Ферромагнетики и их применение

Помимо слабомагнитных веществ – диа- и парамагнетиков, – существуют еще сильномагнитные вещества, называемые ферромагнетиками. К их числу кроме железа принадлежат кобальт, никель, гадолиний, их сплавы и соединения и т.д. Ферромагнетизм присущ этим веществам только в кристаллическом состоянии. Намагниченность ферромагнетиков в огромное (до 10¹⁰) число раз превосходит намагниченность диа- и парамагнетиков. Магнитная проницаемость электротехнического железа, например, равна от 7000 до 40000 в зависимости от структуры, а для сплава супермаллоя – до 1000000. Важной особенностью ферромагнетиков является существование гистерезисаи остаточной намагниченности (в отсутствии внешнего магнитного поля), что делает возможным изготовление постоянных магнитов. Основы теории ферромагнетизма были созданы Я.И. Френкелем и В. Гейзенбергом (1928). Согласно этой теории при определенных условиях в кристаллах могут возникать т.н. обменные силы, которые заставляют магнитные моменты электронов выстраиваться параллельно друг другу. В результате возникают области спонтанного намагничивания (домены, ср. с 18.1). В пределах каждого домена ферромагнетик спонтанно намагничен до насыщения и обладает определенным магнитным моментом. Направления этих моментов для разных доменов различны. Под действием внешнего магнитного поля моменты доменов поворачиваются как целое, устанавливаясь по направлению поля.

В последнее время большое значение приобрели полупроводниковые ферромагнетики – ферриты, отличающиеся заметными ферромагнитными свойствами и большим удельным электрическим сопротивлением (в миллиарды раз большим, чем у металлов). Ферриты применяются для изготовления постоянных магнитов, антенн, сердечников радиочастотных контуров, элементов оперативной памяти в вычислительной технике, для покрытия пленок в видеомагнитофонах и т.д.

Контрольные вопросы

1 Дайте определения вещества и поля.

2 В чем заключаются концепции дальнодействия и близкодействия? Каких взглядов на распространение взаимодействий придерживается современная наука?

3 Что такое электрическое поле? Чем создается электрическое поле и как оно обнаруживается?

4 Дайте определения напряженности и потенциала электростатического поля. Как они связаны между собой?

5 Что такое силовые линии поля? Эквипотенциальные поверхности? Под каким углом силовые линии гравитационного и электростатического полей пересекают эквипотенциальные поверхности?

6 Дайте определение магнитного поля. Чем создается магнитное поле и как оно обнаруживается?

7 Чем силовые линии электрического поля отличаются от силовых линий магнитного поля?

8 В чем заключается явление электромагнитной индукции?

9 Запишите закон Фарадея и дайте определения всех входящих в него величин.

10 Сформулируйте правило Ленца. С каким законом связано существование этого правила?

11 Сформулируйте основные выводы электромагнитной теории Максвелла.

12 На какие группы делятся все вещества по электрическим свойствам? По магнитным?

13 Дайте определения диэлектрической и магнитной проницаемостям вещества.

14 Опишите свойства сегнетоэлектриков.

15 Опишите свойства парамагнетиков и ферромагнетиков.