К основным характеристикам магнитного поля относятся

Основные магнитные характеристики материалов

Для характеристики магнитных свойств материалов используются следующие понятия:

В – магнитная индукция (плотность магнитного потока), Тл. Магнитная индукция материала является векторной суммой магнитных индукций внешнего (намагничивающего) и внутреннего магнитных полей;

Н – напряженность магнитного поля, А/м;

M – относительная магнитная проницаемость (или магнитная проницаемость) – величина безразмерная. Относительная магнитная проницаемость характеризует способность материала намагничиваться. Она показывает во сколько раз магнитная индукция поля, созданного в данном материале, больше, чем в вакууме.

По магнитным свойствам все материалы традиционно разделяли на три основные группы: диамагнитные (диамагнетики), парамагнитные (парамагнетики) и ферромагнитные (ферромагнетики). Значительно позже в самостоятельные группы были выделены еще два вида магнитных материалов: антиферромагнитные (антиферромагнетики) и ферримагнитные (ферримагнетики).

Диа-, пара- и антиферромагнетики относятся к слабомагнитным, а ферро- и ферримагнетики – к сильномагнитным материалам.

На практике под магнитными материалами понимают материалы, обладающие свойствами ферромагнетика или ферримагнетика.

К ферромагнетикам относятся три переходных металла (Fe, Co, Ni) и сплавы на их основе, шесть редкоземельных металлических элементов (гадолиний Gd, тербий Tb, диспрозий Dy, гольмий Ho, эрбий Er и тулий Tm), сплавы системы Mn – Cu – Al (сплавы Гейслера) и соединения MnSb, MnBi и др., в которых атомы марганца находятся на больших расстояниях, чем в решетке кристалла чистого марганца.

У ферромагнетиков магнитные моменты атомов (ионов) обусловлены некомпенсированными в них спиновыми магнитными моментами электронов. При этом магнитные моменты атомов ферромагнетиков расположены не беспорядочно, а в результате обменного взаимодействия ориентированы параллельно друг другу с образованием магнитных доменов.

Магнитные домены представляют собой элементарные объемы ферромагнетиков, находящиеся в состоянии магнитного насыщения. В домене некомпенсированные спиновые магнитные моменты электронов всех атомов выстроены параллельно друг другу. Доменная структура образуется в отсутствие внешнего магнитного поля в результате самопроизвольной (спонтанной) намагниченности, которая происходит при температурах ниже некоторой, называемой точкой Кюри Т_к. В отсутствие внешнего магнитного поля магнитные моменты доменов направлены так, что результирующий магнитный момент равен или близок к нулю.

При нагревании ферромагнетика его магнитная проницаемость увеличивается, так как облегчаются процессы смещения доменных границ. При температуре равной или выше Т_к интенсивное тепловое движение ионов, находящихся в узлах кристаллической решетки, начнет изменять параметры этой решетки. В результате разрушится спонтанная намагниченность, домены перестанут существовать, и материал перейдет из ферромагнитного состояния в парамагнитное. При этом магнитная проницаемость материала M приблизится к единице (рисунок 2.1). Для чистого железа Т_к = 768 о С, для никеля Т_к = 358 о С, для кобальта Т_к = 1131 о С.

Рисунок 2.1 – Зависимость магнитной проницаемости ферромагнетиков от температуры

Ферримагнетики имеют доменную структуру, состоящую из двух или более подрешеток, связанных антиферромагнитно (антипараллельно). Поскольку подрешетки образованы атомами (ионами) различных химических элементов или неодинаковым их количеством, они имеют различные по величине магнитные моменты, направленные антипараллельно В результате появляется отлична от нуля разность магнитных моментов подрешеток, приводящая к спонтанному намагничиванию кристалла.

Свое название ферримагнетики получили от ферритов – сложных систем оксидов металлов с общей химической формулой MeO•Fe₂O₃, где MeO – оксид двухвалентного металла. У ферритов, как и у ферромагнетиков, доменная структура образуется при температурах ниже точки Кюри.

Магнитное поле и его параметры, магнитные цепи

Под термином «магнитное поле» принято подразумевать определенное энергетическое пространство, в котором проявляются силы магнитного взаимодействия. Они влияют на:

• отдельные вещества: ферримагнетики (металлы — преимущественно чугуны, железо и сплавы из них) и их класс ферритов вне зависимости от состояния;
• движущиеся заряды электричества.

Физические тела, обладающие суммарным магнитным моментом электронов или других частиц, называют постоянными магнитами . Их взаимодействие представлено на картинке силовыми магнитными линиями .

Они образовались после поднесения постоянного магнита к обратной стороне картонного листа с ровным слоем железных опилок. Картинка демонстрирует четкую маркировку северного (N) и южного (S) полюсов с направлением силовых линий относительно их ориентации: выход из северного полюса и вход в южный.

Как создается магнитное поле

Источниками магнитного поля являются:

• постоянные магниты;
• подвижные заряды;
• изменяющееся во времени электрическое поле.

С действием постоянных магнитов знаком каждый ребенок детсадовского возраста. Ведь ему уже приходилось лепить на холодильник картинки-магнитики, извлекаемые из упаковок с всякими лакомствами.

Находящиеся в движении электрические заряды обычно обладают значительно большей энергией магнитного поля, чем постоянные магниты. Его тоже обозначают силовыми линиями. Разберем правила их начертания для прямолинейного проводника с током I.

Магнитная силовая линия проводится в плоскости, перпендикулярной движению тока так, чтобы в каждой ее точке сила, действующая на северный полюс магнитной стрелки, направлялась по касательной к этой линии. Таким образом создаются концентрические окружности вокруг движущегося заряда.

Направление этих сил определяется известным правилом винта или буравчика с правосторонней навивкой резьбы.

Необходимо расположить буравчик соосно с вектором тока и вращать рукоятку так, чтобы поступательное движение буравчика совпадало с его направлением. Тогда ориентация силовых магнитных линий будет показана вращением рукоятки.

В кольцевом проводнике вращательное движение рукоятки совпадает с направлением тока, а поступательное — указывает на ориентацию индукции.

Магнитные силовые линии всегда выходят из северного полюса и входят в южный. Они продолжаются внутри магнита и никогда не бывают разомкнутыми.

Правила взаимодействия магнитных полей

Магнитные поля от разных источников складываются друг с другом, образуя результирующее поле.

При этом магниты с разноименными полюсами (N — S) притягиваются друг к другу, а с одноименными (N – N, S — S) — отталкиваются. Силы взаимодействия между полюсами зависят от расстояния между ними. Чем ближе сдвинуты полюса, тем большее усилие возникает.

Основные характеристики магнитного поля

• вектор магнитной индукции ( В );
• магнитный поток (Ф);
• потокосцепление (Ψ).

Интенсивность или силу воздействия поля оценивают величиной вектора магнитной индукции . Она определяется значением силы «F», создаваемой проходящим током «I» по проводнику длиной «l». В =F/(I∙l)

Единица измерения магнитной индукции в системе СИ — Тесла (в знак памяти об ученом физике, который исследовал эти явления и описал их математическими методами). В русской технической литературе она обозначается «Тл», а в международной документации принят символ «Т».

1 Тл — это индукция такого однородного магнитного потока, который воздействует с силой в 1 ньютон на каждый метр длины прямолинейного проводника, перпендикулярно расположенного направлению поля, когда по этому проводнику проходит ток 1 ампер.

Направление вектора В определяется по правилу левой руки.

Если расположить ладонь левой руки в магнитном поле так, чтобы силовые линии из северного полюса входили в ладонь под прямым углом, а четыре пальца расположить по направлению тока в проводнике, то оттопыренный большой палец укажет направление действия силы на этот проводник.

В случае, когда проводник с электрическим током расположен не под прямым углом к магнитным силовым линиям, то сила, воздействующая на него, будет пропорциональна величине протекающего тока и составляющей части проекции длины проводника с током на плоскость, расположенную в перпендикулярном направлении.

Сила, воздействующая на электрический ток, не зависит от материалов, из которых создан проводник и площади его сечения. Даже если этого проводника вообще не будет, а движущиеся заряды станут перемещаться в другой среде между магнитными полюсами, то эта сила никак не изменится.

Если внутри магнитного поля во всех точках вектор В имеет одинаковое направление и величину, то такое поле считают равномерным.

Любая среда, обладающая магнитными свойствами, оказывает влияние на значение вектора индукции В .

Магнитный поток (Ф)

Если рассматривать прохождение магнитной индукции через определенную площадь S, то ограниченная ее пределами индукция будет называться магнитным потоком.

Когда площадь наклонена под каким-то углом α к направлению магнитной индукции, то магнитный поток уменьшается на величину косинуса угла наклона площади. Максимальное же его значение создается при перпендикулярном расположении площади к ее пронизывающей индукции. Ф=В·S

Единицей измерения магнитного потока является 1 вебер, определяемый прохождением индукции в 1 теслу через площадь в 1 метр квадратный.

Этот термин используется для получения суммарной величины магнитного потока, создаваемого от определенного количества проводников с током, расположенных между полюсами магнита.

Для случая, когда один и тот же ток I проходит по обмотке катушки с числом витков n, то полный (сцепленный) магнитный поток от всех витков называют потокосцеплением Ψ.

Ψ=n·Ф . Единицей измерения потокосцепления является 1 вебер.

Как образуется магнитное поле от переменного электрического

Электромагнитное поле, взаимодействующее с электрическими зарядами и телами, обладающими магнитными моментами, представляет собой совокупность двух полей:

• электрического;
• магнитного.

Они взаимосвязаны, представляют собой совокупность друг друга и при изменении в течение времени одного происходят определенные отклонения в другом. К примеру, при создании переменного синусоидального электрического поля в трехфазном генераторе одновременно образуется такое же магнитное поле с характеристиками аналогичных чередующихся гармоник.

Магнитные свойства веществ

По отношению к взаимодействию с внешним магнитным полем вещества подразделяют на:

• антиферромагнетики с уравновешенными магнитными моментами, благодаря чему создается очень малая степень намагниченности тела;
• диамагнетики со свойством намагничивания внутреннего поля против действия внешнего. Когда же внешнее поле отсутствует, то у них магнитные свойства не проявляются;
• парамагнетики со свойствами намагничивания внутреннего поля по направлению действия внешнего, которые обладают малой степенью магнетизма;
• ферромагнетики , обладающие магнитными свойствами без приложенного внешнего поля при температурах, меньших значения точки Кюри;
• ферримагнетики с неуравновешенными по величине и направлению магнитными моментами.

Все эти свойства веществ нашли разнообразное применение в современной технике.

Этим термином называют совокупность различных магнитных материалов, по которым пропускают магнитный поток. Они являются аналогом электрических цепей и описываются соответствующими математическими законами (полного тока, Ома, Кирхгофа и др). Смотрите — Основные законы электротехники.

На основе расчетов магнитных цепей работают все трансформаторы, индуктивности, электрические машины и многие другие устройства.

Например, у работающего электромагнита магнитный поток проходит по магнитопроводу из ферромагнитных сталей и воздуху с выраженными не ферромагнитными свойствами. Совокупность этих элементов и составляет магнитную цепь.

Большинство электрических аппаратов в своей конструкции имеют магнитные цепи. Подробнее про это читайте в этой статье — Магнитные цепи электрических аппаратов

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

85.Основные характеристики магнитного поля. Магнитные свойства веществ. Магнитные свойства биологических тканей.

Магнитное поле — вид материи, посредством которого взаимодействуют движущиеся электрические заряды (токи) с магнитами или другими движущимися электрическими зарядами (токами).Основной характеристикой магнитного поля является магнитная индукция “В” — векторная величина, численное значение которой определяется по силе “F”, действующей в однородном поле на проводник длиной “”, обтекаемый током “I” и расположенный перпендикулярно вектору “В”:В =

Единица измерения в “СИ” — тесла. Направление вектора магнитной индукции совпадает с направлением, указываемым северным полюсом магнитной стрелки, помещенной в данную точку поля. Магнитное поле кроме того характеризуют ещё и напряженностью “Н” — векторной величиной, числовое значение которой связывают стоком, образующим поле, а направление принимают совпадающим с направлением вектора магнитной индукции. (“CИ”), если среда изотропна. Единицей напряженности магнитного поля в “СИ” является.— напряженность магнитного поля, которое создается током силой в1А, протекающими по прямому проводнику, в точке, отстоящей от его оси на расстоянии .Направление напряженности следует определять по правилу буравчика (ввинчиваемого по направлению тока).Все вещества, помещенные в магнитное поле, приобретают магнитные свойства, то есть намагничиваются, и поэтому в некоторой мере изменяют внешнее (первоначальное) поле.Магнетиками называют все вещества при рассмотрении их магнитных свойств. При этом оказывается, что одни вещества ослабляют внешнее поле, а другие — усиливают его; первые называются диамагнитными, вторые — парамагнитными веществами, или, короче, диамагнетиками и парамагнетиками. Ферромагнетиками называют вещества, вызывающие очень большое усилие внешнего поля (кристаллическое железо, никель, кобальт, гадолиний и диспрозий, а также некоторые сплавы и окислы этих металлов и некоторые сплавы марганца и хрома).Подавляющее большинство веществ относится к диамагнетикам. Диамагнетиками являются такие элементы как фосфор, сера, сурьма, углерод, многие металлы (висмут, ртуть, золото, серебро, медь и др.), большинство химических соединений (вода, почти все органические соединения). К парамагнетикам относятся некоторые газы (кислород, азот) и металлы (алюминий, вольфрам, платина, щелочные и щелочноземельные металлы).Ткани организма в значительной степени диамагнитны, подобно воде. Однако в организме имеются и парамагнитные вещества, молекулы и ионы. Ферромагнитных частиц в организме нет.Первичными физическим или физико-химическими процессами при действии магнитного поля на биологические системы могут быть: ориентация молекул, изменение концентрации молекул или ионов в неоднородном магнитном поле, В настоящее время физическая природа воздействия магнитного поля на биологические объекты ещё не установлена.

Магнитотерапия — метод физиотерапии, в основе которого лежит действие на организм низкочастотного переменного или постоянного магнитного поля.Магнитные поля по направлению силовых линий могут быть постоянными и переменными и генерироваться в непрерывном или прерывистом (импульсном) режимах с различной частотой, формой и длительностью импульсов

Магнитные измерения

Магни́тные измере́ния, измерения параметров магнитного поля и характеристик магнитного состояния вещества. К параметрам магнитного поля относятся магнитная индукция , напряжённость магнитного поля и магнитный поток , а к основным характеристикам магнитных свойств вещества – магнитный момент , намагниченность , коэрцитивная сила и остаточная намагниченность , магнитная восприимчивость , магнитная проницаемость , константы магнитной анизотропии , потери на перемагничивание . Важнейшей характеристикой магнитного вещества является также его магнитная атомная структура .

Измерение параметров магнитного поля

Магнитную индукцию и напряжённость магнитного поля в свободном от вещества пространстве измеряют устройствами, называемыми тесламетрами (гауссметрами) или магнитометрами . В качестве датчиков магнитного поля применяют датчики Холла , магниторезонансные датчики , СКВИД-датчики и феррозондовые датчики.

В датчиках Холла для измерения поля используется одноимённый эффект , заключающийся в отклонении под действием силы Лоренца потока электронов в материале, находящемся в магнитном поле. В результате в направлении, поперечном направлению тока, возникает холловская разность потенциалов , пропорциональная напряжённости поля, вызвавшей отклонение. Приборы на датчиках Холла наиболее распространены и позволяют измерять магнитное поле в широком диапазоне значений магнитной индукции: от 10 –7 до десятков Тл с чувствительностью до 10 –8 Тл и постоянной времени порядка 10 –4 с.

Действие магниторезонансных датчиков основано на эффекте Зеемана – расщеплении энергетических уровней атома в магнитном поле в результате взаимодействия ядерных магнитных моментов атомов с полем или электронных магнитных моментов атомов с полем . При проведении измерений система атомов поляризуется, т. е. создаётся разность населённости между расщеплёнными энергетическими уровнями. Действие электромагнитного поля с изменяющейся частотой индуцирует переходы с более населённых расщеплённых уровней на менее населённые. Это сопровождается поглощением энергии на частоте, прямо пропорциональной величине расщепляющего, т. е. измеряемого поля, называемой резонансной частотой. По измеренной резонансной частоте определяют величину поля, в которое помещён датчик. Тесламетры с магниторезонансными датчиками способны регистрировать поля с индукцией от 10 –5 до десятков тесла с разрешением до 10 –12 Тл и постоянной времени порядка 10 –6 с.

В СКВИД-датчиках используется эффект Джозефсона , заключающийся в туннелировании электронов через диэлектрик , помещённый между двумя сверхпроводниками (джозефсоновский переход). В СКВИД-датчике, содержащем джозефсоновские переходы, происходит взаимодействие в переходах между током, наводимым в датчике измеряемым полем, и током, пропускаемым через датчик, в результате чего последний получает вполне определённую зависимость от измеряемого поля. Фактически СКВИД-датчики позволяют регистрировать изменение магнитного потока. Тесламетры со СКВИД-датчиками позволяют измерять индукцию магнитного поля с разрешением до 10 –14 Тл, и на сегодняшний день являются наиболее чувствительными устройствами для измерения магнитного поля (постоянная времени порядка 10 –6 с). СКВИД-датчики могут использоваться для измерения полей до нескольких Тл, но максимальной чувствительности достигают в достаточно слабых полях – до 10 –3 Тл.

Магнитное поле может также измеряться индукционным методом, согласно которому в измерительной катушке, помещённой в изменяющееся поле, в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея наводится эдс индукции , пропорциональная скорости изменения магнитного потока через катушку. Измеряется либо амплитуда эдс (при периодическом изменении поля), либо величина проинтегрированной эдс (при изменяющемся поле). Обе эти величины пропорциональны значению магнитной индукции или напряжённости измеряемого поля. Такой метод измерения поля также достаточно чувствителен (разрешение до 10 –10 Тл) и не имеет ограничения сверху по диапазону измеряемых полей, однако характеризуется низкой устойчивостью к помехам с высоким уровнем собственных шумов и поэтому в настоящее время широко не используется.

Одной из разновидностей индукционного метода является метод баллистического гальванометра, широко применявшийся ранее для измерения намагниченности, магнитного потока и величины индукции или напряжённости магнитного поля. В данном методе баллистический гальванометр служит устройством, интегрирующим возникающую в катушке эдс, а отклонение зеркала гальванометра пропорционально магнитному потоку через катушку (использовались и другие интегрирующие элементы, в частности фотоэлектрические и магнитоэлектрические). В настоящее время в устройствах для измерения потока (веберметрах или флюксметрах) применяется интегрирование с помощью электронных схем.

Феррозондовый датчик в простейшем случае представляет собой две катушки индуктивности, намотанные на сердечник из магнитомягкого материала в форме стержня. На одну из катушек (катушку возбуждения) подаётся синусоидальный переменный ток , а со второй (измерительная катушка) снимается сигнал. Поскольку зависимость магнитной проницаемости от поля носит нелинейный характер, сердечник представляет собой нелинейный элемент, и сигнал с измерительной катушки содержит высшие гармоники частоты возбуждающего сигнала. При помещении феррозонда в магнитное поле проницаемость сердечника изменяется, что приводит к изменению амплитуд высших гармоник, по величине которых можно определить напряжённость поля (измеряются амплитуды чётных гармоник). Феррозондовые магнитометры характеризуются достаточно высоким разрешением – до 10 –10 Тл, а также быстродействием (постоянная времени порядка 10 –3 с), но применяются для измерения небольших полей (10 –7 –10 –4 Тл).

Ранее для измерения магнитных полей широко применялись магнитомеханические датчики, чувствительным элементом в которых служит подвижный постоянный магнит в виде магнитной стрелки или рамка с током (электродинамический метод), крепящиеся на подвесе. Величина индукции магнитного поля определялась либо по углу поворота чувствительного элемента относительно первоначального положения при внесении его в точку измерения (пассивные датчики), либо по частоте его колебаний в поле (активные датчики). Магнитомеханические датчики характеризуются высоким разрешением (до 10 –10 Тл), но низким быстродействием (порядка 1 с), поэтому пригодны для измерения лишь постоянных или очень медленно изменяющихся магнитных полей.

Измерение магнитных характеристик вещества

Для определения температурных и полевых зависимостей намагниченности (изотерм намагниченности), петель гистерезиса , а также магнитной проницаемости и восприимчивости вещества используются методы, которые можно разделить на две основные группы – индукционные и пондеромоторные . Индукционные методы, также как и в случае измерений индукции магнитного поля, основаны на законе электромагнитной индукции Фарадея, а пондеромоторные – на измерении силы взаимодействия образца с магнитным полем. Устройства, измеряющие намагниченность, магнитный момент, а также магнитные восприимчивость и проницаемость в статических и изменяющихся магнитных полях, принято называть магнитометрами, а устройства, измеряющие петлю гистерезиса магнитотвёрдых материалов – гистерезисграфами. К устройствам, использующим индукционный метод измерения, относятся индукционный, экстракционный, вибрационный и вращательный магнитометры, гистерезисграфы, а к устройствам, работа которых основана на пондеромоторных методах – различного рода магнитные весы (рычажные, маятниковые, крутильные и др.). Индукционный метод измерения применяется также для определения динамической магнитной восприимчивости (проницаемости).

Индукционный магнитометр представляет собой устройство, позволяющее измерять полевые и температурные зависимости намагниченности (магнитного момента) вещества. Образец в данном устройстве помещается в измерительный узел, состоящий из двух идентичных катушек (образец располагается в одной из катушек), включённых навстречу друг другу. Катушки помещаются в источник магнитного поля, изменение которого наводит в них сигнал, пропорциональный намагниченности образца (сигналы, пропорциональные полю, взаимно уничтожаются благодаря встречному включению катушек). Величина поля измеряется отдельной катушкой. Измерения проводятся при стабилизированных значениях температуры в заданном интервале температур. В результате получаются изотермы намагниченности, по которым можно построить и температурные зависимости намагниченности в постоянном поле. Чувствительность индукционных магнитометров составляет порядка 10 –4 –10 –5 эрг/Гс. Устройства не позволяют проводить измерения намагниченности в постоянном поле, т. к. сигнал в измерительных катушках наводится изменяющимся полем. Индукционный магнитометр используется для проведения измерений в широком интервале полей – до 2 Тл в источниках поля на основе электромагнитов или постоянных магнитов и до десятков Тл в импульсных соленоидах .

В экстракционном магнитометре поток магнитного поля через измерительную катушку изменяется в результате механического извлечения из неё исследуемого намагниченного образца. Образец намагничивается внешним источником постоянного поля, в качестве которого используется электромагнит или сверхпроводящий соленоид . Чувствительность метода аналогична чувствительности рассмотренного выше индукционного магнитометра. Гораздо большей чувствительностью (до 10 –7 –10 –8 эрг/Гс) характеризуется разновидность экстракционного магнитометра, в которой поле в измерительной катушке определяется СКВИД-датчиком. Экстракционные магнитометры также не позволяют проводить измерения, в которых образец находится в постоянном поле. Кроме того, существуют магнитометры, в которых СКВИД-датчик используется для определения пространственной картины поля, создаваемого исследуемым образцом.

Вибрационный магнитометр является наиболее распространённым устройством для измерения температурных и полевых зависимостей намагниченности (магнитного момента) материалов. Образец, намагниченный внешним источником поля (электромагнит, сверхпроводящий соленоид, постоянный магнит), приводится в вибрационном магнитометре в периодическое (вибрационное) движение, создавая вокруг себя переменное поле, фиксируемое измерительной катушкой, находящейся рядом с образцом. Сигнал с катушки выделяется селективным усилителем или фазовым детектором, что обеспечивает высокую чувствительность устройства – до 10 –7 эрг/Гс. Вибрационный магнитометр позволяет проводить измерения, при которых образец находится в постоянном поле.

Во вращательном магнитометре намагниченный внешним источником поля образец приводится во вращательное движение, создавая вокруг себя переменное электромагнитное поле, фиксируемое измерительной катушкой, расположенной рядом с образцом. Измерительный тракт вращательного магнитометра аналогичен используемому в вибрационном магнитометре, что обеспечивает устройству примерно такую же чувствительность. Измерения, также как и в вибрационном магнитометре, проводятся в постоянном магнитном поле. Если исследуемый образец представляет собой монокристалл , то по изменённому сигналу можно определить константы магнитной анизотропии. Обычно эти константы измеряют в устройствах, называемых магнитными анизометрами . В анизометре исследуемый монокристалл помещается на шток, соединённый с датчиком, определяющим момент вращения, который действует на образец во внешнем магнитом поле, направленном в плоскости, содержащей ось лёгкого намагничивания образца. Вращая поле путём поворота источника, получают зависимости момента вращения от направления поля, по которым определяют константы магнитной анизотропии.

Гистерезисграф предназначен для измерения кривых намагничивания и размагничивания – зависимостей намагниченности (или магнитной индукции) от магнитного поля, петель магнитного гистерезиса магнитотвёрдых материалов в замкнутой магнитной цепи . Источником поля в установке служит электромагнит с медленно изменяющимся (квазистатическим) полем, в зазоре которого полюсами зажимается исследуемый образец с надетой на него измерительной катушкой. В ходе измерения одновременно записывается сигнал с измерительной катушки, который пропорционален намагниченности (или магнитной индукции), и сигнал, пропорциональный полю; данные выводятся в графическом представлении. При получении петли магнитного гистерезиса и кривой начального намагничивания используется размагниченный образец, а при получении кривой размагничивания – намагниченный образец.

Динамическая магнитная восприимчивость (проницаемость) измеряется индукционным методом по схеме, аналогичной индукционному магнитометру, описанному выше, но в данном случае источник поля в виде соленоида создаёт переменное электромагнитное поле малой интенсивности (до нескольких эрстед). Синхронное детектирование сигнала с измерительной катушки позволяет определить действительную и мнимую части восприимчивости. Температурные зависимости динамической магнитной восприимчивости используются для определения температур магнитных фазовых переходов , при которых динамическая восприимчивость имеет особенности. Для определения комплексной восприимчивости (проницаемости) и тангенса угла потерь материала используются также мостовые схемы переменного тока, в которых катушка с исследуемым образцом включается в одно из плеч моста.

Измерения в переменном поле с использованием индукционного метода применяют также для исследования характеристик магнитомягких материалов – определения потерь в образце (ваттметрический метод, при котором измеряется мощность, поглощаемая в катушке с образцом) и динамических петель гистерезиса. Последние снимаются с помощью феррографа, в котором возбуждающий сигнал подаётся в первичную катушку, создающую поле в замкнутом образце, а сигнал, пропорциональный намагниченности, снимается со вторичной обмотки, также находящейся на образце; петлю гистерезиса при этом можно наблюдать на осциллографе. Возможны измерения и на разомкнутом образце (стержне) в устройстве, называемом пермеаметром, содержащем раму из магнитомягкого материала, замыкающую магнитную цепь. Потери в магнитных материалах на высоких частотах определяют также калориметрическим методом, в котором выделяющаяся в исследуемом образце при перемагничивании в переменном электромагнитом поле теплота измеряется в калориметре.

Основными пондеромоторными методами, позволяющими измерять магнитную восприимчивость в постоянном поле, являются разновидности метода рычажных магнитных весов – метод Фарадея и метод Гюи. В обоих методах измеряется сила, действующая на образец, помещённый в магнитное поле. В методе Фарадея в градиентное магнитное поле помещается образец малого размера (с постоянным градиентом на длине образца), так что сила, действующая на образец, пропорциональна восприимчивости и массе образца, а также величине магнитного поля и его градиента. В методе Гюи в источник поля помещается длинный образец, так что сила, действующая на него, прямо пропорциональна восприимчивости и массе образца, а также квадрату магнитного поля. Чувствительность методов Фарадея и Гюи по магнитной восприимчивости не хуже 10 –7 .

Использование магнитооптических методов, основанных на безынерционных магнитооптических эффектах ( магнитооптическом эффекте Керра , эффекте Фарадея ), позволяют визуально наблюдать доменную структуру тонких магнитных плёнок (с помощью магнитополярископов), измерять диаметр цилиндрических магнитных доменов , подвижность и коэрцитивность доменных стенок , намагниченность насыщения (с помощью магнитополяриметров), регистрировать кривые намагничивания и петли магнитного гистерезиса (с помощью магнитополярографов) и др.

Изучение магнитной атомной структуры

Для определения магнитной структуры вещества используют методы магнитной нейтронографии и магнитной мёссбауэрографии , а также синхротронное излучение .

Метод нейтронографии основан на том, что нейтроны , с одной стороны, не имеют электрического заряда , а с другой – обладают магнитным моментом. Это позволяет им проходить через кристаллическую решётку вещества, слабо взаимодействуя с ионами решётки, но при этом интенсивно взаимодействовать с их магнитными моментами. В результате на нейтронограмме, представляющей собой аналог рентгенограммы , получаемой при исследовании кристаллической структуры с помощью дифракции рентгеновских лучей , проявляются т. н. магнитные рефлексы, связанные с рассеянием нейтронов на магнитной подрешётке , по которым можно восстановить пространственную магнитную структуру вещества и определить величину магнитных моментов ионов.

Синхротронное излучение рентгеновского диапазона характеризуется высокой интенсивностью и может вызывать резонансные переходы в электронной оболочке атома со спектром поглощения, позволяющим получить информацию о магнитном состоянии атома и магнитной структуре вещества. Аналогичную информацию даёт магнитная мёссбауэрография, основанная на изучении эффекта Мёссбауэра в магнитных материалах. В ряде случаев для уточнения магнитной атомной структуры используют ферро- и антиферромагнитный резонанс, электронный парамагнитный резонанс , ядерный магнитный резонанс .

Опубликовано 8 декабря 2022 г. в 20:02 (GMT+3). Последнее обновление 8 декабря 2022 г. в 20:02 (GMT+3). Связаться с редакцией