Фильтры применяются...

Гистерезис в ферромагнитных материалах - кривая BH

Гистерезис присутствует в ферромагнитном материале, как показано на рисунке ниже. 'Напряженность магнитного поля'H показана вдоль оси x, а степень намагниченностиB - вдоль оси у. Если 'магнитное поле' отсутствует, намагниченности (в начале) нет и график начинается с точки начала координат. Как только магнитное поле будет приложено, ферромагнитный материал становится магнитным. Воздействие продолжается до тех пор, пока все 'области Вейса' в материале не будут иметь одинаковую ориентацию. Теперь материал имеет максимальную намагниченность, и увеличение магнитного поля не оказывает дальнейшего влияния на степень намагниченности. Если магнитное поле будет уменьшено, то доменные стенки областей Вейса по большей части сохранят свое положение. Только когда поле станет более отрицательным, общая сумма намагниченности также изменяет свой знак. Это продолжается до тех пор, пока все спины не будут ориентированы в другом направлении и намагниченность не изменится (продукт будет 'размагничен'). В этой нелинейности также играют роль три других фактора: характеристика кривой, мертвая зона и насыщенность.

Кривая гистерезиса (кривая BH)

Кривая BH

 

Физическое происхождение ферромагнетизма

Ферромагнетизм возникает в материалах, содержащих атомы с частично заполненными оболочками (то есть непарными спинами). Эти атомы взаимодействуют друг с другом, что приводит к упорядочению их магнитных моментов. Это вызывает возникновение самопроизвольных постоянных магнитных полей вокруг любого объекта, изготовленного из ферромагнитного материала.

Ферромагнетизм

Ферромагнетизм

Антиферромагнетизм

Антиферромагнетизм

 

Хотя в материале обычно присутствуют взаимодействия, которые стремятся выровнять спины, а также те, которые стремятся установить их в противоположных направлениях, последние силы преобладают в ферромагнетике (в противном случае результатом будет 'антиферромагнетизм').

В принципе, все спины в ферромагнетике могут быть упорядочены в одном и том же направлении, - в этом случае объект достигает своего магнитного насыщения и обладает сильным самопроизвольным магнитным полем. Однако упорядочение спинов может происходить и в более мелких доменах, которые называются областями Вейса. Если намагниченность доменов имеет случайный характер, то результирующее полное поле объекта равно нулю, даже несмотря на магнитную ориентацию. Под воздействием сильного магнитного поля все домены могут быть ориентированы в одном направлении (становятся намагниченными).

По мере повышения температуры молекулярное возбуждение постепенно нарушает упорядочение спинов. По мере достижения определенной температуры - 'температуры Кюри' - упорядочение спинов нарушается вследствие того что тепловая энергия превышает энергию магнитного взаимодействия. При температуре свыше TC материал ведет себя как парамагнетик, при этом обратная восприимчивость как функция абсолютной температуры формирует характерную для парамагнетика прямую. Однако линия проходит через T = TC, а не через T = 0 K, поскольку взаимодействие между спинами сохраняется даже не смотря на то, что тепловая энергия ингибирует их упорядочение.

Области применения

Существует широкий диапазон применений гистерезиса, возникающего в ферромагнетиках. Во многих из них это явление используется в качестве 'памяти', например, в магнитных лентах, жестких дисках и кредитных картах. Для этих областей применения желательно использование магнитно-жестких материалов (обладающих высокой коэрцитивной силой), таких как железо, чтобы обеспечить защиту памяти от стирания.

Магнитно-мягкие материалы (обладающие низкой коэрцитивной силой) используются в качестве сердечников для электромагнитов.

Подробнее