Читать онлайн «Большая Советская энциклопедия (На)». Страница 51

Намагничивание

Намагни'чивание, процессы, протекающие в ферромагнетике при действии на него внешним магнитным полем и приводящие к возрастанию намагниченности ферромагнетика в направлении поля.

  В состоянии полного размагничивания ферромагнитный образец состоит из небольших областей (доменов , объёмом 10-9 —10-6 см3 , иногда до 10-3 см3 ), каждая из которых намагничена до насыщения Js , но при этом векторы самопроизвольной намагниченности доменов Js располагаются так, что суммарный магнитный момент образца J = 0.

  Н. состоит в переориентации векторов намагниченности доменов в направлении приложенного поля; включает процессы смещения, вращения и парапроцесс.

  Процесс смещения в многодоменном ферромагнетике заключается в перемещении границ между доменами; объём доменов, векторы Js которых составляют наименьший угол с направлением напряжённости магнитного поля Н , при этом увеличивается за счёт соседних доменов с энергетически менее выгодной ориентацией Js относительно поля. При своём смещении границы доменов могут менять форму, размеры и собственную энергию. Эти факторы в одних случаях способствуют, в других препятствуют процессу смещения. Обычно задержка смещения (и Н.) происходит при встрече границы с какими-либо неоднородностями структуры ферромагнетика (атомами примесей, дислокациями, микротрещинами и др.). Для возобновления смещения необходимо вновь изменять Н (либо температуру или давление).

  Процесс вращения состоит в повороте векторов Js в направлении поля Н . Причиной возможной задержки или ускорения процесса вращения является магнитная анизотропия ферромагнетика (первоначально векторы Js доменов направлены вдоль осей лёгкого намагничивания, в общем случае не совпадающих с направлением Н ). При полном совпадении Js с направлением Н достигается т. н. техническое магнитное насыщение, равное величине Js ферромагнетика при данной температуре.

  Парапроцесс заключается в выстраивании вдоль поля элементарных магнитных моментов, которые из-за дезориентирующего действия теплового движения были отклонены от направления Js в доменах. При этом величина намагниченности J ферромагнетика стремится к её значению при абсолютном нуле. Парапроцесс в большинстве случаев даёт очень малый прирост намагниченности, поэтому Н. ферромагнетиков определяется в основном процессами смещения и вращения.

  Если Н. ферромагнетика осуществлять при монотонном и медленном возрастании поля из состояния полного размагничивания (J = Н = 0), то полученную зависимость J (H ) называют кривой первого (первоначального) Н. (см. Намагничивания кривые ). Эту кривую обычно подразделяют на 5 участков (рис. 1 ). Участок I — область начального, или обратимого, намагничивания, где J = ca H . В этой области протекают главным образом процессы упругого смещения границ доменов (при постоянной начальной магнитной восприимчивости ca ). Область Рэлея (II) характеризуется квадратичной зависимостью J от Н (в этой области c линейно возрастает с Н ). В области Рэлея Н. осуществляется благодаря процессам смещения: обратимым, линейно зависящим от Н , и необратимым, квадратично зависящим от Н (см. Рэлея закон намагничивания ). Область наибольших проницаемостей (III) характеризуется быстрым ростом J , связанным с необратимым смещением междоменных границ. Н. на этом участке происходит скачками (см. Баркгаузена эффект ). В области приближения к насыщению (IV) основную роль играют процессы вращения. Участок V — область парапроцесса. Если после достижения состояния магнитного насыщения Js (в поле Hs ) начать уменьшать Н , то будет уменьшаться и J , но по кривой, лежащей выше кривой первого намагничивания (явление магнитного гистерезиса ). Гистерезисные явления сказываются и при Н. — они затрудняют рост J с увеличением поля, при их устранении значение J уже в слабых полях приближается к Js , отличаясь от неё на величину, обусловленную процессами вращения (рис. 2 ). Вклад процессов смещения и вращения в результирующую намагниченность ферромагнитного образца на различных участках кривой намагничивания зависит от его магнитной текстуры, наличия дефектов кристаллической решётки, формы образца и других факторов. Существенное влияние формы образца на ход кривой Н. (рис. 3 ) обусловлено действием размагничивающего фактора .

  Лит.: Вонсовский С. В., Магнетизм, М., 1971; Киренский Л. В., Магнетизм, 2 изд., М., 1967; Кифер И. И. и Пантюшин В. С., Испытания ферромагнитных материалов, М. — Л., 1955.

Рис. 1. а — кривая первого намагничивания: I — область обратимого намагничивания, II — область Рэлея, III — область наибольших проницаемостей, IV — область приближения к насыщению, V — область парапроцесса; б — схематическое изображение процессов намагничивания в многодоменном ферромагнетике.

Рис. 2. Безгистерезисная кривая намагничивания: теоретическая (1) и экспериментальная (2). Для сравнения приведена кривая первого намагничивания (3). Наклон экспериментальной безгистерезисной кривой обусловлен неоднородностями материала (пустотами, трещинами и т. п.), на которых образуются внутренние размагничивающие поля.

Рис. 3. Кривые намагничивания ферромагнитных образцов различной длины и формы: 1 — тороид; 2 — длинный тонкий образец; 3 — короткий толстый образец; Нразм — внутреннее размагничивающее поле, зависящее от формы образца.

Намагни'чивания кривы'е, графики, таблицы или формулы, показывающие зависимость намагниченности J или магнитной индукции В от напряжённости магнитного поля Н . Если известна зависимость J (H ), то по ней можно построить для того же вещества кривую индукции В (Н ), т. к. одновременные значения В , J , Н , относящиеся к одному элементу объёма вещества, связаны тождеством: В = Н + 4pJ (в СГС системе единиц ) или В = m0 (Н + J ) (в единицах СИ, здесь m0 — магнитная постоянная ).

  Н. к. магнитных материалов зависят не только от физических свойств материалов и внешних условий, но и от последовательности прохождения различных магнитных состояний, в связи с чем рассматривают несколько видов Н. к.: а) кривые первого намагничивания (рис. 1 ) — последовательности значений J или В , которые проходятся веществом при монотонном возрастании Н из начального состояния с B = H = J = 0 (при этом Н не меняет направления); б) кривые цикличного перемагничивания (или статические петли гистерезиса ) — зависимости В (Н ) или J (H ), получаемые после многократного прохождения определённого интервала значений Н в прямом и обратном направлениях (рис. 2 ); в) основные (или коммутационные) кривые — геометрическое место вершин симметричных петель перемагничивания (рис. 2 ) и др.

  По Н. к. определяют характеристики магнитных материалов (намагниченность остаточную , коэрцитивную силу Hc , магнитную проницаемость и др.), они служат для расчётов магнитных цепей электромагнитов, магнитных пускателей, реле и др. электротехнических устройств и приборов.

  Лит.: Кифер И. И., Испытания ферромагнитных материалов, 3 изд., М., 1969; Бозорт Р., Ферромагнетизм, пер. с англ., М., 1956.

Рис. 2. Семейство симметричных петель гистерезиса (2) и основная кривая намагничивания (1) для молибденового пермаллоя (79% Ni, 4% Mo, 0,2% Mn, остальное Fe).

Рис. 1. Кривые первого намагничивания пермаллоевых сплавов: 1 — хромистый пермаллой; 2 — молибденовый пермаллой; 3 — пермаллой с 75,8% Ni, остальное Fe; 4 — пермаллой с 45% Ni, остальное Fe.

Намагни'чивающая си'ла, то же, что магнитодвижущая сила .