Реферат: Гістерезис феромагнетиків

Зазначені процеси намагнічування (за винятком зсуву границь у слабких полях) відбуваються з деякою затримкою, тобто зсув границь і поворот вектора намагніченості відстають від зміни поля, що приводить до появи гістерезиса.

Гістерезис може виникнути і з іншої причини. Ми говорили вище, що при наявності поля внаслідок зсуву границь доменів відбувається збільшення об’єму (тих доменів), що має меншу енергію. Однак може виявитися, що дана фаза при даному стані феромагнетика або даному напрямку поля не існує, і тому повинні виникнути і вирости малі області цієї фази або зародки перемагнічування. Такі зародки виникають не точно при тому значенні поля, при якому існування цієї фази робиться енергетично вигідним, а відбувається затримка росту зародків перемагнічування, що також приводить до появи гістерезиса. Це явище подібне перенасченню пари і переохолодженню рідини, тобто існуванню нестабільних фаз унаслідок затримки росту зародків стійкої фази. Якщо феромагнетик має мілкокристаллическую структуру, так що окремі його кристалики складаються усього з одного домена, то можливе одержання особливо великої коерцитивної сили.

Таким чином природа феромагнетизму цілком ясна. У феромагнітних речовин існують неспарені (відповідальні за феромагнетизм) електрони, спіни яких у порівняно великих областях орієнтуються в одному напрямку. Кожна з таких областей, або, як їх звичайно називають, доменів, намагнічена до насичення. Різні стани намагніченості усього зразка відрізняються взаємною орієнтацією векторів намагніченості окремих доменів: у розмагніченій речовині вони розташовані хаотично, а в. намагніченому спрямовані в одну сторону.

4. Дослідження кривих гістерезису феромагнетика за допомогою осцилографа

Вимірювання магнітної індукції в зразках

Магнітну індукцію зручно визначати за допомогою е.р.с., яка виникає при зміні магнітного потоку Ф в котушці, що охоплює зразок:

Е = – dФ/dt. (2)

Нехай котушка щільно охоплює зразок і індукція В в зразку однорідна. У цьому випадку

Ф = SNB, (3)

де N – число витків у вимірювальній котушці, S – площа витка. Підставляючи (3) у вихідну формулу (2), після інтегрування знайдемо

B = – 1/SN ò Е dt. (4)

Таким чином, для визначення В потрібно проінтегрувати сигнал, наведений змінним магнітним полем у вимірювальній котушці, намотаній на зразок.

Для інтегрування сигналу застосовують різного роду інтегруючі схеми. Найпростіша з них складається із з'єднаних послідовно резистора та конденсатора (мал. 7) і виконує своє призначення, якщо вихідний сигнал набагато менший вхідного:

U_вих << U_вх (5)

Справді, при виконанні цієї умови I » U_вх / R, а

U_вих = q/C = 1/C ò I dt » 1/RC ò U_вх dt. (6)

Ми бачимо, що вихідний сигнал RC-ланцюжка дійсно пропорційний, інтегралу від вхідного. Цей висновок тим ближче до істини, чим більше постійна часу τ=RC перевершує характерний час процессу – його період.

Рис. 7. Найпростіша схема інтегратора.

Дослідження петлі гістерезиса феромагнітного зразка

Схема вимірювальної установки показана на рис. 8. Досліджуваний зразок магнетика представляє собою замкнутий кільцевий сердечник (тороїд), складений із тонких пластин трансформаторної сталі. На сердечник намотані намагнічувальна та вимірювальна обмотки з числом витків N₁ та N₂ , відповідно. Напруга з мережі 50 Гц за допомогою автотрансформатора подається на намагнічувальну обмотку N₁ . Вимірювальна обмотка N₂ приєднана до інтегруючого RC – ланцюжка. Через обмотку N₁ , від джерела напруги пропускається змінний струм, величина якого вимірюється міліамперметром. Послідовно з міліамперметром підключений резистор R₁ . На ньому виникає сигнал напруги, пропорційний струму в обмотці і, отже, напруженості H магнітного поля в зразку. Цей сигнал подається на вхід «X» осцилографа. Сигнал U_y з інтегруючої ємності C пропорційний величині вектора В і подається на вхід «У». Картина на екрані осцилографа в деякому масштабі відтворює петлю гистерезису: досліджуваного зразка. Щоб надати цій кривій кількісний зміст, необхідно установити масштаб зображення, тобто провести калібрування горизонтального і вертикального каналів осциллографа. Максимальний розхил по осі «Х» електронного променя на екрані відповідає подвоєному амплітудному значенню струму у намагнічувальній обмотці, а отже, і максимальному значенню напруженості магнітного поля. Його значення обчислюється за формулою

H_макс =1,4 І_еф N₁ /L, (7)

де L – довжина досліджуваного тороїдального сердечника (осердя) по середній лінії.

Рис. 8. Схема установки для дослідження намагнічування тороїдалних зразків.

У вимірювальній котушці індукується е.р.с.

Е = U_c = N₂ SdB/dt, (8)

де S – площа поперечного перерізу сердечника. Ця електрорушійна сила викликає у вимірювальній котушці струм І₂ = Е/R₂ (якщо знехтувати індуктивним опором котушки та ємнісним опором конденсатора С₁ , які набагато менші R₂ ). Струм І₂ створює на конденсаторі напругу

U_C = q/C₁ = 1/C₁ ò I₂ dt » 1/RC ò U_c dt. (9)