Kemagnetan dan bahan magnet

Kehadiran bahan dengan sifat magnet dimanifestasikan dalam perubahan dalam parameter medan magnet berbanding dengan medan dalam ruang bukan magnet. Proses fizikal yang berlaku dalam perwakilan mikroskopik dikaitkan dengan penampilan dalam bahan di bawah pengaruh medan magnet momen magnet arus mikro, ketumpatan isipadu yang dipanggil vektor magnetisasi.

Kemunculan magnetisasi dalam bahan apabila anda meletakkannya di dalam medan magnet dijelaskan oleh proses momen magnet orientasi keutamaan secara beransur-ansur yang beredar di dalamnya arus mikro ke arah medan. Sumbangan besar kepada penciptaan arus mikro dalam bahan ialah pergerakan elektron: putaran dan pergerakan orbit elektron yang berkaitan dengan atom, putaran dan pergerakan bebas elektron konduksi.

Mengikut sifat magnetnya, semua bahan dibahagikan kepada paramagnet, diamagnet, feromagnet, antiferromagnet dan ferit... Kepunyaan bahan kepada satu atau kelas lain ditentukan oleh sifat tindak balas momen magnet elektron kepada magnet. medan di bawah keadaan interaksi kuat elektron antara satu sama lain dalam atom berbilang elektron dan struktur kristal.

Diamagnet dan paramagnet adalah bahan magnet yang lemah. Kesan magnetisasi yang lebih kuat diperhatikan dalam ferromagnet.

Kerentanan magnetik (nisbah nilai mutlak vektor magnetisasi dan kekuatan medan) untuk bahan tersebut adalah positif dan boleh mencapai beberapa puluh ribu. Dalam feromagnet, kawasan magnetisasi satu arah spontan — domain — terbentuk.

Ferromagnetisme diperhatikan dalam kristal logam peralihan: besi, kobalt, nikel dan beberapa aloi.

Apabila medan magnet luar yang meningkatkan kekuatan digunakan, vektor magnetisasi spontan, pada mulanya berorientasikan di kawasan yang berbeza dengan cara yang berbeza, secara beransur-ansur menyelaraskan ke arah yang sama. Proses ini dipanggil kemagnetan teknikal... Ia dicirikan oleh lengkung kemagnetan awal—pergantungan aruhan atau kemagnetan pada kekuatan medan magnet yang terhasil dalam bahan.

Dengan kekuatan medan yang agak kecil (Bahagian I) terdapat peningkatan pesat dalam kemagnetan, terutamanya disebabkan oleh peningkatan dalam saiz domain dengan orientasi kemagnetan dalam hemisfera positif arah vektor kekuatan medan. Pada masa yang sama, saiz domain di hemisfera negatif dikurangkan secara berkadar.Pada tahap yang lebih rendah, dimensi kawasan ini berubah, kemagnetan yang berorientasikan lebih dekat dengan satah ortogon kepada vektor keamatan.

Dengan peningkatan lagi dalam keamatan, proses putaran vektor magnetisasi domain di sepanjang medan mendominasi (bahagian II) sehingga ketepuan teknikal dicapai (titik S). Peningkatan seterusnya kemagnetan yang terhasil dan pencapaian orientasi yang sama bagi semua kawasan dalam medan dihalang oleh gerakan haba elektron. Wilayah III adalah serupa dengan proses paramagnet, di mana peningkatan dalam kemagnetan adalah disebabkan oleh orientasi beberapa momen magnet putaran yang disorientasikan oleh gerakan terma. Dengan peningkatan suhu, gerakan terma yang mengelirukan meningkat dan kemagnetan bahan berkurangan.

Untuk bahan feromagnetik tertentu, terdapat suhu tertentu di mana susunan feromagnetik struktur domain dan kemagnetan hilang. Bahan menjadi paramagnet. Suhu ini dipanggil titik Curie. Untuk besi, titik Curie sepadan dengan 790 ° C, untuk nikel - 340 ° C, untuk kobalt - 1150 ° C.

Menurunkan suhu di bawah titik Curie memulihkan sifat magnet bahan semula: struktur domain dengan kemagnetan rangkaian sifar jika tiada medan magnet luaran. Oleh itu, produk pemanasan yang diperbuat daripada bahan feromagnetik di atas titik Curie digunakan untuk menyahmagnetkannya sepenuhnya.

Keluk magnetisasi awal

Proses magnetisasi bahan feromagnetik dibahagikan kepada boleh balik dan tidak boleh balik berkaitan dengan perubahan dalam medan magnet.Jika, selepas mengalih keluar gangguan medan luaran, kemagnetan bahan kembali ke keadaan asalnya, maka proses ini boleh diterbalikkan, jika tidak, ia tidak dapat dipulihkan.

Perubahan boleh diterbalikkan diperhatikan dalam segmen awal kecil keluk magnetisasi bahagian I (zon Rayleigh) pada anjakan kecil dinding domain dan di kawasan II, III apabila vektor magnetisasi di kawasan berputar. Bahagian utama Bahagian I memperkatakan proses pembalikan magnetisasi yang tidak dapat dipulihkan, yang terutamanya menentukan sifat histerisis bahan feromagnetik (ketinggalan perubahan dalam kemagnetan daripada perubahan dalam medan magnet).

Gelung histerisis dipanggil lengkung yang mencerminkan perubahan dalam kemagnetan ferromagnet di bawah pengaruh medan magnet luaran yang berubah secara kitaran.

Apabila menguji bahan magnetik, gelung histerisis dibina untuk fungsi parameter medan magnet B (H) atau M (H), yang mempunyai maksud parameter yang diperoleh di dalam bahan dalam unjuran pada arah tetap. Jika bahan sebelum ini telah dinyahmagnetkan sepenuhnya, maka peningkatan beransur-ansur dalam kekuatan medan magnet dari sifar kepada Hs memberikan banyak mata daripada lengkung magnetisasi awal (Bahagian 0-1).

Titik 1 — titik tepu teknikal (Bs, Hs). Pengurangan seterusnya daya H di dalam bahan kepada sifar (Bahagian 1-2) memungkinkan untuk menentukan nilai had (maksimum) kemagnetan sisa Br dan seterusnya mengurangkan kekuatan medan negatif untuk mencapai penyahmagnetan lengkap B = 0 ( bahagian 2-3) pada titik H = -HcV - daya paksaan maksimum semasa kemagnetan.

Tambahan pula, bahan dimagnetkan dalam arah negatif kepada tepu (Bahagian 3-4) pada H = — Hs. Perubahan dalam kekuatan medan ke arah positif menutup gelung histerisis pengehad di sepanjang lengkung 4-5-6-1.

Banyak keadaan bahan dalam kitaran had histeresis boleh dicapai dengan menukar kekuatan medan magnet yang sepadan dengan kitaran histerisis separa simetri dan asimetri.

Histeresis magnet: 1 — lengkung magnetisasi awal; 2 — kitaran had histerisis; 3 — lengkung kemagnetan utama; 4 — kitaran separa simetri; 5 - gelung separa tidak simetri

Kitaran histeresis separa simetri meletakkan bucunya pada lengkung magnetisasi utama, yang ditakrifkan sebagai set bucu kitaran ini sehingga ia bertepatan dengan kitaran had.

Gelung histeresis asimetri separa terbentuk jika titik permulaan tidak berada pada lengkung magnetisasi utama dengan perubahan simetri dalam kekuatan medan, serta dengan perubahan asimetri dalam kekuatan medan dalam arah positif atau negatif.

Bergantung kepada nilai daya paksaan, bahan feromagnetik dibahagikan kepada lembut magnetik dan keras magnetik.

Bahan magnet lembut digunakan dalam sistem magnet sebagai teras magnet... Bahan ini mempunyai daya paksaan yang rendah, tinggi kebolehtelapan magnet dan induksi ketepuan.

Bahan magnet keras mempunyai daya paksaan yang besar dan dalam keadaan pra-magnet digunakan sebagai magnet kekal - sumber utama medan magnet.

Terdapat bahan yang, menurut sifat magnetnya, antiferromagnet tergolong... Susunan antiselari putaran atom jiran ternyata lebih bertenaga untuk mereka. Antiferromagnet telah dicipta yang mempunyai momen magnet intrinsik yang ketara disebabkan oleh asimetri kekisi kristal... Bahan sedemikian dipanggil ferrimagnets (ferrite)... Tidak seperti bahan feromagnetik logam, ferit adalah semikonduktor dan mempunyai kehilangan tenaga yang jauh lebih rendah untuk arus pusar dalam medan magnet berselang-seli.

Lengkung kemagnetan pelbagai bahan feromagnetik