Строение и общие сведения о ферромагнетиках

Экспериментальные исследования показывают, что вещества, имеющие атомы с недостроенными оболочками, всегда обладают своеобразными магнитными свойствами. Согласно таблице Менделеева атомы с незаполненными оболочками имеют элементы переходной группы: Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Со, Ni, Pd, Pt; редкоземельные элементы: Gd, Dy, Er, Yb и др. Эти элементы, как правило, всегда обнаруживают сильный парамагнетизм, а некоторые из них—Fe, Ni, Со и Gd — сильный ферромагнетизм.

Бросающейся в глаза особенностью ферромагнитных тел является их способность к сильному намагничиванию, вследствие которой магнитная проницаемость этих тел имеет очень большие значения. У железа, например, магнитная проницаемость достигает значений, которые в тысячи раз превосходят значения у парамагнитных и диамагнитных веществ. Намагничивание ферромагнитных тел было изучено в опытах А. Г. Столетова и других ученых.

Эти опыты показали, сверх того, что, в отличие от парамагнитных и диамагнитных веществ, магнитная проницаемость ферромагнитных веществ сильно зависит от напряженности магнитного поля, при которой производят ее измерение. Так, например, в слабых полях магнитная проницаемость, железа достигает значений 5—6 тысяч, а в сильных полях значения, падают до нескольких сот и ниже.

Для характеристики явления намагничивания вещества вводится величина I

,

называемая намагниченностью вещества. Намагниченность в СИ определяется формулой:

,

где μ –

относительная магнитная проницаемость вещества,

- индукция магнитного поля в вакууме,

- индукция магнитного поля в веществе.

Для пара- и диамагнетиков намагниченность прямо пропорциональна индукции магнитного поля в вакууме (рис 1а.).

Для ферромагнитных тел намагниченность является сложной нелинейной функцией . Зависимость от величины называется технической кривой намагниченности (рис. 1а.). Кривая указывает на явление магнитного насыщения: начиная с некоторого значения , намагниченность практически остается постоянной, равной (намагниченность насыщения), - магнитная постоянная в СИ.

Относительная магнитная проницаемость ферромагнетиков, в отличие от пара- и диамагнетиков имеет весьма большие значения и зависит от индукции магнитного поля, в котором находится вещество. Например, для железа =5000, для пермаллоя (78% Ni и 22% Fe) =100 000.

Изучение зависимости намагниченности железа и других ферромагнитных материалов от напряженности внешнего магнитного поля обнаруживает ряд особенностей этих веществ, имеющих важное практическое значение.

Рис. 1а

Возьмем кусок ненамагниченного железа, поместим его в магнитное поле и будем измерять намагниченность железа I

,

постепенно увеличивая напряженность внешнего магнитного поля H

. Намагниченность I

возрастает сначала резко, затем все медленнее и, наконец, при значениях H

около нескольких сот эрстед намагниченность перестает возрастать: все элементарные токи уже ориентированы, железо достигло магнитного насыщения. Графически зависимость величины I

(

H

)

в описываемом опыте изображается кривой ОАна рис. 1б. Горизонтальная часть этой кривой вблизи А

соответствует магнитному насыщению.

Достигнув насыщения, начнем ослаблять внешнее магнитное поле. При этом намагниченность железа уменьшается, но убывание это идет медленнее, чем раньше шло его возрастание. Зависимость между величинами I

(

H

)

в этом случае изображается ветвью кривой AС

на рис. 1б. Мы видим, таким образом, что одному и тому же значению H