ЛЕКЦІЯ №1

ОСНОВНІ МАГНІТНІ ЯВИЩА: ДІАМАГНЕТИЗМ, ПАРАМАТНЕТИЗМ, ФЕРОМАГНЕТИЗМ

1.      Крива намагнічування феромагнетика. Магнітні величини

2.      Класифікація матеріалів за магнітними властивостями

3.      Магнітно-м’які матеріали

4.      Низькочастотні магнітно-м’які матеріали

5.      Приклади

Всі матеріали, які знаходяться в зовнішньому магнітному полі, намагнічуються. Намагнічування пов’язане з наявністю в атомів, що складають матеріал (або іонів, молекул) мікроскопічних магнітних моментів.

Макроскопічною характеристикою намагнічування матеріалів служить величина намагнічуваності М, яка рівна сумарному магнітному моменту атомів одиниці об’єму.

Встановлено зв’язок намагнічуваності М з напруженістю Н зовнішнього магнітного поля:

М = kmН,

де km – безрозмірний коефіцієнт пропорційності називають магнітною прийнятністю матеріалу.

В залежності від знаку та величини магнітного сприйняття всі матеріали поділяють на діамагнетики, парамагнетики та феромагнетики.

Діамагнетики – матеріали, які намагнічуються протилежно прикладеному полю та послаблюють його, тобто мають km < 0 (від -10-4 до -10-7).

Діамагнетизм присутній всім речовинам (матеріалам) але виражений слабо. До діамагнетиків відносяться інертні гази, неперехідні метали (Be, Zn, Pb, Cu, Ag та ін.), напівпровідники (Ge, Si), діелектрики (полімери, скло та ін.), надпровідники.

Парамагнетики - матеріали, які мають km > 0 (від 10-2 до 10-5) та слабо намагнічуються зовнішнім полем.

Під дією зовнішнього поля магнітні моменти атома отримують переважне орієнтування (парамагнітний ефект), і в кристала з’являється деяка намагнічуваність. До пара магнетиків відносяться метали, атоми яких мають непарну кількість валентних електронів (K, Na, Al та ін.), перехідні метали (Mo, W, Ti, Pt та ін.) з недобудованими електронними оболонками атомів.

Феромагнетики характеризуються великим значенням магнітної сприйнятливості (km >> 1), а також її нелінійної залежності від напруженості поля та температури. Залізо, нікель, кобальт та рідко земельний метал гадоліній мають надзвичайно велике значення km ~ 106. Їх здатність сильно намагнічуватись широко використовується в техніці.

Згідно квантової теорії всі основні властивості феромагнетиків обумовлені доменною структурою їх кристалів.

Домен – область кристалу розміром 10-4 – 10-6 м, де магнітні моменти атомів орієнтовані паралельно визначеному кристалографічному напрямку.

(Між доменами є перехідні шари (доменні стінки) шириною 10-7 – 10-8 м, всередині яких спінові магнітні моменти поступово повертаються.)

КРИВА НАМАГНІЧУВАННЯ ФЕРОМАГНЕТИКА. МАГНІТНІ ВЕЛИЧИНИ

діамагнетизм феромагнетизм парамагнетизм гістерезис

Намагнічуваність монокристала феромагнетика анізотропна. Кристал заліза в напрямку ребра куба < 100 >намагнічується до насичення Мs при значно меншій напруженості поля при намагнічуванні в напрямку діагоналі куба < 111 > або в інших кристалографічних напрямках. Отже, в монокристалі заліза є шість напрямків легкого намагнічування, повернуті один відносно одного на 90 або 1800, за якими і орієнтуються вектори намагнічуваності доменів.

Питома енергія (Дж/м3), яку необхідно затратити на перемагнічування з напрямку легкого намагнічування в напрямок важкого намагнічування, називається константою кристалографічної магнітної анізотропії – К.

Магнітна індукція – густина магнітного струму визначається як сума зовнішнього Н та внутрішнього М магнітних полів:

В = μо (Н + М),

де магнітна стала μо = 4π·10-7 Гн/м.

Інтенсивність росту індукції при збільшенні напруженості намагнічуваного поля характеризує магнітна проникність μ. (Вона визначається як тангенс кута нахилу до первинної кривої намагнічування В = f(Н)).

Процеси намагнічування повністю необоротні. ............