Magnetization at magnetic na materyales

Ang pagkakaroon ng isang sangkap na may magnetic properties ay ipinahayag sa isang pagbabago sa mga parameter ng magnetic field kumpara sa field sa non-magnetic space. Ang mga nagaganap na pisikal na proseso sa mikroskopikong representasyon ay nauugnay sa hitsura sa materyal sa ilalim ng impluwensya ng isang magnetic field ng magnetic moments ng microcurrents, ang density ng volume na tinatawag na magnetization vector.

Ang hitsura ng magnetization sa substance kapag inilagay mo ito sa loob magnetic field ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng proseso ng unti-unting preferential orientation magnetic moments na nagpapalipat-lipat dito microcurrents sa direksyon ng field. Ang isang malaking kontribusyon sa paglikha ng mga microcurrents sa sangkap ay ang paggalaw ng mga electron: pag-ikot at paggalaw ng orbital ng mga electron na nauugnay sa mga atomo, pag-ikot at libreng paggalaw ng mga electron ng pagpapadaloy.

Ayon sa kanilang mga magnetic properties, ang lahat ng mga materyales ay nahahati sa paramagnets, diamagnets, ferromagnets, antiferromagnets at ferrites... Ang pag-aari ng isang materyal sa isa o ibang klase ay tinutukoy ng likas na katangian ng reaksyon ng magnetic moments ng mga electron sa isang magnetic. field sa ilalim ng mga kondisyon ng malakas na pakikipag-ugnayan ng mga electron sa isa't isa sa multielectron atoms at crystal structures.

Ang mga diamagnet at paramagnet ay mahinang magnetic na materyales. Ang isang mas malakas na epekto ng magnetization ay sinusunod sa mga ferromagnets.

Magnetic susceptibility (ang ratio ng mga absolute value ng magnetization at field strength vectors) para sa mga naturang materyales ay positibo at maaaring umabot ng ilang libu-libo. Sa mga ferromagnets, ang mga rehiyon ng spontaneous unidirectional magnetization - mga domain - ay nabuo.

Ferromagnetism naobserbahan sa mga kristal ng mga metal na transisyon: bakal, kobalt, nikel at isang bilang ng mga haluang metal.

Kapag ang isang panlabas na magnetic field ng pagtaas ng lakas ay inilapat, ang kusang magnetization vectors, sa una ay nakatuon sa iba't ibang mga lugar sa iba't ibang paraan, ay unti-unting nakahanay sa parehong direksyon. Ang prosesong ito ay tinatawag na teknikal na magnetization... Ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang paunang magnetization curve—ang pagdepende ng induction o magnetization sa ang nagresultang lakas ng magnetic field sa materyal.

Sa isang medyo maliit na lakas ng field (Seksyon I) mayroong isang mabilis na pagtaas sa magnetization, pangunahin dahil sa isang pagtaas sa laki ng mga domain na may oryentasyon ng magnetization sa positibong hemisphere ng mga direksyon ng mga vector ng lakas ng field. Kasabay nito, ang mga sukat ng mga domain sa negatibong hemisphere ay nababawasan nang proporsyonal.Sa isang mas maliit na lawak, nagbabago ang mga sukat ng mga rehiyong ito, ang magnetization na kung saan ay nakatuon nang mas malapit sa orthogonal ng eroplano sa intensity vector.

Sa karagdagang pagtaas ng intensity, ang mga proseso ng pag-ikot ng domain magnetization vectors sa kahabaan ng field ay nangingibabaw (seksyon II) hanggang sa maabot ang teknikal na saturation (point S). Ang kasunod na pagtaas ng nagresultang magnetization at ang pagkamit ng parehong oryentasyon ng lahat ng mga rehiyon sa field ay nahahadlangan ng thermal motion ng mga electron. Ang Rehiyon III ay katulad sa likas na katangian ng mga paramagnetic na proseso, kung saan ang pagtaas ng magnetization ay dahil sa oryentasyon ng ilang spin magnetic moments na disoriented ng thermal motion. Sa pagtaas ng temperatura, tumataas ang disorienting thermal motion at bumababa ang magnetization ng substance.

Para sa isang ibinigay na materyal na ferromagnetic, mayroong isang tiyak na temperatura kung saan nawawala ang ferromagnetic na pagkakasunud-sunod ng istraktura ng domain at ang magnetization. Ang materyal ay nagiging paramagnetic. Ang temperaturang ito ay tinatawag na Curie point. Para sa bakal, ang punto ng Curie ay tumutugma sa 790 ° C, para sa nickel - 340 ° C, para sa cobalt - 1150 ° C.

Ang pagpapababa ng temperatura sa ibaba ng Curie point ay muling nagpapanumbalik ng mga magnetic na katangian ng materyal: ang istraktura ng domain na may zero network magnetization kung walang panlabas na magnetic field. Samakatuwid, ang mga produktong pampainit na gawa sa ferromagnetic na materyales sa itaas ng Curie point ay ginagamit upang ganap na ma-demagnetize ang mga ito.

Paunang kurba ng magnetization

Ang mga proseso ng magnetization ng mga ferromagnetic na materyales ay nahahati sa reversible at irreversible na may kaugnayan sa pagbabago sa magnetic field.Kung, pagkatapos alisin ang mga panlabas na kaguluhan sa field, ang magnetization ng materyal ay bumalik sa orihinal na estado nito, kung gayon ang prosesong ito ay mababalik, kung hindi man ito ay hindi maibabalik.

Nababaligtad na mga pagbabago ay sinusunod sa isang maliit na paunang segment ng seksyon I magnetization curve (Rayleigh zone) sa maliit na displacements ng domain wall at sa mga rehiyon II, III kapag ang magnetization vectors sa mga rehiyon ay umiikot. Ang pangunahing bahagi ng Seksyon I ay tumatalakay sa isang hindi maibabalik na proseso ng pagbabaligtad ng magnetization, na pangunahing tinutukoy ang mga katangian ng hysteresis ng mga ferromagnetic na materyales (lag ng mga pagbabago sa magnetization mula sa mga pagbabago sa magnetic field).

Hysteresis loop na tinatawag na mga kurba na sumasalamin sa pagbabago sa magnetization ng isang ferromagnet sa ilalim ng impluwensya ng isang paikot na pagbabago sa panlabas na magnetic field.

Kapag sinusubukan ang mga magnetic na materyales, ang mga hysteresis loop ay itinayo para sa mga pag-andar ng mga parameter ng magnetic field na B (H) o M (H), na may kahulugan ng nakuha na mga parameter sa loob ng materyal sa isang projection sa isang nakapirming direksyon. Kung ang materyal ay dati nang ganap na na-demagnetize, kung gayon ang isang unti-unting pagtaas sa lakas ng magnetic field mula zero hanggang Hs ay nagbibigay ng maraming puntos mula sa paunang magnetization curve (Seksyon 0-1).

Point 1 — teknikal na saturation point (Bs, Hs). Ang kasunod na pagbabawas ng puwersa H sa loob ng materyal sa zero (Seksyon 1-2) ay ginagawang posible upang matukoy ang limitasyon (maximum) na halaga ng natitirang magnetization Br at higit pang bawasan ang negatibong lakas ng field upang makamit ang kumpletong demagnetization B = 0 ( seksyon 2-3) sa puntong H = -HcV - ang pinakamataas na puwersang pumipilit sa panahon ng magnetization.

Higit pa rito, ang materyal ay na-magnet sa negatibong direksyon sa saturation (Seksyon 3-4) sa H = — Hs. Ang pagbabago sa lakas ng field sa isang positibong direksyon ay nagsasara sa paglilimita ng hysteresis loop sa kahabaan ng 4-5-6-1 curve.

Maraming mga materyal na estado sa loob ng hysteresis limit cycle ay maaaring makamit sa pamamagitan ng pagbabago ng magnetic field strength na katumbas ng partial symmetric at asymmetric hysteresis cycles.

Magnetic hysteresis: 1 — paunang magnetization curve; 2 — ikot ng limitasyon ng hysteresis; 3 - curve ng pangunahing magnetization; 4 - simetriko bahagyang mga cycle; 5 - asymmetric bahagyang mga loop

Ang mga bahagyang simetriko hysteresis cycle ay nagpapahinga sa kanilang mga vertices sa pangunahing magnetization curve, na tinukoy bilang ang set ng mga vertices ng mga cycle na ito hanggang sila ay nag-tutugma sa limit cycle.

Ang mga bahagyang asymmetric na hysteresis loop ay nabuo kung ang panimulang punto ay wala sa pangunahing magnetization curve na may simetriko na pagbabago sa lakas ng field, pati na rin sa isang asymmetric na pagbabago sa lakas ng field sa positibo o negatibong direksyon.

Depende sa mga halaga ng puwersang pumipilit, ang mga ferromagnetic na materyales ay nahahati sa magnetically soft at magnetically hard.

Ang mga soft magnetic na materyales ay ginagamit sa mga magnetic system bilang mga magnetic core... Ang mga materyales na ito ay may mababang puwersang pumipilit, mataas magnetic permeability at saturation induction.

Ang mga hard magnetic na materyales ay may malaking puwersang pumipilit at sa pre-magnetized na estado ay ginagamit bilang permanenteng magneto - pangunahing pinagmumulan ng magnetic field.

May mga materyales kung saan, ayon sa kanilang mga magnetic na katangian, ang mga antiferromagnets ay nabibilang... Ang antiparallel na pag-aayos ng mga spins ng mga kalapit na atom ay lumalabas na mas kanais-nais para sa kanila. Ang mga antiferromagnets ay nilikha na may makabuluhang intrinsic magnetic moment dahil sa crystal lattice asymmetry... Ang mga naturang materyales ay tinatawag na ferrimagnets (ferrites)... Hindi tulad ng metallic ferromagnetic materials, ferrites ay semiconductors at may makabuluhang mas mababang pagkawala ng enerhiya para sa eddy currents sa mga alternating magnetic field.

Magnetization curves ng iba't ibang ferromagnetic na materyales