Материал: ЭД (1.4)

Суммарный момент атома станет неравным нулю по величине и направленным в среднем против внешнего поля. Таким образом, атом будет создавать собственное магнитное поле, направленное против внешнего.

П а р а м а г н е т и к и – вещества, в которых вектор магнитной индукции собственного магнитного поля сонаправлен с вектором магнитной индукции намагничивающего поля. В отсутствии внешнего магнитного поля собственное поле парамагнетика равно нулю.

Свойства парамагнетиков:

B′ ↑↑ B0;

втягиваются во внешнее магнитное поле;

магнитная проницаемость μ ≈ 1;

магнитная восприимчивость положительна > 0

и | | ≈ 10−5 − 10−3 .

Парамагнетиками являются кислород, платина, алюминий, все редкоземельные металлы.

В атомах парамагнетиков число электронов нечетное и суммарный магнитный момент атома в отсутствии внешнего поля отличен от нуля. Направлены магнитные моменты атомов хаотически, в результате чего суммарный момент всех атомов будет равен нулю. Намагничивание парамагнетиков связано с поворотом магнитных моментов атомов (контуров с микротоками) магнитным полем по направлению поля. Упорядочивающему действию магнитного поля препятствует разупорядочивающее действие теплового движения. Зависимость магнитных свойств парамагнетиков от температуры описывается законом Кюри

χ~ T1 .

Уметаллов значительный вклад в намагниченность дают

свободные электроны (несвязанные с атомами).

Ф е р р о м а г н е т и к и – вещества, обладающие спонтанной намагниченностью (намагничены) даже при отсутствии внешнего магнитного поля.

Свойства ферромагнетиков:

B′ ↑↑ B0;

магнитная проницаемость μ ≈ 103 − 105;

магнитная восприимчивость положительна > 0

и| | ≈ 103 − 105 .

Кферромагнетикам относятся металлы группы железа – железо,

кобальт, никель и др.

Ферромагнетизм имеет квантовую природу и не может быть объяснен с позиции классической физики. Ферромагнетики состоят из

областей спонтанной намагниченности – д о м é н о в , размером

10−3 − 10−2 см.

домены

Каждый домен имеет ненулевую намагниченность. Суммарная намагниченность ферромагнетика может быть любой – от нулевой намагниченности до максимальной намагниченности, которая достигается, когда магнитные моменты всех доменов сонаправлены. Согласованная намагниченность атомов в домене связана с перекрытием квантовомеханических волновых функций электронов, входящих в атомы, которое приводит к ориентации спинов электронов параллельно друг другу.

При намагничивании ферромагнетиков может проходить три процесса (этапа).

I этап (слабые магнитные поля) – намагничивание (увеличение намагниченности), связанно с движением границ доменов. Домены, магнитный момент которых направлен по полю, имеют минимальную энергию (находятся в состоянии устойчивого равновесия). Домены, имеющие направление магнитного момента, близкое к направлению действующего внешнего поля, энергетически более выгодны и увеличиваются по размеру. Домены, имеющие магнитные моменты, направленные навстречу полю, имеют максимальную энергию, их состояние энергетически менее выгодно, они уменьшаются в размерах. На первом этапе процесс намагничивания обратим.

II этап (более сильные магнитные поля) – необратимое смещение границ доменов. Вследствие наличия дефектов сильное смещение границ происходит скачкообразно с потерями энергии. Маленькие домены поглощаются увеличивающимися доменами. В конце этапа остается один домен с наиболее «благоприятной» ориентацией магнитного момента.

III этап (еще более сильное магнитное поле) – магнитный момент оставшегося домена ориентируется по полю, то есть происходит доворачивание магнитных моментов. Это парапроцесс – увеличение намагниченности в результате упорядочивания магнитных моментов отдельных атомов.

Процесс намагничивания на втором этапе является необратимым, и при уменьшении внешнего поля кривая намагниченности B H будет иметь другой вид.

B I II III

H

Явление, связанное с различным значением намагниченности в одном и том же магнитном поле (в зависимости от предыстории),

называется я в л е н и е м г и с т е р е з и с а ( от греч. hysteresis –

отставание, запаздывание), а график – п е т л е й г и с т е р е з и с а . Технология размагничивания ферромагнетиков заключается в

перемагничивании с уменьшением петли гистерезиса. Изменяя направление намагничивающего поля, постепенно уменьшают его величину.

В

H

Жесткие ферромагнетики имеют большую по площади петлю гистерезиса, их трудно перемагничивать, из них делают постоянные магниты. У мягких ферромагнетиков петля гистерезиса меньше, они легче перемагничиваются, и их используют в электромагнитах.

Ферромагнетики обладают явлением м а г н и т о с т р и к ц и и –

изменением размеров и формы тела при намагничивании. Это вызывается изменением энергетического состояния кристаллической решетки в магнитном поле и, как следствие, расстояний между узлами решетки.

При высоких температурах ферромагнетики становятся парамагнетиками (фазовый переход второго рода). Температура, при которой теряются ферромагнитные свойства, называют точкой Кюри. Все ферромагнетики имеют свою точку (температуру) Кюри. Для железа точка Кюри соответствует 770 ºС, для никеля 360 ºС, а для пермалоя (сплав 70 % Fe и 30 % Ni) всего 70 ºС.

Зависимость индукции магнитного поля и намагниченности от

На границе раздела двух магнетиков магнитное поле претерпевает

скачкообразное изменение.

B1

Граничные условия, определяющие магнитное поле на границе раздела двух магнетиков, можно получить из теоремы о циркуляции напряженности магнитного поля в отсутствии токов и теоремы Гаусса для индукции магнитного поля.

Из теоремы о циркуляции напряженности магнитного поля в отсутствии токов

= 0

( )

можно получить соотношение для составляющих напряженности магнитного поля параллельных границе раздела

1 = 2

и, исходя из = 0 , для этих же составляющих индукции

1 = 1.2 2

Из теоремы Гаусса для индукции магнитного поля

= 0.

( )

можно получить соотношение для составляющих индукции магнитного поля перпендикулярных границе раздела

1 = 2

и, соответственно, для этих же составляющих напряженности

1 = 2.2 1