура менше деякої критичної температури, званої температурою Кюрі. При температурі, рівній температурі Кюрі (Тк) в матеріалі відбувається фазовий перехід другого роду, в результаті якого ферромагнетик стає парамагнетиком і зберігає властивості парамагнетика для всіх температур вище Тк. Якщо температуру зразка знизити і зробити менше температури Кюрі, то при температурі, рівній Тк відбувається зворотний фазовий перехід і зразок знову стає феромагнетиком. Відзначимо, що для заліза температура Кюрі Тк = 1043 К.

Величина температури Кюрі зіграла велику роль в розумінні фізичної природи феромагнетизму, оскільки відповідна цій температурі теплова енергія (k * Тк), де k - постійна Больцмана, виявилася набагато більше енергії взаємодії магнітних моментів двох сусідніх атомів. Звідси випливає, що феромагнетизм обумовлений не магнітним взаємодією атомів, а якимось іншим, більш сильним взаємодією.

Природа цієї взаємодії, яке називається обмінним, отримала пояснення за допомогою законів квантової механіки. Відповідно до принципу Паулі просторовий розподіл електронів сусідніх атомів і, відповідно, їх кулоновская енергія взаємодії виявляється залежною від орієнтації спінів електронів і, отже, орієнтації їх магнітних моментів. При певних умовах енергетично вигідною є однакова орієнтація спінів і, відповідно, пов'язаних з ними магнітних моментів атомних електронів. За феромагнетизм відповідальний тільки один електрон в атомі. В цьому випадку матеріал здатний спонтанно намагнічуватися, і є феромагнетиком.

Є речовини, для яких енергетично вигідна протилежна орієнтація спінів сусідніх атомів. В цьому випадку матеріал є антиферомагнетики. Реалізація феромагнітних або антиферомагнітних властивостей залежить від специфіки просторового розподілу атомних електронів, що визначають магнітний момент атомів.