Ferromagnets - studopediya

Este cunoscut faptul că un atom de orice material constă dintr-un nucleu încărcat pozitiv și electroni încărcați negativ se rotesc în jurul nucleului și în modul de a crea un curent electric circular. Așa cum sa arătat anterior, o circulară curent (bobina cu un curent) generează un câmp magnetic (Fig. 4g). Pentru majoritatea materialelor, câmpurile magnetice generate de diferiți electroni și atomii sunt direcție arbitrare, și un câmp care rezultă din materialul în ansamblu este zero. Cu toate acestea, pentru unele materiale, numite materiale feromagnetice, din cauza unor circumstanțe de natura devine stat energetic favorabil în care câmpurile magnetice ale atomilor învecinate într-o singură direcție. Această condiție este îndeplinită pentru anumite zone de dimensiuni microscopice de ordinul a 0,1 ... 10 m, care sunt numite domenii (din județul franceză). În zonele învecinate, această condiție este efectuată, dar câmpul magnetic pot fi diferite (de obicei îndreptate opus sau perpendicular) și în general energetic favorabil este o stare în care câmpul rezultant este zero întregul material. Dimensiunile de domeniu sunt de obicei mai mici decât granulele de cristal ale metalului care cuprinde (fig. 8) și, astfel, fiecare bob de cristal este împărțită în mai multe domenii cu diferite orientări ale câmpurilor magnetice. Un astfel de model este observat în absența unui câmp magnetic exterior. Despre un feromagnet spun că este demagnetizat.

Proprietățile feromagnetice sunt pierdute în cazul în care materialul este încălzit peste o anumită temperatură, care se numește temperatură Curie. Domenii în timp ce dispar. După răcirea ulterioară a domeniilor materiale apar din nou și proprietățile sale feromagnetice sunt restaurate. Pentru fier, temperatura Curie este de 768 ° C.

Fig. 8. Structura cristalină a metalelor (a) și în domenii separate de cristal feromagnet cereale

5.Namagnichivanie și inversarea feromagneți

Luați în considerare comportamentul unui feromagnet demagnetized în exterior, crescând treptat câmpul magnetic (Fig. 9). La momentul inițial, când H = 0, rezultând inducția magnetică în interiorul feromagnet B. După cum sa menționat deja, este egal cu zero (Fig. 9, și, d). Prin creșterea intensității câmpului magnetic extern pe domenii, câmpul magnetic intern care este „adecvat“ direcție va crește în dimensiune, prin reducerea dimensiunilor domeniilor „nefavorabile“ direcția câmpului intern (Fig. 9b). Deoarece acest proces are loc datorită deplasării pereților domeniului, acesta va continua atâta timp cât domeniile „favorabil“ orientat câmp magnetic intern nu ocupă întregul volum de material feromagnetic (fig. 9c).

Fig. 9. Procesul de magnetizare a unui feromagnet: a - z stare de domeniu cu creșterea câmpului magnetic, d - curba de magnetizare, e - variația permeabilității magnetice

La porțiunea inițială a coronamentului (1) procesul este reversibil, adică când deconectarea câmpului revine feromagnetice la starea inițială. Pe o porțiune abruptă (2), deplasarea este frontierele neregulate (sau salturi efect Barkhausen), iar procesul este ireversibil (în secțiunea lărgită descrisă pe dreapta curbei). Odată cu creșterea în continuare a câmpului magnetic extern (regiunea 3) Câmpul interior este rotit în direcția extern și, eventual, să coincidă cu ea (Fig. 9d). Dependența B (H) este prezentat în figura 9, d se numește o curbă de magnetizare, și, după cum este evident, nu este liniar. Intensitatea câmpului magnetic exterior, după care proba de inducție internă nu mai crește (Fig. 9 g) se numește un câmp de saturație Hm. și inducția magnetică a eșantionului - saturație densitatea fluxului magnetic Bm. creștere ulterioară a inducției magnetice se produce numai datorită unei creșteri a câmpului magnetic extern. Mai jos (Fig. 9 e) arată relația m (n) (m = B / m0 H), care este, de asemenea, non-linear.

După cum sa menționat deja, procesul de magnetizare a materialelor feromagnetice este ireversibil. Acest lucru înseamnă că, dacă suntem de magnetizat la starea de saturație (H = Hm), va începe să reducă câmpul magnetic extern, inducția în eșantion nu va fi modificată în conformitate cu curba de magnetizare de 0 - 1, (Figura 10 a). Deoarece intensitatea câmpului scade de la Hm la 0, inducția eșantionului schimbat din Br la Bm conform curbei 1 - 2. Acest fenomen este legat de ireversibilitatea porțiunii pereți domeniu proces de deplasare 2 a curbei de magnetizare se numește histerezis magnetic. Valoarea inducției Br atunci când câmpul extern este numit remanenta (sau magnetizarea rezidual).

Dacă un material feromagnetic, într-o stare de magnetizare reziduală se aplică în prezent un câmp magnetic exterior în direcția opusă de la 0 la - Hm. inducția magnetică în probă va varia în conformitate cu curba 2 - 3 - 4. Field - hc. în care inducerea eșantionului este egal cu 0 este numită forța coercitivă. Odată cu creșterea în continuare a câmpului magnetic extern invers valorii - Hm feromagnet este magnetizat la saturație Bm asemenea direcție inversă (punctul 4). În modificarea ulterioară în câmpul extern de la - până la Hm
+ Hm inducție în probă va varia în funcție de curba
4 - 5 - 6 - 1, trecând succesiv prin valoarea magnetizării reziduale, forța coercitivă și inducerea saturării semne opuse. Curba rezultată NI închis 1 - 2 - 3 - 4 - 5 - 6 - 1 se numește limita buclei histerezis. Schimbarea secvențială a câmpului magnetic extern Hm de la + la - Hm, și așa mai departe, inducția magnetică în feromagnet va varia în conformitate cu această limită a ciclului de histerezis.

În cazul în care magnetizare inversare intensitatea câmpului Hm ia mai puțin. densitatea fluxului magnetic va varia, de asemenea, în funcție de bucla histerezis de dimensiuni mai mici, care se numește buclă de histerezis privat.

Fig. 10. Inversarea magnetizare a unui feromagnet și o buclă de histerezis - și, ciclul de demagnetizare feromagnetic scade gradual câmp magnetic - b

Dacă secvențială feromagnet inversare la fiecare ciclu următor reduce ușor intensitatea câmpului magnetic extern, de fiecare dată când am ajuns la punctul cu o densitate de flux magnetic este, de asemenea, mai mică decât în ​​ciclul anterior, așa cum este prezentat în Fig. 10 b. Ca rezultat, la pasul următor, atunci când câmpul extern este aproape de zero, vom obține feromagnet practic demagnetizat cu inducție magnetică zero. Demagnetizarea prin inversarea magnetizare succesive cu o scădere a valorii maxime a câmpului extern este una dintre principalele metode de demagnetizare pieselor magnetice după control.

Alte metode se referă demagnetiza încălzire feromagnetice peste temperatura Curie. Demagnetizarea în acest caz este, pskolku temperatură mai completă, cu toate acestea, în stadiul tehnicii, această metodă nu este utilizat pe scară largă Curie feromagnetice este destul de mare și de fier, așa cum a spus deja, 768 ° C.

demagnetizarea parțială apare și umflături și, de asemenea, ar trebui să fie luate în considerare în control prin metode magnetice.

În funcție de forma buclei histerezis toate ferromagnets este împărțită convențional în două grupe: magnetic moale și tare magnetic. Pentru materialele feromagnetice magnetice moi includ o buclă de histerezis „îngustă“, pentru care valoarea forței coercitive este mai mică de 800 A / m (Hc <800 А/м). К магнитотвердым соответственно относятся ферромагнетики с "широкой" петлей, у которых коэрцитивная сила больше 4 кА/м (Нc> 4 kA / m).

Valoarea forței coercitive este decisivă în alegerea metodei de magnetizare detaliile sub control, care vor fi discutate în continuare. Materiale magnetice moi sunt utilizate, de exemplu, la fabricarea miezurilor magnetice și magnetizare dispozitivele cu miez de porți flux și sonde cu curenți turbionari și tare magnetic - pentru fabricarea de magneți permanenți.