Крива намагнічування - студопедія
При приміщенні феромагнетика в зовнішнє магнітне поле вектори намагніченості яких-небудь доменів опиняться збіглися або близькими до збігу з вектором напруженості зовнішнього магнітного поля. Енергія таких доменів буде мінімальною, тоді як енергія всіх інших доменів підвищиться. Для того щоб знизити енергію системи сприятливо орієнтовані домени ростуть. При цьому збільшується намагніченість (М) і, отже, зростає індукція (В). Залежність індукції від напруженості зовнішнього магнітного поля прийнято називати кривою намагнічування (рис. 48).
На початковій ділянці кривої намагнічування збільшення напруженості зовнішнього поля веде до незначного зростання індукції, причому при відключенні зовнішнього поля індукція знижується до нуля. Ця ділянка прийнято називати ділянкою оборотного намагнічування або областю Релея (I).
На другій ділянці незначна зміна напруженості зовнішнього поля веде до помітних змін індукції. Ця ділянка прийнято називати ділянкою різкого зростання індукції або областю стрибків Баркгаузена (II).
На третьому ділянці кривої намагнічування залежність індукції від напруженості зовнішнього поля знову слабшає. Ця ділянка називають ділянкою уповільненої намагнічування або область намагнічування за рахунок процесів обертання (III).
На четвертому ділянці індукція зростає пропорційно напруженості магнітного поля. Ця ділянка називають ділянкою насичення або областю парапроцесса (IV).
Для розуміння природи зміни індукції при збільшенні напруженості зовнішнього поля необхідно, перш за все, розібратися в тому, як кордони доменів взаємодіють зі структурними особливостями матеріалу.
У будь-якому матеріалі присутні дислокації, в області прилеглої до дислокації кристалічна решітка матеріалу спотворена. У тому випадку, якщо дислокація знаходиться всередині домену, магнітні моменти атомів поблизу дислокації виявляються спрямованими в напрямку важкого намагнічування. Якщо дислокація знаходиться на кордоні доменів, де відбувається поступовий поворот магнітних моментів від одного напрямку легкого намагнічування до іншого, спотворення кристалічної решітки призводить до того, що частина магнітних моментів атомів виявляються спрямованими в напрямку легкого намагнічування. Отже, дислокація енергетично вигідно знаходиться на кордонах доменів.
При наявності в матеріалі частинок чужорідних НЕ феромагнітних фаз кордонів доменів енергетично вигідно проходити через частки цих фаз. Це пов'язано з тим, що чужорідні частинки «вирізають» частина кордону домену отже, протяжність і енергія кордону домену знижується.
Таким чином, межі доменів притягуються до структурних неоднорідностей матеріалу - дислокація і частинкам чужорідних фаз.
При попаданні феромагнетика в зовнішнє магнітне поле починається зростання сприятливо орієнтованих доменів, тобто їх межі зміщуються. Однак структурні неоднорідності матеріалу перешкоджають зсуву кордонів доменів (тобто є точками закріплення меж доменів) і кордони згинаються під дією зовнішнього поля.
Вигин кордонів енергетично невигідний, оскільки призводить до збільшення їх поверхні, тому при відключенні зовнішнього поля кордону знову випрямляються і намагніченість зникає. Таким чином, при малих значеннях напруженості зовнішнього поля реалізується ділянку оборотного намагнічування або область Релея.
При подальшому збільшенні напруженості зовнішнього поля вигин кордонів стає настільки великим, що енергія вигнутих кордонів збігається з енергією кордонів відірвалися від точок закріплення. Подальший вигин кордонів стає енергетично невигідним, межі відриваються від точок закріплення і стрибками переміщаються до наступного ряду точок закріплення. При цьому спостерігається ділянку різкого зростання індукції або область стрибків Баркгаузена.
Після того як зміщення кордонів доменів призведе до того, що сприятливо орієнтовані домени заповнять весь обсяг кристала, і починається ріст намагніченості за рахунок повороту магнітних моментів атомів з напряму легкого намагнічування в напрямку важкого намагнічування. Оскільки поворот магнітних моментів енергетично невигідний, то для його здійснення потрібна висока напруженість зовнішнього поля. Таким чином, реалізується ділянку уповільненої намагнічування або область намагнічування за рахунок процесів обертання.
Нарешті, після того як всі магнітні моменти атомів будуть спрямовані по зовнішньому полю, приросту намагніченості відбуватися не може, а зростання індукції відбувається за рахунок зростання напруженості магнітного поля як в парамагнетиках. Спостерігається ділянку насичення або областю парапроцесса.
Якщо після намагнічування феромагнетика до насичення відключити зовнішнє магнітне поле намагніченість феромагнетика повністю не знімається і зберігається залишкова індукція (Вr). Це викликано тим, що дефекти структури, що перешкоджають переміщенню кордонів доменів при намагнічуванні, перешкоджають зворотному зміщення кордонів доменів при розмагнічування. Для того щоб зняти залишкову індукцію необхідно докласти поле зворотної полярності. При деякому значенні напруженості поля, званому коерцитивної силою (Нс), індукція зникне. Подальше збільшення напруженості поля в зворотному напрямку призведе до намагнічування феромагнетика. Природно, що знак вектора магнітної індукції при цьому зміниться. Відключення зовнішнього магнітного поля знову призведе до появи залишкової індукції, для зняття якої необхідно докласти коерцитивної силу. Таким чином, при знаходженні феромагнетика в змінному магнітному полі з'являється петля гістерезису. Чим більше в матеріалі дефектів структури, що ускладнюють зміщення кордонів зерен, тим вище значення коерцитивної сили і ширше петля гістерезису.
Площа петлі гистерезиса характеризує витрати енергії на перемагнічування матеріалу за один цикл:
Важливо відзначити, що при знаходженні магнітних матеріалів у змінному магнітному полі в них виникають вихрові струми. Це пов'язано з тим, що змінне магнітне поле викликає появу змінного електричного поля. Вихрові струми викликають нагрів матеріалу і зумовлюють появу магнітного поля, послабляє зовнішнє поле. У зв'язку з цим з'являються втрати енергії зовнішнього магнітного поля на вихрові струми. Очевидно, що підвищення електричного опору матеріалу веде до зниження втрат на вихрові струми.