Магнитные свойства ферромагнетиков.

В отличие от пара - и диамагнетиков, у которых вектор намагниченности пропорционален напряженности намагничивающего поля ` , у ферромагнетиков намагниченность, как и магнитная восприимчивость ǽ, являются весьма сложными нелинейными функциями от ` (см. рис. 5,а, б).

Из рис. 5,а видно, что намагниченность J вначале растет с Н сложным образом и при достаточно больших значениях Н>Н₃ становится постоянной, т.е. не зависящей от Н. Это явление называется насыщением (для железа, например, Н₃@100¸150 ).При этом максимальное значение восприимчивости достигает при Н₂<Н₃ (см. рис. 5,б), т.е. немного раньше, чем насыщение. Если теперь уменьшить внешнее поле до нуля, то в ферромагнетике сохранится некоторая остаточная намагниченность J_r (рис 5,а). Такое несовпадение кривых намагничивания (нижняя кривая, рис. 5,а) и размагничивания (верхняя кривая, рис. 5,а) характерно для ферромагнетиков и представляет собой явление магнитного гистерезиса.

Наглядной иллюстрацией этого явления может служить графическая зависимость В (Н), представляющая собой петлю гистерезиса (см. рис. 6). Кривая ОВ₁ называется начальной кривой намагничивания и описывает процесс намагничивания первоначально полностью размагниченного ферромагнетика во внешнем возрастающем магнитном поле.

Достигнув значения индукции начинаем уменьшать напряженность внешнего поля, при этом изменение индукции будет описываться кривой В₁В_r1, которая лежит выше кривой намагничивания ОВ₁ из-за отставания изменения индукции от изменения напряженности поля. В_r = m₀×J_r - остаточная индукция, имеющая место при Н = 0.

Для размагничивания ферромагнетиков нужно создать магнитное поле противоположного направления (кривая ).

Напряженность поля Н_с, при которой индукция в ферромагнетике В = 0 называется коэрцитивной силой. Если коэрцитивная сила Н_с велика (Н_с ³ 10⁴ ), то ферромагнетик называют жестким. Для него характерна широкая петля гистерезиса. Ферромагнетик с малой Н_с (Н_с ≤10³ ) и, соответственно, с узкой петлей гистерезиса называют мягким. Существование остаточной намагниченности делает возможным изготовление постоянных магнитов: чем больше коэрцитивная сила, тем лучше магнитные свойства магнита. Поэтому для постоянных магнитов употребляют жесткие ферромагнетики, а, например, для сердечников трансформаторов – мягкие.

По кривой Н_с1В₂ происходит намагничение ферромагнетика по направлению вектора намагничивания противоположно тому, которое было при первоначальном намагничивании (О-В₁).

Если В₂ равно по абсолютной величине В₁, то при уменьшении отрицательного поля Н до нуля (В₂-В_r2) и дальнейшем его возрастании кривая вернется в т. В₁(В_r2-В₁), образуя петлю Гистерезиса.

Площадь полученной петли будет равна (или пропорциональна) работе, совершенной при перемагничивании ферромагнетика.

Рассмотренные здесь магнитные свойства проявляются у ферромагнетика только, если его температура ниже некоторой определенной величины, называемой точкой Кюри Т_с. При Т>Т_с ферромагнитные свойства исчезают и вещество становится обычным парамагнетиком (например, для железа Т_с=1041 К), магнитная восприимчивость которого подчиняется закону Кюри-Вейсса:

æ = (18), здесь С – константа.

Особенности намагничивания ферромагнетиков можно объяснить следуя клпссической теории ферромагнетизма, предложенной П. Вейсом в 1907г.