НАМАГНИЧИВАНИЕ

НАМАГНИЧИВАНИЕ

       

процессы установления намагниченности, протекающие в в-ве при действии на него внеш. магн. полем. В диамагнетиках Н. состоит в возникновении микроскопических индукц. токов, создающих намагниченность, направленную против внеш. магн. поля. В парамагнетиках происходит ориентация хаотически колеблющихся магнитных моментов атомов или ионов в направлении поля. При этом энергия от системы магн. моментов передаётся крист. решётке в-ва и процесс Н. характеризуется временем спин-решёточной релаксации.

Более сложные процессы происходят при намагничивании ферромагнетика. В состоянии полного размагничивания ферромагн. образец состоит из большого числа доменов, каждый из к-рых намагничен до насыщения, но при этом их векторы намагниченности Js направлены так, что суммарный магнитный момент образца М=SiJsi=0. Н. состоит в переориентации векторов намагниченности доменов в направлении приложенного поля; включает процессы смещения, вращения и парапроцесс.

Процесс смещения в многодоменном ферромагнетике заключается в перемещении границ между доменами; объём доменов, векторы JS к-рых составляют наименьший угол с направлением напряжённости магн. поля Н, при этом увеличивается за счёт соседних доменов с энергетически менее выгодной ориентацией Js относительно поля. При своём смещении границы доменов могут менять форму, размеры и собств. энергию. Эти факторы в одних случаях способствуют, в других препятствуют процессу смещения. Обычно задержка смещения (и Н.) происходит при встрече границы домена с к.-л. неоднородностями структуры ферромагнетика (атомами примесей, дислокациями, микротрещинами и др.). Для возобновления смещения необходимо вновь изменять Н (либо темп-ру или давление).

Процесс вращения состоит в повороте векторов Js в направлении поля Н. Причиной возможной задержки или ускорения процесса вращения явл. магнитная анизотропия ферромагнетика (первоначально векторы доменов направлены вдоль осей лёгкого намагничивания, в общем случае не совпадающих с направлением Н). При полном совпадении Js с направлением Н достигается т. н. техническое магнитное насыщение, равное величине Js ферромагнетика при данной темп-ре.

Парапроцесс в большинстве случаев даёт очень малый прирост намагниченности, поэтому Н. ферромагнетиков определяется в осн. процессами смещения и вращения.

Если ферромагнетик, находящийся в состоянии полного размагничивания (J=0), намагничивать в монотонно и медленно возрастающем поле, то получающуюся зависимость J (H) наз. кривой первого (первоначального) Н. (см. НАМАГНИЧИВАНИЯ КРИВЫЕ). Эту кривую обычно подразделяют на пять участков (рис. 1, а и б). Участок I — область начального, или обратимого, намагничивания, где J=caH. В этой области протекают гл. обр. процессы упругого смещения границ доменов (при пост. начальной магнитной восприимчивости cа). Участок II (область Рэлея) характеризуется квадратичной зависимостью J от Н (в этой области c. линейно возрастает с H). В области Рэлея Н. осуществляется благодаря процессам смещения, как обратимым, линейно зависящим от H, так и необратимым, квадратично зависящим от H (см. РЭЛЕЯ ЗАКОН НАМАГНИЧИВАНИЯ).

Рис. 1. а — кривая первого намагничивания; 6 — схематич. изображение процессов намагничивания в многодоменном ферромагнетике.

Область наиб. проницаемостей (III) характеризуется быстрым ростом J, связанным с необратимым смещением междоменных границ. Н. на этом участке происходит скачками (см. БАРКГАУЗЕНА ЭФФЕКТ). В области приближения к насыщению (IV) осн. роль играют процессы вращения. Участок V — область парапроцесса.

Рис. 2. Безгистерезисная кривая намагничивания: теоретическая (1) и экспериментальная (2). Для сравнения приведена кривая первого намагничивания (3). Наклон кривой (2) обусловлен неоднородностями материала (пустотами, трещинами и т. п.), на к-рых образуются внутренние размагничивающие поля.

Если после достижения состояния магн. насыщения Js (в поле Hs) начать уменьшать H, то будет уменьшаться и J, но по кривой, лежащей выше кривой первого намагничивания (магн. гистерезис). Гистерезис сказывается и при Н.— он затрудняет рост J с увеличением поля, при отсутствии гистерезиса значение J уже в слабых полях приближается к Js, отличаясь от Js на величину, обусловленную процессами вращения.

Рис. 3. Кривые намагничивания ферромагн. образцов разл. длины и формы: 1 — тороид; 2 — длинный тонкий образец; 3 — короткий толстый образец; Нразм— внутр. размагничивающее поле, зависящее от формы образца.

Вклад процессов смещения и вращения в результирующую намагниченность ферромагн. образца на различных участках кривой намагничивания зависит от его текстуры магнитной, наличия дефектов крист. решётки, формы образца и др. факторов. Существенное влияние формы образца на ход кривой Н. обусловлено действием собств. магн. поля образца (размагничивающего фактора, рис. 3).

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983.

НАМАГНИЧИВАНИЕ

- совокупность процессов, происходящих в магнитных материалах под действием магн. поля H и приводящих к росту намагниченности M (или магнитной индукции В )материала. В ферро-или ферримагн. материалах различают три механизма H.: смещение границ между магн. доменами, вращение вектора спонтанной намагпиченности M_s и парапроцесс.

В размагниченном состоянии ферромагнетик разбивается на отд. области - домены, в пределах к-рых материал намагничен до насыщения вдоль одной из осей лёгкого намагничивания. Ввиду разл. ориентации намагниченности в доменах суммарный магнитный момент образца равен нулю. Под влиянием внеш. магн. поля происходит рост областей, в к-рых M_s составляет наим. углы с направлением поля, за счёт соседних областей. Этот рост осуществляется в результате смещения доменных границ ( доменных стенок). После завершения процессов смещения в каждом кристалле остаётся всего лишь один домен, намагниченность к-рого ориентирована вдоль ближайшей к направлению поля оси лёгкого H. Дальнейшее H. идёт за счёт вращения векторов М_s к направлению магн. поля. По завершении процесса вращения в образце достигается техническое магнитное насыщение, и прирост намагниченности может иметь место лишь за счёт парапро-цесса - увеличения самой намагниченности насыщения вследствие подавления магн. полем тепловых колебаний элементарных магн. моментов вещества.

Зависимость M(H )или B(H), представленная в виде ф-л, графиков или таблиц, наз. кривой намагничивания. Если известна кривая M(H), то простым пересчётом может быть получена и кривая B(H), и наоборот. Вид зависимости M(H )определяется магн. свойствами материала, условиями измерений (давление, темп-pa, характер изменения магн. поля), формой образца, его магн. предысторией. Важнейшими видами кривых H. являются следующие.

I. Кривая первого (первоначального) намагничивания (КПН) получается при H. ферро- или ферримагнетика из полностью размагниченного состояния монотонно возрастающим от нуля магн. полем, причём направление последнего относительно намагничиваемого тела остаётся неизменным. На КПН можно выделить пять участков, на каждом из к-рых преобладает определ. механизм H. Участок 1 (рис.) соответствует обратимым (упругим) смещениям доменных границ: здесь M =H, где - нач. магнитная восприимчивость. В области Рэлея (2)имеют место наряду с обратимыми также необратимые процессы смещения, и зависимость M(H )здесь квадратична (см. Рэлея закон намагни- чивания).

Кривая начального намагничивания ( а) и безгисте резисная кривая намагничивания ( б).

Наиб крутой участок КПН (3 )соответствует макс. восприимчивости и связан с необратимыми смещениями доменных границ. В области приближения к насыщению (4 )осн. роль играют процессы вращения M_s к направлению намагничивающего поля. Наконец, участок 5 характеризуется слабым ростом намагниченности и соответствует парапроцессу.

II. При циклическом изменении магн. поля между крайними значениями H₁ и H₂ кривые M(H )сначала несколько изменяются от цикла к циклу (см. Магнитная аккомодация), но постепенно становятся стабильными. Их наз. кривыми цикличного пе-ремагничивания или петлями гистерезиса магнитного. При H₁ = -H₂ петля гистерезиса симметрична, в других случаях - асимметрична. Наиболее симметричная петля гистерезиса наз. предельной и является важной характеристикой магнитных материалов.

III. Безгистерезисная (идеальная) кривая H. изображает зависимость M(H )для таких состояний, к-рые при каждом значении H являются наиб. устойчивыми, т. е. обладают наим. свободной энергией. Эти состояния могут быть получены в результате наложения на пост. поле H перем. магн. поля с убывающей до нуля амплитудой.

IV. Основная (коммутационная) кривая H.- геом. место вершин симметричных петель гистерезиса. Основная и безгистерезисная кривые H., в отличие от КПН, фиксируют только избранные магн. состояния, не показывая действительных процессов H.

Если значения M и H. относятся к одному и тому же элементу объёма, то кривые M(H )не зависят от размера и формы образца и являются кривыми H. данного материала. На практике чаще всего имеют дело не с истинным значением H внутри образца, а с напряжённостью внеш. магн. поля H _е. Кривые М(Н _е )наз. кривым и намагничивания тела и зависят от формы последнего. В простых случаях, зная размагничивающий фактор тела, можно из кривых М(Н _e )получить кривые M(H).

Лит.: Преображенский А. А., Бишард E. Г., Магнитные материалы и элементы, 3 изд., M., 1986; Вонсов-ский С. В., Магнетизм, M., 1971. А. С. Ермоленко.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.