К ферромагнетикам не относится материал

ферромагнетик (англ. ferromagnetic) — вещество или материал, в котором наблюдается явление ферромагнетизма, т. е. появление спонтанной намагниченности при температуре ниже температуры Кюри.

Описание

К ферромагнетикам относятся переходные элементы — Fe, Co, Ni, некоторые редкоземельные элементы (Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm); металлические бинарные и многокомпонентные сплавы и соединения перечисленных металлов между собой и с другими неферромагнитными элементами; сплавы и соединения Cr и Mn с неферромагнитными элементами; аморфные сплавы, в том числе металлические стекла, например, состава (80% Fe, 20% B); некоторые соединения актинидов, например, UH₃; разбавленные растворы замещения парамагнитных атомов, например, Fe или Co, в матрице Pd, а также ряд оксидных соединений, например EuO, La_1–xCa_xMnO₅ (0,4 > x > 0,2).

Ферромагнетики подразделяют на магнитомягкие и магнитотвердые. Первые обладают малой коэрцитивной силой (напряженность поля, необходимая для изменения намагниченности тела до нуля) и остаточной намагниченностью (намагниченность в нулевом поле). Для вторых характерны большие значения коэрцитивной силы и остаточной намагниченности.

Магнитотвердые ферромагнетики служат в основном для изготовления постоянных магнитов. Магнитомягкие ферромагнетики используют в электротехнике (трансформаторы, электромоторы, генераторы и др.), в устройствах преобразования электромагнитной энергии в механическую и наоборот.

Иллюстрации

Типичная кривая магнитного гистерезиса ферромагнетика. По оси ординат — намагниченность M, по оси абсцисс — напряженность магнитного поля H. M_s — намагниченность насыщения, M_r — остаточная намагниченность, H_c — коэрцитивная сила.

Авторы

Зайцев Дмитрий Дмитриевич
Хохлов Дмитрий Ремович

Источники

Ферромагнетик // Википедия, свободная энциклопедия. — http://ru.wikipedia.org/wiki/Ферромагнетик (дата обращения: 02.08.2010).
Ферромагнетики // Химическая энциклопедия. — www.chemport.ru/chemical_encyclopedia_article_4015.html (дата обращения: 02.08.2010).
Магнитные материалы // Химическая энциклопедия. — www.chemport.ru/chemical_encyclopedia_article_1994.html (дата обращения: 02.08.2010).

Связанные термины

диамагнетизм
доставка лекарственных средств
магнетосопротивление, гигантское
магнитная жидкость
магнон
наночастицы, магнитные терапевтические
парамагнетизм
сегнетоэлектрик
суперпарамагнетизм
ферромагнетизм

Разделы

Наука
Контроль физических свойств (резистометрия, магнитные измерения)

Если у вас возникли замечания или предложения, пишите по адресу info@rusnano.com с пометкой в теме письма «Словарь».
По вопросу приобретения бумажной версии обращайтесь в издательство «Физматлит»

Группа РОСНАНО использует файлы cookies с целью повышения удобства пользования веб-сайтом.

Если вы не хотите использовать файлы cookies, измените настройки браузера. Продолжая пользоваться сайтом АО «РОСНАНО» Вы соглашаетесь с условиями пользовательского соглашения и даете согласие на обработку своих персональных данных.

Ферромагнетизм

Физика

Ферромагнети́зм (от ферро. и магнетизм ), одно из магнитоупорядоченных состояний вещества, в котором большинство локальных магнитных моментов атомов (ионов) ориентированы параллельно друг другу за счёт обменного взаимодействия ; в более широком смысле – совокупность свойств магнетика в этом состоянии. Вещества, в которых возникает ферромагнитное упорядочение, называют ферромагнетиками . К ферромагнетикам относятся как твёрдые кристаллические и аморфные вещества, так и магнитные жидкости . Бесконечный изотропный ферромагнетик в отсутствие внешнего магнитного поля обладает самопроизвольной ( спонтанной ) намагниченностью M s \boldsymbol M_s M s . Необходимым условием существования ферромагнетизма является наличие отличных от нуля магнитных моментов электронных оболочек атомов или ионов. Как правило, это переходные ( Fe, Co, Ni \text Fe, Co, Ni ) и редкоземельные ( Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm \text Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm ) металлы, содержащие атомы или ионы с недостроенными внутренними электронными оболочками, их сплавы друг с другом и нормальными металлами. Ответственным за ферромагнитное упорядочение магнитных моментов является положительное электростатическое обменное взаимодействие, имеющее квантово-механическую природу ( прямое или косвенное ). В ферромагнитных металлах и сплавах косвенное обменное взаимодействие осуществляется через электроны проводимости ( РККИ-обменное взаимодействие ), в неметаллических соединениях переходных и редкоземельных металлов – через электроны внешних замкнутых оболочек магнитно-нейтральных ионов, расположенных между магнитно-активными ионами.

Ферромагнетизм наблюдается при температуре ниже точки Кюри T C T_C T C . Величина M s \boldsymbol M_s M s максимальна при T = 0 T = 0 T = 0 К и монотонно уменьшается до нуля при T = T C T = T_C T = T C . При Т > T C Т > T_C Т > T C ферромагнетик переходит в парамагнитное состояние , причём магнитный фазовый переход , как правило, является фазовым переходом 2-го рода. Могут наблюдаться и спин-переориентационные магнитные фазовые переходы , при которых происходит изменение магнитной атомной структуры и магнитной симметрии ферромагнетика. Вблизи T C T_C T C на температурных зависимостях магнитной восприимчивости χ = M / H χ = M/H χ = M / H и магнитной проницаемости μ = B / H μ = B/H μ = B / H ( H H H и B B B – соответственно напряжённость и индукция магнитного поля, M M M – модуль намагниченности ферромагнетика) наблюдают явно выраженный максимум, а также аномалии других магнитных и немагнитных характеристик (например, теплоёмкости , коэффициентов теплового расширения и упругости ). При Т > T C Т > T_C Т > T C магнитная восприимчивость ферромагнетиков обычно подчиняется закону Кюри – Вейса .

В равновесном размагниченном состоянии ( H = 0 H = 0 H = 0 ) ферромагнетик разбивается на магнитные домены – макроскопические области, в которых реализуется параллельная ориентация магнитных моментов атомов вдоль одного направления, и эти направления различны для различных доменов. Между доменами существуют переходные области ( доменные стенки ) конечной толщины, в которых вектор намагниченности M \boldsymbol M M непрерывно меняет своё направление от ориентации в одном домене к ориентации в соседнем домене. В размагниченном состоянии суммарная намагниченность ферромагнетика, складывающаяся из намагниченностей доменов и доменных стенок, равна нулю. Вследствие разбиения ферромагнетика на домены зависимость его намагниченности от H H H (кривая намагничивания ) имеет сложный нелинейный характер. В слабых внешних полях намагничивание происходит сначала за счёт роста размеров энергетически выгодных доменов путём смещения доменных стенок (вначале обратимого), а с увеличением H H H к этому добавляется вращение векторов намагниченности внутри доменов. В слабых магнитных полях восприимчивость, связанная со смещением доменных границ, превышает восприимчивость, связанную с вращением векторов намагниченности внутри доменов, а в сильных – наоборот. Максимальная магнитная восприимчивость ферромагнетиков может достигать значений 10 4 –10 5 . В полях напряжённостью 10 2 –10 5 А/м намагниченность достигает насыщения; при дальнейшем увеличении H H H рост M M M происходит за счёт парапроцесса и величина χ становится малой, как в парамагнетиках .

Кристаллические ферромагнетики обладают магнитной анизотропией . Их кривые намагничивания и величина восприимчивости зависят от ориентации магнитного поля относительно осей кристалла. При намагничивании образца вдоль одной из осей лёгкого намагничивания намагниченность растёт очень быстро и может достигать насыщения в достаточно слабых полях. При намагничивании образца вдоль оси трудного намагничивания значение максимальной восприимчивости может быть на несколько порядков меньше. В поликристаллических образцах анизотропия в среднем по образцу может отсутствовать, но при наличии магнитной текстуры может оставаться. При достаточно малых размерах ферромагнетики могут не разбиваться на домены вследствие энергетической невыгодности такого разбиения и оставаться однодоменными .

Для ферромагнетизма характерно наличие гистерезиса – средняя намагниченность зависит от магнитной предыстории образца, и связь между намагниченностью и внешним магнитным полем, температурой, давлением не является однозначной. Вследствие этого ферромагнитный образец может обладать отличной от нуля намагниченностью при H = 0 H = 0 H = 0 и использоваться в качестве постоянного магнита . Наличие в ферромагнетиках магнитоупругого взаимодействия может приводить к изменению размеров и формы образца при изменении намагниченности ( магнитострикция ), а также к зависимости вида кривых намагничивания и петель гистерезиса от внешних напряжений . При адиабатическом перемагничивании ферромагнитного образца изменяется его температура ( магнитокалорический эффект ).

Для теоретического описания ферромагнетизма используют два подхода – модели с локализованными на атомах или ионах носителями магнитного момента и модели коллективизированных носителей магнитного момента ( зонный магнетизм ). В рамках приближения среднего поля – это модель молекулярного поля Вейса и модель Стонера – Вольфарта . Первая из них лучше описывает свойства сплавов переходных d d d -металлов, вторая – свойства сплавов и соединений редкоземельных f f f -металлов.

Опубликовано 28 июля 2022 г. в 17:50 (GMT+3). Последнее обновление 28 июля 2022 г. в 17:50 (GMT+3). Связаться с редакцией

Свойства ферромагнитных материалов и их применение в технике

В электротехнике применяется очень большое количество ферромагнитных материалов, отличающихся разными свойствами. Выбор материала в каждом конкретном случае зависит от требований к конструкции для которой используется данный материал.

Ферромагнитные материалы — это те, которые обладают спонтанной намагниченностью при отсутствии внешнего магнитного поля и сохраняют ее после снятия поля. Это свойство называется гистерезисом и зависит от температуры, состава и структуры материала.

Вокруг проводника с электрическим током, даже в вакууме, существует магнитное поле. И если в это поле внести вещество, то магнитное поле изменится, поскольку любое вещество в магнитном поле намагничивается, то есть приобретает больший или меньший магнитный момент, определяемый как сумма элементарных магнитных моментов, связанных с частями, из которых состоит данное вещество.

Суть явления заключается в том, что молекулы многих веществ обладают собственными магнитными моментами, ведь внутри молекул движутся заряды, которые образуют элементарные круговые токи, и значит сопровождаются магнитными полями.

Если внешнего магнитного поля к веществу не приложено, магнитные моменты его молекул ориентированы в пространстве хаотично, и суммарное магнитное поле (как и общий магнитный момент молекул) такого образца будет равно нулю.

Ежели образец внести во внешнее магнитное поле, то ориентация элементарных магнитных моментов его молекул приобретет под действием внешнего поля преимущественное направление.

В результате суммарный магнитный момент вещества уже не будет нулевым, ведь магнитные поля отдельных молекул в новых условиях не компенсируют друг друга. Так у вещества возникает магнитное поле B.

Если же молекулы вещества изначально не имеют магнитных моментов (есть и такие вещества), то при внесении подобного образца в магнитное поле, в нем индуцируются круговые токи, то есть молекулы приобретают магнитные моменты, что опять же в результате приводит к возникновению у образца суммарного магнитного поля B.

Большинство известных веществ слабо намагничиваются в магнитном поле, но встречаются и такие вещества, которые отличаются сильными магнитными свойствами, их то и называют ферромагнетиками. Примеры ферромагнетиков: железо, кобальт, никель, а также их сплавы.

К ферромагнетикам относятся твердые вещества, которые при невысоких температурах обладают самопроизвольной (спонтанной) намагниченностью, сильно изменяющейся под действием внешнего магнитного поля, механической деформации или изменяющейся температуры. Именно так ведут себя сталь и железо, никель и кобальт, а также их сплавы. Их магнитная проницаемость в тысячи раз выше чем у вакуума.

Именно по этой причине в электротехнике для проведения магнитного потока и для преобразования энергии традиционно используют магнитопроводы из ферромагнитных материалов.

Магнитопровод из ферромагнитного материала

У подобных веществ магнитные свойства зависят от магнитных свойств элементарных носителей магнетизма — электронов, движущихся внутри атомов. Конечно, электроны, двигаясь по орбитам в атомах вокруг своих ядер, образуют круговые токи (магнитные диполи). Но при этом электроны вращаются еще и вокруг своих осей, создавая спиновые магнитные моменты, которые как раз и играют главную роль в намагничивании ферромагнетиков.

Свойства ферромагнитных материалов определяются такими параметрами, как:

коэрцитивная сила — минимальное поле, необходимое для полного размагничивания материала;
насыщение — максимальная намагниченность, достижимая при увеличении поля;
кривая гистерезиса — зависимость намагниченности от приложенного поля;
температура Кюри — температура, при которой материал теряет ферромагнитные свойства и становится парамагнитным.

Ферромагнитные свойства проявляются лишь тогда, когда вещество пребывает в кристаллическом состоянии. Кроме того данные свойства сильно зависят от температуры, ведь тепловое движение препятствует устойчивой ориентации элементарных магнитных моментов. Так, для каждого ферромагнетика определяется конкретная температура (точка Кюри), при которой структура намагничивания разрушается и вещество превращается в парамагнетик. Например, для железа это 900 °C.

Даже в слабых магнитных полях ферромагнетики способны намагнититься до состояния насыщения. Кроме того их магнитная проницаемость зависит от величины приложенного внешнего магнитного поля.

Вначале процесса намагничивания магнитная индукция B в ферромагнетике растет сильнее, а значит магнитная проницаемость его велика. Но когда наступает насыщение, дальнейшее увеличение магнитной индукции внешнего поля не приводит больше к нарастанию магнитного поля ферромагнетика, и значит магнитная проницаемость образца уменьшилась, теперь она стремится к 1.

Важное свойство ферромагнетиков — остаточная намагниченность. Допустим, в катушку поместили ферромагнитный стержень, и, повышая ток в катушке, довели его до насыщения. После этого отключили ток в катушке, то есть убрали магнитное поле катушки.

Можно будет заметить, что стержень размагнитился не до того состояния, в котором он пребывал вначале, его магнитное поле окажется больше, то есть будет иметь место остаточная индукция. Стержень превратился таким образом в постоянный магнит.

Чтобы обратно размагнитить такой стержень, необходимо будет приложить к нему внешнее магнитное поле противоположного направления, и с индукцией равной остаточной индукции. Значение модуля магнитной индукции поля, которое необходимо приложить к намагниченному ферромагнетику (постоянному магниту) чтобы размагнитить его, называется коэрцитивной силой.

Кривые намагничивания (петли гистерезиса)

Явление, когда при намагничивании ферромагнетика индукция в нем отстает от индукции приложенного магнитного поля, называется магнитным гистерезисом (смотрите — Что такое гистерезис).

Кривые намагничивания (петли гистерезиса) у разных ферромагнитных материалов отличаются друг от друга.

У некоторых материалов петли гистерезиса широкие — это материалы с высокой остаточной намагниченностью, их относят к магнитно-твердым материалам. Магнитно-твердые материалы применяют в изготовлении постоянных магнитов.

Магнитно-мягкие материалы наоборот — имеют узкую петлю гистерезиса, малую остаточную намагниченность, они легко перемагничиваются в слабых полях. Именно магнитно-мягкие материалы применяют в качестве магнитопроводов трансформаторов, статоров двигателей и т. п.

Среди ферромагнитных материалов можно выделить следующие виды:

Чистые металлы, такие как железо, кобальт, никель и некоторые редкоземельные элементы (гадолиний, тербий, диспрозий и др.). Они имеют высокую спонтанную намагниченность, но низкую температуру Кюри и подвержены окислению.
Сплавы металлов, такие как стали, пермаллои, альнико и др. Они имеют различную степень легирования и обработки, что позволяет изменять их магнитные свойства в широких пределах.
Оксидные соединения, такие как ферриты (MFe2O4, где M — металл), гарнеты (R3Fe5O12, где R — редкоземельный элемент) и др. Они имеют низкую проводимость, высокую химическую стабильность и работоспособность при высоких частотах.
Другие неорганические соединения, такие как халькогениды (сульфиды, селениды, теллуриды), бориды, карбиды, нитриды и др. Они имеют разнообразные структуры и свойства, в том числе сверхпроводимость и полупроводимость.

Сегодня ферромагнетики играют очень важную роль в технике. Магнитно-мягкие материалы (ферриты, электротехнические стали) используются в электродвигателях и генераторах, в трансформаторах и дросселях, а также в радиотехнике. Из ферритов изготавливают сердечники катушек индуктивности.

Магнитно-твердые материалы (ферриты бария, кобальта, стронция, неодим-железо-бор) применяют для изготовления постоянных магнитов. Постоянные магниты находят широкое применение в электроизмерительных и акустических приборах, в двигателях и генераторах, в магнитных компасах и т. д.

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

X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2018

Если в магнитное поле, образованное токами в проводах ввести то или иное вещество, поле изменится. Это объясняется тем, что всякое вещество является магнетиком, то есть способно под воздействием магнитного поля намагничиваться – приобретать магнитный момент М. Этот магнитный момент складывается из элементарных магнитных моментов m₀, связанных с отдельными частицами тела М = m₀. В настоящее время установлено, что молекулы многих веществ обладают собственным магнитным моментом, обусловленным внутренним движением зарядов. Каждому магнитному моменту соответствует элементарный круговой ток, создающий в окружающем пространстве магнитное поле. При отсутствии внешнего магнитного поля магнитные моменты молекул ориентированы беспорядочно, поэтому обусловленное ими результирующее магнитное поле равно нулю. Равен нулю и суммарный магнитный момент вещества. Последнее относится и к тем веществам, молекулы которых при отсутствии внешнего поля не имеют магнитных моментов. Если же вещество поместить во внешнее магнитное поле, то под действием этого поля магнитные моменты молекул приобретают преимущественную ориентацию в одном направлении, и вещество намагничивается – его суммарный магнитный момент становится отличным от нуля. При этом магнитные поля отдельных молекул уже не компенсируют друг друга, в результате возникает поле B. Иначе происходит намагничивание веществ, молекулы которых при отсутствии внешнего поля не имеют магнитного момента. Внесение таких веществ во внешнее поле индуцирует элементарные круговые токи в молекулах, и молекулы, а вместе с ними и все вещество приобретают магнитный момент, что также приводит к возникновению поля В₁. Большинство веществ при внесении в магнитное поле намагничиваются слабо. Сильными магнитными свойствами обладают только ферромагнитные вещества: железо, никель, кобальт, многие их сплавы.

ФЕРРОМАГНЕТИКИ ЕГО СВОЙСТВА

Ферромагнетики – твердые вещества, обладающие при не слишком высоких температурах самопроизвольной намагниченностью, которая сильно изменяется под влиянием внешних воздействий – магнитного поля, деформации, изменения температуры. К ним относятся: сталь, железо, никель, кобальт, их сплавы. Они имеют магнитную проницаемость, превышающую проницаемость вакуума в несколько тысяч раз. Поэтому все электротехнические устройства, использующие магнитные поля для преобразования энергии, обязательно имеют конструктивные элементы, изготовленные из ферромагнитного материала и предназначенные для проведения магнитного потока. Такие элементы называются магнитопроводы.

Магнитные свойства веществ зависят от магнитных свойств элементарных носителей магнетизма движущихся внутри атомов электронов, а также от совместного действия их групп. Электроны в атомах, двигаясь по орбитам вокруг ядра атома, образуют элементарные токи или магнитные диполи, которые характеризуются магнитным моментом m. Величина его равна произведению элементарного тока i и элементарной площадки s, ограниченной элементарным контуром m = is. Вектор m направлен перпендикулярно к площадке s по правилу буравчика. Магнитный момент тела представляет собой геометрическую сумму магнитных моментов всех диполей. Кроме орбитальных моментов, электроны, вращаясь вокруг своих осей, создают еще спиновые моменты, которые играют важнейшую роль в намагничивании ферромагнетиков.

Ферромагниты имеют следующие свойства.

1) ферромагнитные свойства вещества проявляются только тогда, когда соответствующее вещество находится в кристаллическом состоянии;

2) магнитные свойства ферромагнетиков сильно зависят от температуры, так как ориентации магнитных полей доменов препятствует тепловое движение. Для каждого ферромагнетика существует определенная температура, при котором доменная структура полностью разрушается, и ферромагнетик превращается в парамагнетик. Это значение температуры называется точкой Кюри. Так для чистого железа значение температуры Кюри приблизительно равно 900 °C;

3) ферромагнетики намагничиваются до насыщения в слабых магнитных полях. На рис. 1 показано, как изменяется модуль индукции магнитного поля B в стали с изменением внешнего поля B₀;

4) магнитная проницаемость ферромагнетика зависит от внешнего магнитного поля (рис. 2).

Это объясняется тем, что вначале с увеличением B₀ магнитная индукция B растет сильнее, а, следовательно, μ будет увеличиваться. Затем при значении магнитной индукции B₀ наступает насыщение (μ в этот момент максимальна) и при дальнейшем увеличении B₀ магнитная индукция B₁ в веществе перестает изменяться, а магнитная проницаемость уменьшается (стремится к 1):

5) у ферромагнетиков наблюдается остаточная намагниченность. Если, например, ферромагнитный стержень поместить в соленоид, по которому проходит ток, и намагнитить до насыщения (точка А) (рис. 3), а затем уменьшать ток в соленоиде, а вместе с ним и B₀, то можно заметить, что индукция поля в стержне в процессе его размагничивания остается все время большей, чем в процессе намагничивания. Когда B₀ = 0 (ток в соленоиде выключен), индукция будет равна B_r (остаточная индукция). Стержень можно вынуть из соленоида и использовать как постоянный магнит. Чтобы окончательно размагнитить стержень, нужно пропустить по соленоиду ток противоположного направления, то есть приложить внешнее магнитное поле с противоположным направлением вектора индукции. Увеличивая теперь по модулю индукцию этого поля до B_oc, размагничивают стержень (B = 0).

Модуль B_oc индукции магнитного поля, размагничивающего намагниченный ферромагнетик, называют коэрцитивной силой.

При дальнейшем увеличении B₀ можно намагнитить стержень до насыщения (точка А).Уменьшая теперь B0 до нуля, получают опять постоянный магнит, но с индукцией –B_r (противоположного направления). Чтобы вновь размагнитить стержень, нужно снова включить в соленоид ток первоначального направления, и стержень размагнитится, когда индукция B₀ станет равной B_oc. Продолжая увеличивать B₀, снова намагничивают стержень до насыщения (точка А).

Таким образом, при намагничивании и размагничивании ферромагнетика индукция B отстает от B₀. Это отставание называется явлением гистерезиса. Изображенная на рисунке 3кривая называется петлей гистерезиса.

Гистерезис – свойство систем, которые не сразу следуют за приложенными силам. Гистерезис был открыт в 1880 г. Варбургом (1846–1931). Вид кривой намагничивания (петли гистерезиса) существенно различается для различных ферромагнитных материалов, которые нашли очень широкое применение в научных и технических приложениях. Некоторые магнитные материалы имеют широкую петлю с высокими значениями остаточной намагниченности силы, они называются магнитно-жесткими и используются для изготовления постоянных магнитов. Для других ферромагнитных сплавов характерны малые значения силы, такие материалы легко намагничиваются и перемагничиваются даже в слабых полях. Такие материалы называются магнитно-мягкими и используются в различных электротехнических приборах – трансформаторах, магнитопроводах.

ОСНОВЫ ТЕОРИИ ФЕРРОМАГНЕТИЗМА

В отличие от диамагнетизма и парамагнетизма, которые являются свойствами отдельных атомов или молекул вещества, ферромагнитные свойства вещества объясняются особенностями его кристаллической структуры. Атомы железа, если взять их, например, в парообразном состоянии, сами по себе диамагнитны или лишь слабо парамагнитны. Ферромагнетизм есть свойство железа в твердом состоянии, то есть свойство кристаллов железа. Прежде всего на это указывает зависимость магнитных свойств железа и других ферромагнитных материалов от обработки, изменяющей их кристаллическое строение. Далее оказывается, что из парамагнитных и диамагнитных металлов можно изготовить сплавы, обладающие высокими ферромагнитными свойствами. Таков, например, сплав Гойслера, почти не уступающий по своим магнитным свойствам железу, хотя он состоит из таких слабомагнитных металлов, как медь (60 %), марганец (25 %) и алюминий (15 %). С другой стороны, некоторые сплавы из ферромагнитных материалов, например сплав из 75 % железа и 25 % никеля почти не магнитны. Наконец, самым веским подтверждением является то, что при достижении определенной температуры (точка Кюри) все ферромагнитные вещества теряют свои ферромагнитные свойства.

Ферромагнитные вещества отличаются от парамагнитных не только весьма большим значением магнитной проницаемости и ее зависимостью от напряженности поля, но и весьма своеобразной связью между намагничиванием и напряженностью намагничивающего поля. Эта особенность находит свое выражение в явлении гистерезиса со всеми его следствиями: наличием остаточного намагничивания и коэрцитивной силы.

Взаимодействие магнитных моментов отдельных атомов ферромагнетика приводит к созданию чрезвычайно сильных внутренних магнитных полей, действующих в пределах каждой такой области и выстраивающих, в пределах этой области, все атомные магнитики параллельно друг другу, как показано на рис. 4. Таким образом, даже при отсутствии внешнего поля ферромагнитное вещество состоит из ряда отдельных областей, каждая из которых самопроизвольно намагничена до насыщения. Но направление намагничивания для разных областей различно, так что вследствие хаотичности распределения этих областей тело в целом оказывается в отсутствии внешнего поля не намагниченным.

рис.4 – Схема, иллюстрирующая ориентацию молекулярных магнитов в «областях самопроизвольного намагничивания» А и В.

а) Внешнее магнитное поле отсутствует;

б) под действием внешнего магнитного поля Н области А и В перестраиваются.

Под влиянием внешнего поля происходит перестройка и перегруппировка таких «областей самопроизвольного намагничивания», в результате которой получают преимущество те области, намагничивание которых параллельно внешнему полю, и вещество в целом оказывается намагниченным.

Один из примеров такой перестройки областей самопроизвольного намагничивания показан на рис.4. Здесь схематически изображены две смежные области, направления намагничивания которых перпендикулярны друг к другу.

При наложении поля Н часть атомов области В, в которой намагничивание перпендикулярно к полю, на границе её с областью А, в которой намагничивание параллельно полю, поворачивается, так что направление их магнитного момента становится параллельным полю. В результате область А, намагниченная параллельно внешнему полю, расширяется за счет тех областей, в которых направление намагничивания образует большие углы с направлением поля, и возникает преимущественное намагничивание тела по направлению внешнего поля. В очень сильных внешних полях возможны и повороты направления ориентации всех атомов в пределах целой области.

При снятии (уменьшении) внешнего поля происходит обратный процесс распада и дезориентации этих областей, то есть размагничивание тела. Ввиду больших по сравнению с атомами размеров «областей самопроизвольного намагничивания» как процесс ориентации их, так и обратный процесс дезориентации происходит с гораздо большими затруднениями, чем установление ориентации или дезориентации отдельных молекул или атомов, имеющее место в парамагнитных и диамагнитных телах. Этим и объясняется отставание намагничивания и размагничивания от изменения внешнего поля, то есть гистерезис ферромагнитных тел.

Ферромагнитные материалы играют огромную роль в самых различных областях современной техники. Магнито-мягкие материалы используются в электротехнике при изготовлении трансформаторов, электромоторов, генераторов, в слаботочной технике связи и радиотехнике; магнито-жёсткие материалы применяют при изготовлении постоянных магнитов.

При выключении внешнего магнитного поля ферромагнетик остается намагниченным, то есть создает магнитное поле в окружающем пространстве.

Упорядоченная ориентация элементарных токов не исчезает привыключении внешнего магнитного поля. Благодаря этому существуют постоянные магниты. Постоянные магниты находят широкое применение в электроизмерительных приборах, громкоговорителях и телефонах, звукозаписывающих аппаратах, магнитных компасах.

Широкое распространение в радиотехнике, особенно в высокочастотной радиотехнике, получили ферриты, сочетающие ферромагнитные и полупроводниковые свойства. Из ферритов изготавливают сердечники катушек индуктивности, магнитные ленты, пленки и диски.

Ферромагнетики – твердые вещества, обладающие при не слишком высоких температурах самопроизвольной (спонтанной) намагниченностью, которая сильно изменяется под влиянием внешних воздействий – магнитного поля, деформации, изменения температуры.

Кроме высокой магнитной проницаемости ферромагнетики обладают сильно выраженной нелинейной зависимостью индукции B от напряженности магнитного поля H, а при перемагничивании связь между B и H становится неоднозначной. При перемагничивании ферромагнетика в нем происходят необратимые преобразования энергии в тепло.

При высокой температуре ферромагнитные свойства всех ферромагнитных веществ исчезают.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Иродов И.Е. Электромагнетизм. Основные законы. – 3-е изд. М, Спб.: Лаборатория базовых знаний, 2000. – 352 с.

2. Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики: Учебное пособие. В 3-х томах. / Под редакцией Г.С. Ландсберга: Т.П. Электричество и магнетизм. – 11-е изд. – М.: Наука, Физматлит, 1995. – 480с.

3. Ферромагнетики // Википедия [Интернет-ресурс]. Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B5%D1%80%D1%80%D0%BE%D0%BC%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B8.

4. Точка Кюри // Википедия [Интернет-ресурс]. Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%BE%D1%87%D0%BA%D0%B0_%D0%9A%D1%8E%D1%80%D0%B8.

5. Трофимова Т.И. Курс физики: Пособие для вузов. – 7-е изд. – М.: Высш. шк., 2002. – 542 с.

6. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. – 3-е изд., испр. – М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1990. – 624 с.

К ферромагнетикам не относится материал