41.Техническая кривая намагничивания

Ферро- и ферримагнетики являются кристаллическими веществами. Ход технической кривой намагничивания и петли гистерезиса зависят от различных видов взаимодействий в кристаллах. Исследования показали, что в магнитном отношении кристаллы анизотропны и имеют направления (оси) легкого и трудного намагничивания. Так, Fе, сплавы Fе-Si, Fе-Ni и ряд других кристаллизуются в кубической структуре и осями легкого намагничивания у них являются ребра куба. Для Ni, также кристаллизующегося в кубической структуре, имеет место обратное распределение осей. В размагниченном образце направления магнитных моментов доменов совпадает, с реями легкого намагничивания кристалла и расположены равновероятно. При наличии внешнего поля самым энергетически выгодным направлением является ось легкого намагничивания, составляющая наименьший угол с направлением поля. Процесс намагничивания можно представить следующим образом, В слабых полях происходит поворот векторов магнитных моментов доменов, составляющих наибольший угол с направлением магнитного поля, в более энергетически выгодные направления. Другими словами, имеет место рост объемов доменов, у которых магнитный момент, направленный по оси легкого намагничивания, составляет наименьший угол с направлением поля за счет уменьшения объемов доменов, у которых этот угол наибольший. Так как этот процесс обратим, его называют обратимым процессом смещения границ доменов. При усилении поля векторы магнитных моментов всех доменов поворачиваются в самое энергетически выгодное направление. Поскольку в этом процессе участвует значительно большее количество доменов, чем на начальном участке, процесс намагничивания идет более интенсивно, и кривая намагничивания становится круче. Этот процесс является необратимым, т.е. при удалении внешнего поля магнитное состояние уже не возвращается в исходное, поэтому его называют процессом необратимого смещения доменных границ. Процесс этот необратимый и скачкообразный. Коли намагничиваемый образец поместить внутри катушки, подключенной через усилитель к телефону, то можно прослушать отдельные щелчки, обусловленные индуцируемой в катушке э.д.с. при резком изменении магнитного потока. Ступенчатый характер процесса намагничивания получил название эффекта Баркгаузена. Возрастание индукции под действием внешнего поля в областях I и II обусловлено процессом смещения доменных границ – так называется этот механизм намагничивания. По мере дальнейшего увеличения напряжения магнитного поля возрастает роль второго механизма намагничивания — механизма вращения, при котором магнитные моменты доменов из направления легкого намагничивания, образующего небольшой угол с полем, постепенно поворачиваются в направление поля, т.е. в направление более трудного намагничивания. Когда все магнитные моментов ориентируются вдоль поля, – наступает состояние технического насыщения намагниченности. Если продолжать усиливать поле, то наблюдается парапроцесс, заключающийся в слабом росте намагниченности, в пределе достигающем значения истинного намагничивания. Дело в том, что строго параллельное расположение спиновых моментов в домене, вызываемое обменными силами, имеет место лишь при очень низких температурах, близких к; абсолютному нулю. При повышении температуры за счет тепловой энергии упорядоченность в расположении спинов не сколько нарушается. Однако внешнее поле подавляет дезориентирующее влияние теплового движения и возвращает «неправильно» ориентированные спины к параллельной ориентации. Этим самым достигается эффект приращения намагниченности. Роль парапроцесса возрастает с повышением температуры. Приведенный анализ хода кривой намагничивания является упрощенным. В действительности различные виды процессов намагничивания перекрывают друг друга, на характер кривых оказывают влияние многие явления и причины – магнитострикция, механические напряжения, дефекты кристаллической, немагнитные включения, воздушные зазоры и др. Во многих случаях для получения кривых намагничивания в качестве исходного состояния принимают размагниченное состояние образца, при котором в отсутствии внешнего поля индукция равна нулю и нет преимущественного направления намагничивания доменов, т.е. они расположены статистически равномерно. Наилучшего размагничивания можно достигнуть в результате нагрева материала выше точки Кюри. Однако в технике этот способ применяют редко в связи с неудобствами его практического осуществления. Чаще всего образец размагничивают, воздействуя на него переменным полем с убывающей до нуля амплитудой, используя специальные устройства или измерительную схему. Максимальная напряженность размагничивающего поля, необходимая для полного размагничивания, различна у разных групп материалов и должна в несколько раз превышать значение коэрцитивной силы. Требуется также, чтобы частота поля не была большой, иначе размагничиванию будет препятствовать экранирующее действие вихревых токов. Лучше всего применять поля с частотой 5-10 Гц и скоростью убывания не большей 1-2% при каждом цикле. Практически часто используют поле 50 Гц или непрерывно коммутируют и уменьшают постоянное поле.При намагничивании предварительно размагниченного образца различают следующие типы зависимостей:1) нулевую (первоначальную) кривую намагничивания, которую получают при монотонном увеличении Н;2) безгистерезисную (идеальную) кривую намагничивания, получаемую при одновременном действии постоянного и переменного полей с убывающей до нуля амплитудой;3) основную (коммутационную) кривую намагничивания, представляющую собой геометрическое место вершин кривых (вершин гистерезиеных циклов), получающихся при циклическом перемагничивании.Нулевая кривая обычно мало отличается от основной. Нулевая кривая намагничивания зависит от случайных причин, например, от механических сотрясений, колебаний температуры, характера изменения намагничивающего поля и др. Следовательно, нулевая кривая не отвечает требованию хорошей воспроизводимости и не может быть использована для сравнительной оценки свойств различных материалов. Нулевая кривая намагничивания, представляет интерес для физиков, в инженерной практике не используется.Безгистерезисная кривая намагничивания характеризуется быстрым возрастанием индукции до значения насыщения даже в слабых постоянных полях независимо от видов магнитного материала. Намагничивание по этой кривой имеет место в некоторых случаях.Основная кривая намагничивания является важнейшей характеристикой магнитных материалов, отвечает требованию хорошей воспроизводимости и широко используется для характеристики намагничивания материалов в постоянных полях.На основной кривой намагничивания принято различать три участка:начальный, соответствующий нижнему колену кривой; участок быстрого возрастания индукции (намагниченности) и участок насыщения (выше верхнего колена кривой).