Magnetització i materials magnètics

La presència d'una substància amb propietats magnètiques es manifesta en un canvi en els paràmetres del camp magnètic en comparació amb el camp a l'espai no magnètic. Els processos físics que es produeixen en la representació microscòpica estan associats amb l'aparició en el material sota la influència d'un camp magnètic de moments magnètics de microcorrents, la densitat de volum dels quals s'anomena vector de magnetització.

L'aparició de magnetització a la substància quan la col·loqueu dins camp magnètic s'explica pel procés d'orientació preferent gradual moments magnètics que circulen en ell microcorrents en la direcció del camp. Una gran contribució a la creació de microcorrents en la substància és el moviment dels electrons: rotació i moviment orbital dels electrons associats als àtoms, gir i moviment lliure dels electrons de conducció.

Segons les seves propietats magnètiques, tots els materials es divideixen en paraimants, diamamants, ferroimants, antiferroimants i ferrites... La pertinença d'un material a una o altra classe ve determinada per la naturalesa de la reacció dels moments magnètics dels electrons a un magnètic. camp en condicions de fortes interaccions d'electrons entre si en àtoms multielectrònics i estructures cristal·lines.

Els diaimants i els paraimants són materials poc magnètics. S'observa un efecte de magnetització molt més fort en els ferroimants.

La susceptibilitat magnètica (la relació dels valors absoluts dels vectors de magnetització i intensitat de camp) per a aquests materials és positiva i pot arribar a diverses desenes de milers. En els ferroimants, es formen regions de magnetització unidireccional espontània —dominis—.

Ferromagnetisme observat en cristalls de metalls de transició: ferro, cobalt, níquel i una sèrie d'aliatges.

Quan s'aplica un camp magnètic extern de força creixent, els vectors de magnetització espontània, orientats inicialment en diferents àrees de diferents maneres, s'alineen gradualment en la mateixa direcció. Aquest procés s'anomena magnetització tècnica... Es caracteritza per una corba de magnetització inicial: la dependència de la inducció o magnetització de intensitat del camp magnètic resultant en el material.

Amb una intensitat de camp relativament petita (Secció I) hi ha un ràpid augment de la magnetització, principalment a causa d'un augment de la mida dels dominis amb l'orientació de magnetització a l'hemisferi positiu de les direccions dels vectors de força de camp. Al mateix temps, les mides dels dominis de l'hemisferi negatiu es redueixen proporcionalment.En menor mesura, les dimensions d'aquestes regions canvien, la magnetització de les quals s'orienta més a prop del pla ortogonal al vector d'intensitat.

Amb un augment més d'intensitat, predominen els processos de rotació dels vectors de magnetització del domini al llarg del camp (secció II) fins a assolir la saturació tècnica (punt S). L'augment posterior de la magnetització resultant i l'assoliment de la mateixa orientació de totes les regions del camp es veuen obstaculitzats pel moviment tèrmic dels electrons. La regió III és de naturalesa similar als processos paramagnètics, on l'augment de la magnetització es deu a l'orientació dels pocs moments magnètics de spin desorientats pel moviment tèrmic.A mesura que augmenta la temperatura, el moviment tèrmic desorientador augmenta i la magnetització de la substància disminueix.

Per a un material ferromagnètic determinat, hi ha una certa temperatura a la qual desapareixen l'ordenació ferromagnètica de l'estructura del domini i la magnetització. El material esdevé paramagnètic. Aquesta temperatura s'anomena punt de Curie. Per al ferro, el punt de Curie correspon a 790 ° C, per al níquel - 340 ° C, per al cobalt - 1150 ° C.

Disminuir la temperatura per sota del punt de Curie restableix de nou les propietats magnètiques del material: l'estructura del domini amb magnetització de xarxa zero si no hi ha camp magnètic extern. Per tant, els productes d'escalfament fets de materials ferromagnètics per sobre del punt de Curie s'utilitzen per desmagnetitzar-los completament.

Corba de magnetització inicial

Processos de magnetització de materials ferromagnètics dividits en reversibles i irreversibles en relació amb el canvi del camp magnètic.Si, després d'eliminar les pertorbacions del camp extern, la magnetització del material torna al seu estat original, aquest procés és reversible, en cas contrari és irreversible.

S'observen canvis reversibles en un petit segment inicial de la corba de magnetització de la secció I (zona de Rayleigh) a petits desplaçaments de les parets del domini i a les regions II, III quan giren els vectors de magnetització de les regions. La part principal de la Secció I tracta d'un procés irreversible d'inversió de magnetització, que determina principalment les propietats d'histèresi dels materials ferromagnètics (retard dels canvis en la magnetització dels canvis en el camp magnètic).

Bucle d'histèresi anomenat corbes que reflecteixen el canvi en la magnetització d'un ferroimant sota la influència d'un camp magnètic extern que canvia cíclicament.

En provar materials magnètics, es construeixen bucles d'histèresi per a les funcions dels paràmetres de camp magnètic B (H) o M (H), que tenen el significat dels paràmetres obtinguts dins del material en una projecció en una direcció fixa. Si prèviament el material estava completament desmagnetitzat, llavors un augment gradual de la força del camp magnètic de zero a Hs dóna molts punts de la corba de magnetització inicial (Secció 0-1).

Punt 1 — punt de saturació tècnica (Bs, Hs). La posterior reducció de la força H dins del material a zero (Secció 1-2) permet determinar el valor límit (màxim) de la magnetització residual Br i reduir encara més la intensitat del camp negatiu per aconseguir una desmagnetització completa B = 0 ( secció 2-3) al punt H = -HcV - la màxima força coercitiva durant la magnetització.

A més, el material es magnetitza en la direcció negativa fins a la saturació (Secció 3-4) a H = — Hs. Un canvi en la intensitat del camp en una direcció positiva tanca el bucle d'histèresi limitant al llarg de la corba 4-5-6-1.

Molts estats de materials dins del cicle límit d'histèresi es poden aconseguir canviant la intensitat del camp magnètic corresponents als cicles d'histèresi simètrics i asimètrics parcials.

Histèresi magnètica: 1 — corba de magnetització inicial; 2 — cicle límit d'histèresi; 3 — corba de la magnetització principal; 4 — cicles parcials simètrics; 5 — bucles parcials asimètriques

Els cicles d'histèresi parcialment simètrics recolzen els seus vèrtexs sobre la corba de magnetització principal, que es defineix com el conjunt de vèrtexs d'aquests cicles fins que coincideixen amb el cicle límit.

Els bucles d'histèresi asimètrics parcials es formen si el punt de partida no es troba a la corba de magnetització principal amb un canvi simètric en la intensitat de camp, així com amb un canvi asimètric en la força de camp en sentit positiu o negatiu.

Depenent dels valors de la força coercitiva, els materials ferromagnètics es divideixen en magnèticament tous i magnèticament durs.

Els materials magnètics tous s'utilitzen en sistemes magnètics com a nuclis magnètics... Aquests materials tenen una força coercitiva baixa, alta permeabilitat magnètica i inducció de saturació.

Els materials magnètics durs tenen una gran força coercitiva i en estat premagnetitzat s'utilitzen com a imants permanents - Fonts primàries de camp magnètic.

Hi ha materials als quals, segons les seves propietats magnètiques, pertanyen els antiferroimants... La disposició antiparal·lela dels espins dels àtoms veïns els resulta energèticament més favorable. S'han creat antiferroimants que tenen un moment magnètic intrínsec important a causa de l'asimetria de la xarxa cristal·lina... Aquests materials s'anomenen ferriimants (ferrites)... A diferència dels materials ferromagnètics metàl·lics, les ferrites són semiconductors i tenen pèrdues d'energia significativament menors per corrents de Foucault en camps magnètics alterns.

Corbes de magnetització de diversos materials ferromagnètics