Ферромагнетики

Ферромагнетики — это такие вещества, в которых при отсутствии внешнего магнитного поля существуют магнитные домены (рис.17.26) — области спонтанной намагниченности, в которых магнитные моменты всех атомов сонаправлены, то есть домены намагничены до насыщения. (см. «Сегнетоэлектрики»). В отсутствии внешнего магнитного поля эти области в сумме дают нулевое поле.

в каждом домене.

Для ферромагнетика в целом .

В отсутствии внешнего магнитного поля в ферромагнетике существуют области спонтанной намагниченности, называемые доменами.

Рис. 17.26. Модель доменной структуры ферромагнетика.

В каждом i- том домене суммарный дипольный момент (вектор намагничивания, или намагниченность) отличен от нуля:

,(17.55)

(суммирование ведется по составляющим домен j -тым диполям). Но в отсутствие внешнего магнитного поля вектор намагничивания кристалла ферромагнетика в целом равен нулю, так как дипольные моменты всех доменов компенсируют друг друга:

Поместим ферромагнетик во внешнее однородное магнитостатическое поле (рис.17.28а).

Рис.17.27.Зависимость намагниченности (величины вектора намагничивания) кристалла ферромагнетика от величины внешнего поля.

I. На первом этапе меняется величина дипольных моментов в каждом домене - особенно в тех, которые по ориентации ближе к направлению внешнего поля. Иначе говоря, происходит смещение границ доменов (рис.17.27 и 17.28б).

II. На втором этапе происходит изменение ориентации (вращение) дипольных моментов в каждом домене - они ориентируются по полю (рис.17.27 и 17.28в).

III. На третьем этапе весь кристалл превращается в один домен, вектор намагничивания которого направлен по полю. Происходит насыщение намагниченности ферромагнетика(рис.17.27 и 17.28в).

Рис.17.28. Изменение доменной структуры ферромагнетика в процессе поляризации во внешнем магнитном поле

Начнем теперь уменьшать величину внешнего магнитостатического поля (рис.17.29). Намагниченность кристалла ферромагнетика (величина вектора намагничивания) начнут падать, кривая пойдет вниз, но не потому пути, по которому происходил рост. В результате при уменьшении напряженности поля до нуля величина намагниченности кристалла не будет равна нулю – остаточная намагниченность (рис.17.29). Кристалл станет подобным постоянному магниту: у него появятся северныйи южный полюсы.

Дальнейшее поведение ферромагнетика очевидно из рис.17.29, на котором изображена гистерезисная петля. Чтобы «размагнитить» кристалл диэлектрика, надо изменить направление (знак) внешнего магнитостатического поля. Увеличивая напряженность поля обратного направления, мы снимем намагниченность ферромагнетика. Величина поля обратного знака, которое надо приложить, чтобы намагниченность стала равной нулю, называется коэрцитивной силой (рис.17.29).

Рис. 17.29. Петля ферромагнетного гистерезиса

При дальнейшем увеличении поля обратного знака мы вновь намагнитим кристалл его, но переменим местами полюсы. Наконец, опять достигнем насыщения, и далее процесс может быть повторен в обратном направлении.

Площадь петли гистерезиса пропорциональна величине потерь на изменение направления вектора намагничивания («перемагничивание») ферромагнетика.

Для источников постоянного магнитного поля применяются “жесткие “ ферромагнетики с максимальной коэрцитивной силой (с широкой петлей гистерезиса). В переменных полях (например, в сердечниках трансформаторов) используются «мягкие» ферромагнетики с минимальной коэрцитивной силой(с узкой петлей гистерезиса).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. При соблюдении каких условий заряды на проводнике
будут находиться в равновесии?

2. В чем заключается сущность электростатической защиты?

3. Что такое поляризованность диэлектрика?

4. При какой взаимной ориентации электрического диполя и электрического поля вращающий момент, действующий на диполь, будет максимальным?

5. Электрический диполь помещен на некотором расстоянии от точечного заряда. Как будет вести себя диполь после того, как будет предоставлен самому себе?

6. Могут ли быть в ориентационно-поляризованном диэлектрике молекулы, дипольные моменты которых образуют с направлением поля углы, близкие к π/2?

7. В чем состоит различие в поляризации диэлектриков с полярными и неполярными молекулами?

8. Какова размерность диэлектрической восприимчивости?

9. Чем отличаются друг от друга явления электростатической индукции в проводнике и поляризации диэлектрика?

10. Что такое намагниченность вещества?

11. Какова размерность магнитной восприимчивости?

Укажите на рисунке слева - какая из гистерезисных петель соответствует сегнетоэлектрику, применяемому в качестве источника постоянного электрического поля.

Укажите на рисунке внизу – какая из приведенных на рисунке внизу гистерезисных петель соответствует ферромагнетику, применяемому в качестве сердечников трансформаторов.