Магнитная структура доменов в кристаллах. Процесс намагничивания. Магнитный гистерезис, магнитная анизотропия

а - при отсутствии поля; б - в слабом поле; в - в сильном поле; г - при насыщении

Рисунок 4.1 - Схема ориентирования векторов намагниченности в доменах ферромагнетика

Рисунок 4.2 - Направления легкого и трудного намагничивания в монокристаллах железа(а), никеля(б), кобальта(в)

Ферро- и ферримагнетики являются кристаллическими веществами. Намагничивание отдельных кристаллов (монокристаллов) ферромагнитных веществ имеет свои особенности: в кристаллах различают направления наилучшего (легкого) и наихудшего (трудного) намагничивания (магнитная анизотропия). На рисунке 4.2 показаны направления легкого и трудного намагничивания трех основных ферромагнитных элементов: железа, никеля и кобальта. Железо и его сплавы Fe-Ni, Fe-Si кристаллизуются в кубической структуре и осями легкого намагничивания у них являются ребра куба, а самого трудного - пространственные диагонали. Для никеля, имеющего также кубическую структуру, распределение осей намагничивания противоположное. Направления легкого и трудного намагничивания кристалла кобальта, имеющего гексагональную структуру, показаны на рисунке 4.2, в.

В отдельных случаях и в поликристаллических материалах особыми технологическими приемами создается преимущественная ориентация отдельных кристаллов материала в заданном направлении. В этом случае говорят, что поликристаллический материал обладает магнитной текстурой (рисунок 4.3). Это выражается в получении повышенных магнитных характеристик материала в одном направлении. Возможность достижения заданной магнитной текстуры имеет большое значение и широко используется на практике.

Процесс намагничивания материала сопровождается изменением его доменной структуры. В размагниченном образце направления намагниченности доменов совпадают с осями легкого намагничивания кристалла и распределены одинаково во всех направлениях. При появлении внешнего магнитного поля самым, выгодным направлением намагниченности домена будет та ось легкого намагничивания, которая составляет наименьший угол с направлением внешнего поля, поскольку:

WН = -HMcosθ (4.2)

где WH - энергия взаимодействия вектора намагниченности домена М с внешним полем величины Н, выраженная в Дж;

θ - угол между направлениями внешнего поля и вектора намагниченности.

Рисунок 4.3 - Схема расположения кристаллов относительно направления прокатки для материалов с кубической текстурой

Рисунок 4.4 - Основная кривая намагничивания и кривая магнитной проницаемости ферромагнитного материала в области очень слабых полей(1), слабых полей(2), средних полей(3) и сильных полей(4).

Вид доменной структуры в точках а, б, в, г показан на рисунке 4.1.

Процесс намагничивания материала зависит от величины приложенного поля. В слабых полях происходит процесс роста объема тех магнитных доменов, намагниченность которых наиболее выгодно ориентирована по отношению к действующему полю. В первую очередь это будут домены, для которых значения угла θ минимальны. Этот процесс развивается за счет уменьшения объема тех доменов, для которых значения угла θ максимальны, например за счет доменов с противоположным полю направлением намагниченности. Если напряженность поля уменьшить до начального значения, то исходное распределение объемов доменов восстанавливается. Таким образом, на этой стадии процесс намагничивания обратим и его называют обратимым процессом смещения границ доменов. На рисунке 4.4 это соответствует первому участку кривой намагничивания, т. е. кривой, показывающей зависимость намагниченности, или индукции материала от величины внешнего поля Н. Внутренняя магнитная индукция материала Вi, измеряемая в Тл, связана с его намагниченностью формулой:

Интересное из раздела

Утечка речевой информации по волоконно-оптическим линиям
На смену медным проводам постепенно приходят волоконно-оптические линии связи. Они обеспечивают большую пропускную способность, они долговечнее. Однако, ...

Проектирование автоматического измерителя артериального давления
Важным компонентом клинического мониторинга, определяющим состояние сердечнососудистой системы и организма в целом, является контроль кровяного давления. Дв ...

Расчет спектральных и энергетических характеристик сигнала
В последнее десятилетие XX века произошла научно-техническая революция в области транспортной связи, в основе которой лежат два крупных достижения фунд ...