8.1 Магнітне поле в магнетиках. Діа- пара- І феромагнетики та їх властивості

Магнітні властивості речовин характеризуються відносною ма­гнітною проникністю

в

р = —, (8.1)

яка показує відношення індукції магнітного поля в речовині В до ін­дукції магнітного поля у вакуумі (повітрі) В„.

Добавка до індукції, яка створюється речовиною, називається намагніченістю

Іт=В-Во=иВо-Во=0і-1).Во=х.Во=х ММ8.2)

де Н - напруженість магнітного поля, ио=4-я-10"7 Гн/м- магнітна стала,

X-- називається магнітною сприйнятливістю - це відношення

Во

намагніченості до індукції поля у вакуумі (повітрі).

В залежності від значень вказаних характеристик усі речовини поділяються на три групи: діамагнетики, парамагнетики і феромагне­тики.

У діамагнетиків р~ 0,99999 < 1, а%~-10"5 < 0. Магнітне поле у діамагнетиках послаблюється. Магнітна проникність і магнітна сприйнятливість не залежать від напруженості магнітного поля Н (рис.8.1, а). До діамагнетиків відносяться, наприклад, мідь, германій,

кремній, вісмут.

і     парамагнетик У парамагнетиків р * 1,0001 > 1, а

" б  х ~ 10   > 0, тобто магнітне поле незначно

підсилюється. Магнітна проникність і магнітна сприйнятливість також не залежать від напру­женості магнітного поля Н, але тільки у діамагнетик відносно   слабих    полях    і    при високих температурах. В сильних полях і при низьких температурах     намагніченість асимптотично наближається до насичення .І, (рис.8.1, б). Крім того, у парамагнетиків % обернено пропорційно залежить від температури по закону Кюрі

0

Х=§. (8-3)

де С - стала Кюрі визначається природою парамагнетика. До парамаг-нетиків відносяться П, БеСЬ, СаО, МіБ04.

 

Н8    н Нв      н Н

а> б) в)

У феромагнетиків р » 1 і % » 1, тобто магнітне поле значно

підсилюється. Залежність магнітної проникності і магнітної сприйнят­ливості від напруженості магнітного поля складніша, ніж у парамаг-нетиків (рис.8.2).

Із збільшенням намагнічуючого поля Н індукція В (рис.8.2, а) і намагніченість !„, (рис. 8.2, б) зростають спочатку швидко, а потім зростання сповільнюється, а починаючи деякого значення Ц, намагні­ченість практично досягає граничного значення насичення і3. Магніт­на сприйнятливість при цьому наближається до 0. Ретельне вивчення кривої намагнічування показує, що вона має стрибкоподібний харак­тер (рис.8.2, б). Це явище називається ефектом Баркгаузена, який впе­рше його виявив.

На рис.8.3 приведена крива повного циклу перемагнічування феромагнетика (петля гістерезису). Видно, що зміна В відстає від зміни Н. Це явище називається гістерезисом. При Н = 0 В = В^, - це за­лишкова намагніченість. Для її знищення Рисунок 8.3 необхідно     прикласти розмагнічуюче

(протилежне за напрямком) магнітне поле НЕ( напруженість якого називається коерцетивною силою. Площа петлі гістерезису пропорційна роботі перемагнічування одиниці об'єму феромагнетика, яка перетворюється в тепло. Матеріали з вузь-кою петлею гістерезису називаються мапптом'якими, а з широкою -магнітожорсткими. Наприклад, для сплаву магніко (від магнит, нікель і кобальт), який використовується для виготовлення постійних магні-

тів, Н„ %

5105А/м, В*

Рисунок 8.4

0,

~ 1,35 Тл.

При нагріванні феромагнетиків їхні магнітні властивості змінюються (рис.8.4). До деякої, характерної для кожного матеріалу, температури 0В магнітна сприйнятливість не залежить від температури, а потім різко зменшується, і феромагнетик перетворюється в парамагнетик. Має місце фазовий перехід другого роду. Подальша зміна % відбувається по закону Кюрі-Вейса

Х = ^. (8-4)

де 9 - парамагнітна температура Кюрі (вона дещо вища за температу­ру ек).

Намагнічування феромагнітних тіл інколи супроводжується змі­ною геометричних розмірів. Це явище називається магнітострикцією і використовується для генерації ультразвукових коливань.

Типовими феромагнетиками є залізо, кобальт, нікель.

З'ясуємо природу цих магнітних властивостей.