Реферат: Физические процессы в магнитных материалах

Возрастание индукции под действием внешнего поля обусловлена смещением доменных границ и поворотом магнитных моментов доменов.

В полях относительно малой напряженности (область I) намагничивание происходит в основном за счет роста доменов, имеющих векторы намагниченности близкие к направлению внешнего поля и, соответственно, уменьшения доменов, обладающих наибольшим углом направления магнитного момента по отношению к внешнему полю. Начальному участку кривой соответствует обратимое (упругое) смещение доменных границ. После снятия поля доменные границы возвращаются в прежнее положение.

В области II смещение доменных границ носит необратимый, скачкообразный характер. В этом процессе участвует значительно большее число доменов, чем на начальном участке, процесс намагничивания идет более интенсивно и кривая намагничивания становится круче.

При дальнейшем усилении поля (область III) возрастает роль механизма поворота магнитных моментов доменов из направления легкого намагничивания в направлении поля, т.е. в направление более трудного намагничивания.

После окончания процесса поворота наступает техническое насыщение намагниченности (область IV). Величина индукции достигает значения насыщения B_s . Незначительное возрастание индукции обусловлено слагаемым m₀ Н и увеличением намагниченности самого домена.

При уменьшении напряженности магнитного поля вектор намагниченности будет поворачиваться в направлении оси легкого намагничивания.

Когда поле станет равным нулю индукция будет иметь некоторое значение B_r , называемое остаточной индукцией. При приложении поля противоположного знака возникают домены, у которых направление векторов намагниченности близко к направлению поля. Эти домены растут и при некотором значении поля индукция обращается в нуль.

Напряженность размагничивающего поля - Н_с , при которой индукция в ферромагнетике, предварительно намагниченного до насыщения, обращается в нуль, называют коэрцитивной силой.

Увеличение напряженности поля до значений, больших -Н_с , вызывает перемагничивание ферромагнетика вплоть до насыщения (-B_s ). Изменение магнитного состояния ферромагнетиков при его циклическом перемагничивании характеризуется явлением гистерезиса. Петлю гистерезиса, полученную при индукции насыщения, называют предельной. Величины B_r и H_c являются параметрами предельной петли гистерезиса. Совокупность вершин петель гистерезиса образуют основную кривую намагничивания ферромагнетиков.

Крутизна кривой намагниченности (т.е. легкость, с которой намагничивается материал) характеризуется магнитной проницаемостью.

Статическая магнитная проницаемость определяется по формуле

m_ст = B/(m₀ H).

Начальная магнитная проницаемость m_н определяется в слабых магнитных полях (Н £ 0.1 А/м) при Н ® 0.

m_н = 1/m₀ × lim B/H.

^{Н ® 0}

Крутизну отдельных участков кривой намагничивания характеризуют дифференциальной магнитной проницаемостью

m_диф = 1/m₀ × dB/dH.

Для одного и того же образца m_{диф макс} >m_{ст макс} .

При одновременном воздействии сильного постоянного и слабого переменного магнитных полей образуется небольшая частная петля гистерезиса. Ферромагнетик в этом случае характеризуется реверсивной (обратимой) магнитной проницаемостью

.

Для ферромагнетиков характерно явление магнитострикции - изменение линейных размеров при намагничивании. Магнитострикция оценивается величиной относительной деформации в направлении магнитного поля: l=Dl/l. Величина и знак коэффициента магнитострикции зависит от типа структуры, кристаллографического направления, напряженности магнитного поля и температуры. Магнитострикция сопровождается появлением внутренних напряжений, деформацией кристаллической решетки, что препятствует смещению доменных границ и затрудняет процесс намагничивания ферромагнетиков в слабых полях. Поэтому высокой магнитной проницаемостью обладают магнитные материалы с малыми коэффициентами анизотропии и магнитострикции.

4. Поведение ферромагнетиков в переменных магнитных полях

Перемагничивание ферромагнетиков в переменных полях сопровождается потерями энергии, вызывающими нагрев материала. В общем случае потери на перемагничивание складываются из потерь на гистерезис, на вихревые токи и последействие. Вкладом потерь на последействие в разогрев ферромагнетика обычно можно принебречь.

Потери на гистерезис за один цикл перемагничивания, отнесенные к единице объема вещества, определяются площадью статической петли гистерезиса полученной при медленном изменении магнитного потока.

.

Для вычисления потерь можно использовать эмпирическую формулу

Э_г =hB_m ⁿ ,

где h - коэффициент зависящий от свойств материала;

B_m - максимальная индукция достигаемая в данном цикле;