Ферромагнетики

Категория реферата: Остальные рефераты
Теги реферата: шпоры на экзамен, реферат
Добавил(а) на сайт: Неделяев.

Предыдущая страница реферата | 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 | Следующая страница реферата

[pic]

Мал. Доменна структура ферромагнетика:

а) під час відсутності зовнішнього поля,

б) при наявності зовнішнього поля

У межах кожного домена нескомпенсовані спини орієнтовані в одному напрямку , тобто речовина в домені знаходиться в стані магнітного насиченні і володіє визначеним магнітним моментом. Напрямку цих моментів для різних доменов різні, так що під час відсутності зовнішнього поля сумарний момент завжди дорівнює нулю.

Сили, що змушують магнітні моменти електронів вибудовуватися паралельно один одному, називаються обмінними. Їхнє пояснення в рамках класичної фізики неможливо (дається тільки квантовою механікою). Якщо помістити ферромагнетики в зовнішнє магнітне поле, то спочатку, при слабких полях, спостерігається зсув границь доменів (область 0-а кривій намагничения на мал.3). У результаті цього відбувається збільшення розмірів тих доменов, магнітні моменти яких складають з напрямок полючи Н менший кут за рахунок доменов, у яких кут між Pm і H більше . При збільшенні Н має місце поворот магнітних моментів доменів у напрямку полюя (область А-1 кривій намагничения на мал.3). При цьому моменти електронів у межах домена повертаються одночасно, без порушення паралельності один одному. Ці процеси є необоротними, що і служить причиною гистерезиса.

Для кожного ферромагнетика мається визначена температура Тс, при якій області спонтанного намагничения розпадаються і речовина утрачає феромагнітні властивості (стає звичайним парамагнетиком).
Ця температура називається крапкою Кюрі.

Точки Кюрі деяких речовин:

Розглянуто залежність магнітної проникності від напруженості магнітного поля для ферромагнетиків.

[pic]

Приведені значення температури Кюрі для ряду магнетиків.

Вивчення гистерезиса феромагнітних матеріалів

Дозволяє одержувати петлю гистерезиса феромагнітних матеріалів; визначати коерцетивну силу і роботу перемагнічування за один цикл.

Основи теорії феромагнетизму.

На відміну від діамагнетизму і парамагнетизму, що є властивостями окремих чи атомів молекул речовини, феромагнітні властивості речовини порозуміваються особливостями його кмалталічної структури. Атоми заліза, якщо взяти їх, наприклад, у пароподібному стані, самі по собі диамагнитны чи лише слабко парамагнитні. Феромагнетизм є властивість заліза у твердому стані, тобто властивість кмалталів заліза.

У цьому нас переконує ряд фактів. Насамперед на це вказує залежність магнітних властивостей заліза й інших феромагнітних матеріалів від обробки, що змінює їхня кмалталічна будівля
(загартування, отжиг). Далі виявляється, що з парамагнітних і діамагнітних металів можна виготовити сплави, що володіють високими феромагнітними властивостями. Такий, наприклад, сплав Гойслера, що майже не уступає по своїх магнітних властивостях залозу, хоча він складається з таких слабко магнітних металів, як мідь (60%), марганець (25%) і алюміній (15%). З іншого боку, деякі сплави з феромагнітних матеріалів, наприклад сплав з 75% заліза і 25% нікелю, майже не магнитны. Нарешті, самим вагомим підтвердженням є те, що при досягненні визначеної температури (точка Кюрі) усі феромагнітні речовини утрачають свої феромагнітні властивості.

Феромагнітні речовини відрізняються від парамагнітних не тільки дуже великим значенням магнітної проникності і її залежністю від напруженості поле, але і дуже своєрідним зв'язком між намагнічуванням і напруженістю що намагнічує поле. Ця особливість знаходить своє вираження в явищі гистерезиса з усіма його наслідками: наявністю залишкового намагнічування і коэрцитивной сили.

У чому причина гистерезиса? Вид кривих мал. 8 і 9, - розходження між ходом наростання намагнічування ферромагнетика при збільшенні поле Н и ходом його розмагнічування при зменшенні Н,- показує, що при зміні намагнічування ферромагнетика, тобто при чи збільшенні зменшенні напруженості зовнішнього поле, орієнтація і дезорієнтація елементарних магнітів не відразу випливає за полем, а відбувається з відомим відставанням. Докладне вивчення процесів намагнічування і розмагнічування заліза й інших феромагнітних речовин показало, що феромагнітні властивості речовини визначаються не магнітними властивостями окремих чи атомів молекул, що самі по собі парамагнитны, а намагнічуванням цілих областей, називаних доменами,- невеликих ділянок речовини, що містять дуже велика кількість атомів.

Взаємодія магнітних моментів окремих атомів ферромагнетика приводить до створення надзвичайно сильних внутрішніх магнітних полів, що діють у межах кожної такої області і що вибудовують, у межах цієї області, всі атомні магнітики паралельно один одному, як показано на мал. 11. Таким чином, навіть при відсутності зовнішнього поле феромагнітна речовина складається з ряду окремих областей, кожна з який мимовільно намагнічена до насичення. Але напрямок намагнічування для різних областей по-різному, так що внаслідок хаотичності розподілу цих областей тіло в цілому виявляється у відсутності зовнішнього поле ненамагииченным.

Під впливом зовнішнього поле відбувається перебудова і перегрупування таких «областей мимовільного намагнічування», у результаті якої одержують перевагу ті області, намагнічування яких паралельно зовнішньому полю, і речовина в цілому виявляється намагніченим.

Один із прикладів такої перебудови областей мимовільного намагнічування показаний на мал. 11. Тут схематично зображені дві суміжні області, напрямки намагнічування яких перпендикулярне друг до друга.

При накладенні поле Н частина атомів області В, у який намагнічування перпендикулярне до поля, на границі її з областю А, у якій намагнічування рівнобіжне полю, повертається, так що напрямок їхнього магнітного моменту стає рівнобіжним полю. У результаті область А, намагнічена паралельно зовнішньому полю, розширюється за рахунок тих областей, у яких напрямок намагнічування утворить великі кути з напрямком поле, і виникає переважне намагнічування тіла по напрямку зовнішнього поле. У дуже сильних зовнішніх полях можливі і повороти напрямку орієнтації всіх атомів у межах цілої області.

При знятті (зменшенні) зовнішнього поле відбувається зворотний процес розпаду і дезорієнтації цих областей, тобто розмагнічування тіла. Через великі в порівнянні з атомами розмірів «областей мимовільного намагнічування» як процес орієнтації їх, так і зворотний процес дезорієнтації відбувається з набагато великими утрудненнями, чим установлення чи орієнтації дезорієнтації окремих чи молекул атомів, що має місце в парамагнітних і діамагнітних тілах. Цим і порозумівається відставання намагнічування і розмагнічування від зміни зовнішнього поле, т. е. гистерезис феромагнітних тел.

[pic]
Мал. 11. Схема, що ілюструє орієнтацію молекулярних магнітів у
«областях мимовільного намагнічування» А и В. а) Зовнішнє магнітне поле відсутнє; б) під дією зовнішнього магнітного поле Н області А и В перебудовуються.

Ефект Баркгаузена

Баркгаузена ефект - стрибкоподібна зміна намагніченості ферромагнетиків при безперервній зміні зовнішніх умов, наприклад магнітного поля. При повільному намагнічуванні феромагнітного зразка у вимірювальній котушці, надягнутої на зразок, у ланцюзі котушки з'являються імпульси струму , обумовлені стрибкоподібною зміною намагніченості М зразка. Особливо яскраво
Баркгаузена ефект виявляється в магніто-м'яких матеріалах на крутих ділянках кривої намагнічування і петлі гистерезиса, де доменна структура змінюється в результаті процесів зсуву границь феромагнітних доменів.
Наявні у ферромагнетику різного роду неоднорідності (сторонні включення , дислокації, залишкові механічні напруги і т.д.) перешкоджають перебудові доменної структури. Коли границя домена, зміщаючи при збільшенні магнітного поля Н, зустрічає перешкоду (наприклад, стороннє включення ), вона зупиняється і залишається нерухомої при подальшому збільшенні полючи. При деякому зрослому значенні поля границя переборює перешкоду і стрибком переміщається далі, до чергової перешкоди, вже без збільшення поля. Через подібні затримки крива намагнічування ферромагнетика має східчастий характер (мал.).

Залежність намагніченості від магнітного поля

[pic] мал.

Стрибкоподібна зміна намагніченості може бути викликана не тільки полем, але іншими зовнішніми впливами (наприклад, плавною зміною напруг або температури), при яких відбувається зміна доменної структури зразка.

Ефект Баркгаузена - один з безпосередніх доказів доменної структури ферромагнетиків, він дозволяє визначити обсяг окремого домена. Для більшості ферромагнетиків цих обсягів дорівнює 10-6-10-9 див 3. Вивчення
Баркгаузена ефекту дозволило краще зрозуміти динамікові доменної структури і встановити зв'язок між числом стрибків і основних характеристик петлі гистерезиса (коэрцитивной силою і т.д.).

За аналогією з ефектами Баркгаузена у ферромагнетиках стрибки переполяризації в сегнетоэлектриках також називаються стрибками
Баркгаузена.

Технічна реалізація ефекту Баркгаузена

Схема технічної реалізації представлена на мал.

Схема спостереження ефекту Баркгаузена

[pic]

Позначення:

1 - котушка з феромагнітним стрижнем;

2 - амперметр;

3 - ємність ;

4 - реостат з опором R(t);

U(t) - імпульсна напруга ;

L(t) - індуктивність котушки 1.

При зміні R(t) стрибкоподібно змінюється намагніченість феромагнітного стрижня, що стрибкоподібно змінює частоту коливань стрілки амперметра
(суперпозиція частот коливань).

Застосування ефекту

Використовується при визначенні обсягів доменов у ферромагнетиків.

Феромагнітні матеріали
Феромагнітні матеріали поділяються на двох груп: магнітно-м'які і магнітно-тверді. а) Магнітно-м'які матеріали (таблиця №1) застосовуються в якості магнитопроводів (сердечників) у пристроях і приладах , де магнітний потік постійний (полюсні башмаки і сердечники вимірювального механізму) або перемінний (наприклад, магнитопровід трансформатора).
Вони мають низьке значення коерцитивной сили Hc (нижче 400А/м), високою магнітною проникністю і малими утратами від гистерезиса. До цієї групи матеріалів відносяться : технічне залізо і низкоуглеродистые стали, листові електротехнічні сталі, железоникелевые сплави з високою проникністю (пермаллои) і оксидні ферромагнетики - феррити й оксифери.
Технічне залізо зі змістом вуглецю до 0,04%, вуглеродні сталі і чавун широко застосовуються для магнитопроводів, що працюють в умовах постійних магнітних полів . Технічне залізо має високу індукцію насичення (до 2,2 Тл), високою магнітною проникністю і низкою коерцитивной силою.
Електротехнічні сталі - це сплави заліза з кремнієм (1-4%). Шляхом зміни змісту кремнію і застосуванням різних технологічних прийомів виходять сталі із широким діапазоном магнітних властивостей. Кремній поліпшує властивості технічного заліза: збільшуються початкової і максимальна магнітні проникності, зменшується коерцитивная сила, зменшуються втрати енергії від гистерезиса, збільшується питомий електричний опір, що важливо для зменшення так званих вихрових струмів , що виникають при циклічно змінюється магнітному полі і що нагрівають магнитопровод.
Сталі, з низьким змістом кремнію, мають низьку магнітну проникність, велику індукцію насичення і великих питомих втрат, вони застосовуються в установках і приладах ланцюгів постійного струму або перемінного струму низької частоти. Сталі з високим змістом кремнію застосовуються в тих випадках, коли потрібно мати високу магнітну проникність у слабких і середніх полях і малі утрати від гистерезиса і вихрових струмів , унаслідок чого вони можуть застосуються для магнитопроводов, що працюють при підвищеній частоті струму .
Розглянемо деякі види магніто-м'яких матеріалів, що найбільше часто застосовуються в промисловості.
Пермаллои - це сплави різного процентного вмісту заліза і нікелю, а деякі з них , крім того, молібдену, хрому, кремнію, алюмінію.
Пермаллои мають високу магнітну проникність, у 10-15 разів більшу, ніж у листової електротехнічної сталі. У цих сплавах індукція насичення досягається при малих напряженностях полючи (від десятих часток до декількох сотень амперів на метр). Одні з них мають низьку індукцію насичення Bs (близько 0,6 -0,8 Тл), інші - відносно високу
(1,3 - 1,6 Тл). До першої групи відносяться высоконикелевые пермаллои, що наприклад містить 79% нікелю і 3,8% молібдену, у якого
Мн=22000; Мmax=120000; Bs=0,75Тл. До другої групи відносяться низконикелевые пермаллои, що наприклад містять 45% нікелю, у якого
Мн=2500; Мmax=23000; Bs=1,5Тл.

У пермаллоів із прямокутною петлею гистерезиса (мал. 6) ступінь прямокутности петлі характеризується відношенням залишкової індукції
Br до максимальної індукції Bmax, під якою розуміють індукцію при напруженості поля, у 5-10 разів перевищуючу коерцитивну силу. Це відношення досягає 0,85-0,99. Коерцитивна сила таких пермаллоів лежить у межах від 1 до 30 А/м.
Магнітні властивості пермаллоів у сильному ступені залежать від технології їхнього виготовлення.

У таблиці приведені дані про магнітні властивості деяких магніто- м'яких матеріалах. Такі матеріали намагнічуються у відносно слабких магнітних полях і мають високі значення початкової µн і максимальної
µmax магнітних проникностей, малим значенням коерцитивної сили Hc .
Значення Bmax - максимальної магнітної індукції - відповідає намагніченості насичення ферромагнетиків.

Магнітні властивості деяких магніто-м'яких матеріалів

Рекомендуем скачать другие рефераты по теме: контрольная на тему, конспект урока 3.

Предыдущая страница реферата | 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 | Следующая страница реферата

Рефераты | Остальные рефераты | Ферромагнетики

Ферромагнетики

Поделитесь этой записью или добавьте в закладки

Категории:

Разделы сайта