Магнитные свойства минералов

Магнитные свойства сильномагнитных минералов не являются постоянными физическими величинами и изменяются в зависимости от напряженности внешнего намагничивающего поля, предыдущего магнитного состояния тела, крупности и формы частиц.

Принято различать магнитную восприимчивость (объёмную) и удельную магнитную восприимчивость. Для сильномагнитных минералов различают магнитную восприимчивость тела и вещества.

Объёмная магнитная восприимчивость тела – магнитный момент единицы объёма этого тела, возникающий при его намагничивании в поле напряжённостью 1 А/м:

æ = I / Н (3.1)

где I – намагниченность тела, А/м.

Намагниченностью тела называется магнитный момент единицы объема тела

I = M / V (3.2)

где М – магнитный момент, А·м².

Магнитная восприимчивость является безразмерной величиной.

Удельная магнитная восприимчивость равна отношению объёмной восприимчивости на плотность, м³/кг:

χ = æ / ρ (3.3)

Удельная магнитная восприимчивость тела – магнитный момент единицы массы этого тела при его намагничивании в поле с напряженностью 1 А/м.

Магнитная восприимчивость тепа учитывает форму частицы, а магнитная восприимчивость вещества – не учитывает. Первая по величине меньше, в зависимости от коэффициента размагничивания N, который связан с формой частицы.

При помещении ферромагнитного тела во внешнее магнитное поле с напряженностью Н в теле возникает собственное магнитное поле с Н ₀, направленное против внешнего поля. Это поле называется размагничивающим, его напряжённость

H ₀ = N I (3.4)

Магнитное поле H _B – действительно намагничивающее ферромагнитное поле меньше внешнего поля на величину размагничивающего поля:

H _В = Н - Н ₀ = H - N I (3.5)

Магнитная восприимчивость тела æ₀ определяется отношением намагниченности к внешнему полю Н, магнитная восприимчивость вещества æ определяется отношением намагниченности к внутреннему полю H _B:

æ₀ = I / H (3.6)

æ = I / H _В (3.7)

Коэффициент размагничивания N зависит от формы тела. Для бесконечно длинного стержня, ось которого совпадает с направлением Н поля, коэффициент N = 0, а для тонкого диска, расположенного перпендикулярно Н поля, коэффициент размагничивания равен 1, для шара N = 0,333. Коэффициент размагничивания изменяется от 0 до 1.

Для частиц магнетита, обычно несколько вытянутых в одном направлении, коэффициент размагничивания можно в среднем принять равным 0,16.

Важнейшей характеристикой ферромагнитных веществ и минералов является зависимость намагниченности и магнитной индукции от напряжённости внешнего магнитного поля (рис. 3.1). Впервые это явление установил в 1871 г. А. Г. Столетов. При одной и той же напряжённости поля H намагниченность I и магнитная индукция В ферромагнитного вещества могут иметь разные значения, в зависимости от предыдущего магнитного состояния материала.

На рис. 3.1 приведена кривая намагничивания и петля гистерезиса ферромагнитного тела. Кривая ОАБД является первичной кривой намагничивания ферромагнитного тела при увеличении напряжённости поля от 0 до H ₃). Если в дальнейшем уменьшить напряжённость магнитного поля от H ₃ до 0 и при этом измерить индукцию и намагниченность тела, то кривая ДБ'A'Е пройдёт выше первоначальной кривой ОАБД. Явление отставания изменения индукции и намагниченности от изменения H поля называется магнитным гистерезисом. Петля гистерезиса, приведённая на рис. 3.1, получается при последовательном изменении H поля от 0 до + H _max затем до H _min и обратно. По петле гистерезиса индукции определяются остаточная индукция В _r (при H = 0) и коэрцитивная сила H _С (при B = 0) ферромагнитного тела.

Рис. 3.1. Петля гистерезиса

Остаточная индукция В _r свидетельствует о том, что элементарные токи в ферромагнитном теле, несмотря на исчезновение внешнего поля, частично сохранили упорядоченную ориентацию. Коэрцитивная сила H _C характеризует величину напряжённости поля обратного направления, которую необходимо создать, чтобы остаточная индукция стала равной пулю.

При отложении на оси ординат вместо индукции В значений намагниченности I получается петля гистерезиса по намагниченности. По этой петле определяют остаточную намагниченность I _r и коэрцитивную силу H _C гистерезисной петли намагничивания.

Остаточная индукция и коэрцитивная сила являются важнейшими характеристиками ферромагнитного тела. Ферромагнитные вещества, имеющие малые значения коэрцитивной силы (меньше 8 кА/м), называются магнитомягкими, а обладающие большой коэрцитивной силой (несколько десятков кА/м и более), – магнитожёсткими. Из первых изготовляются магнитопроводы и полюсные наконечники магнитных систем сепараторов, из вторых при большой их магнитной энергии – постоянные магниты.