3 Намагничивание ферромагнетиков

Ферромагнетики состоят из большого количества макроскопических участков − доменов, которые характеризуются спонтанной намагниченностью в определенном направлении. Образование доменной структуры − результат единства и противоположности двух сил: обменного и магнитного взаимодействия. На небольшом расстоянии преобладают силы обменного взаимодействия и это приводит к параллельной ориентации магнитных моментов в небольшом объеме − домене. При увеличении размеров тела магнитное взаимодействие способствует разориентации магнитных моментов, образуется ряд доменов, намагниченность которых одинаково возможна во всех направлениях, в результате чего полная намагниченность ферромагнетику равняется нулю.

Если ферромагнетик внести в магнитное поле, магнитные домены, которые имеют направление спонтанной намагниченности, которая совпадает или близко к направлению вектора внешнего магнитного поля, за счет смещения своих стенок увеличивают объем, в результате поглощения соседних плохо ориентированных доменов. При достаточно сильном магнитном поле происходит также поворот магнитных моментов доменов в направлении вектора напряженности внешнего магнитного поля. Поворот магнитных моментов доменов кристалла происходит в направлении более легкого намагничивания, то есть вращение происходит с учетом анизотропии кристалла относительно спонтанного намагничивания. Так как для осуществления процесса вращения суммарного магнитного момента домену необходима достаточно большая энергия, то как правило вращение магнитных моментов происходит на последней стадии намагничивания ферромагнетика. При очень больших напряженностях магнитного поля ферромагнетик превращается в один насыщенный магнитный домен.

Учитывая изложенное, кривую намагничивания ферромагнетику можно условно распределить на четыре участка (рис. 4.4):

1. Участок обратного смещения стенок домена. Она характеризуется отсутствием гистерезисных явлений и эффекта Баркгаузена.

2. Участок необратимого смещения стенок доменов, который соответсвует энергии внешнего магнитного поля, при котором происходят необратимые смещения стенок доменов. Отмеченному смещению препятствуют структурные дефекты, которые обусловливают потери на гистерезис. Под воздействием разных дефектов структуры возникают нерегулярные колебание стенок доменов, которые смещаются, и наблюдаются в виде электромагнитных шумов в процессе намагничивания. В этом явлении заключена суть эффекта Баркгаузена.

3. Участок последней стадии намагничивания, в которой происходит поворот вектора намагничивания ферромагнетика из направления легкого намагничивания в направление вектора напряженности внешнего магнитного поля.

4. Участок насыщения намагниченности. На этом участке ферромагнетик превращается в единственный домен с очень высокой намагниченностью.

Если, начиная из какой-то точки кривой намагничивания, уменьшать напряженность магнитного поля, то магнитная индукция будет уменьшаться медленнее, чем по кривой основного намагничивания в результате гистерезиса (отставания). При увеличении внешнего магнитного поля к прежнему значению индукция вернется к начальной позиции, описывая при этом замкнутую кривую, которая вместе с прежней образует петлю гистерезиса (рис.4.5). Петля гистерезиса описывает полный цикл намагничивания.

Если образец намагнитить до значения индукции насыщения В_s, а затем снять внешнее магнитное поле, то магнитная индукция уменьшится до значения остаточной индукции B_r. Напряженность внешнего магнитного поля H_C, которую необходимо приложить к образцу, чтобы уменьшить остаточную индукцию до нуля, называется коэрцитивной силой.