Фізичні властивості та методи дослідження

11

6) магнітний момент електричного струму ( Рм )

Рм I S , А м2

S – площа замкнутого контуру І – струм

Магнітний момент направлений перпендикулярно до контуру таким чином, що струм в контурі тече проти годинникової стрілки

8) магнітне сприйняття ( )

являє собою відношення намагніченості до напруженості магнітного поля.

HJ - безрозмірна величина

11.Типи магнетиків (поділ за магнітною сприйнятливістю).

Магнетизм - це особлива форма матеріальної взаємодії електрично заряджених частинок, що рухаються. Передача цих взаємодій здійснюється магнітним полем.

Магнетизм – це розділ фізики, що вивчає цю взаємодію, а також магнітні властивості речовин так званих магнетиків.

Магнетики – це всі речовини в залежності від їх магнітних властивостей, у всіх речовин різні магнітні властивості і залежать від різних факторів.

Вприроді існує 5 видів магнетизму:

-діамагнетики

-парамагнетики

-феромагнетики

-антиферомагнетики

-феримагнетики

12

МАГНЕТИКИ.

Діамагнетики

Діамагнетики мають магнітне сприйняття < 0 Діа – в перекладі означає розбіжність.

Вони мають властивість намагнічуватися в напрямку протилежному дії зовнішнього магнітного поля. Діамагнетизм властивий всім речовинам.

При внесенні діамагнетика в магнітне поле в електронній оболонці кожного атома

всилу дії закону електромагнітної індукції виникають кругові струми, тобто з’являється додатній рух електронів. Ці струми створюють магнітний момент, який

всвою чергу згідно правилу Лоренцо направлений протилежно дії зовнішнього магнітного поля.

У діамагнетиків магнітне сприйняття завжди від’ємне.

В однорідному магнітному полі діамагнетик розгортається у поперек силових ліній, а з неоднорідного поля – відштовхується.

Ця намагніченість невелика. Ідеальний діамагнетик – це надпровідник. Приклади :

-гази (Ne, Xe, He)

-деякі метали (Bi, Sb, Zn).

Парамагнетики .

Парамагнетики,, які намагнічуються в зовнішньому магнітному полі, намагнічуються вздовж напрямку магнітного поля.

У відсутності зовнішнього магнітного поля парамагнетики немагнітні. Атоми пара магнетиків мають власні магнітні моменти, які орієнтовані в просторі хаотично. Під дією зовнішнього магнітного поля частина магнітних моментів орієнтується в напрямку поля в результаті цього парамагнетик набуває намагніченості J , яка пропорційна напруженню магнітного поля.

Магнітне сприйняття > 0 , але має маленькі величини 10 7 10 4 . Більшість металів – парамагнетики .

Приклади : Al, Li, Na, K, Ti, W, Mo, U.

Феромагнетики .

Феромагнетизм – магніто впорядкований стан речовини. Всі магнітні моменти атомів у феромагнетиків паралельні. Феромагнетик має власне поле, навіть без зовнішнього поля. Магнітне сприйняття >> 0 .

13

104 105 : Fe, Co, Ni, Gd.

Хімічна сполука феромагнетику з металом, коли утворюється інтерметалід – парамагнітна.

Наприклад: Fe2Mo3 .

Хімічна сполука феромагнетику з неметалом – феромагнітна . Наприклад : Fe3C .

Необхідною умовою феромагнетизму є наявність постійних магнітних моментів електронних оболонок атомів речовини.

У феромагнетиків є область незалежної намагніченості – домени ( область спонтанної намагніченості), в яких магнітні моменти атомів встановлюються паралельно.

- без дії зовнішнього магнітного поля. Звичайний розмір доменів ~ 10 7 10 8 м .

Магнітні моменти доменів у відсутності зовнішнього магнітного поля орієнтовані так, що результуюча намагніченість дорівнювала нулю.

Антиферомагнетики

В цих матеріалах орієнтація магнітних моментів сусідніх атомів відбувається на зустріч один одному.

Рис. орієнтація магнітних моментів.

14

Антиферомагнетизм спостерігається при переході речовини в антиферомагнітний стан вище температури Неєля.

Феримагнетики.

Це речовини в яких магнітні моменти декілька магнітних підграток з магнітними моментами, що направлені в протилежний бік або мають більш складну просторову орієнтацію. Векторна сума магнітних моментів відрізняється від нуля.

Феримагнетизм – це найбільш загальний випадок магнітного упорядкування. Феромагнетизм – це частковий випадок феримагнетизму.

Приклади:

Fe2O3 NiO

Fe2O3 CdO Fe3O4

Феромагнетики широко застосовуються в СВЧ ( струм високої частоти) техніці, оскільки частіше вони є діелектриками і не мають витрат на вихрові струми.

12.Фізичні явища, які спостерігаються при внесенні діата парамагнетиків у магнітне поле.

Діамагнетики мають магнітне сприйняття < 0 Діа – в перекладі означає розбіжність.

Вони мають властивість намагнічуватися в напрямку протилежному дії зовнішнього магнітного поля. Діамагнетизм властивий всім речовинам.

При внесенні діамагнетика в магнітне поле в електронній оболонці кожного атома

всилу дії закону електромагнітної індукції виникають кругові струми, тобто з’являється додатній рух електронів. Ці струми створюють магнітний момент, який

всвою чергу згідно правилу Лоренцо направлений протилежно дії зовнішнього магнітного поля.

У діамагнетиків магнітне сприйняття завжди від’ємне.

В однорідному магнітному полі діамагнетик розгортається у поперек силових ліній, а з неоднорідного поля – відштовхується.

Парамагнетики,, які намагнічуються в зовнішньому магнітному полі, намагнічуються вздовж напрямку магнітного поля.

У відсутності зовнішнього магнітного поля парамагнетики немагнітні. Атоми пара магнетиків мають власні магнітні моменти, які орієнтовані в просторі хаотично. Під дією зовнішнього магнітного поля частина магнітних моментів орієнтується в напрямку поля в результаті цього парамагнетик набуває намагніченості J , яка пропорційна напруженню магнітного поля.

15

13.Природа феромагнетизму

Феромагнетизм – магніто впорядкований стан речовини. Всі магнітні моменти атомів у феромагнетиків паралельні. Феромагнетик має власне поле, навіть без зовнішнього поля. Магнітне сприйняття >> 0 .

104 105 : Fe, Co, Ni, Gd.

Хімічна сполука феромагнетику з металом, коли утворюється інтерметалід – парамагнітна.

Наприклад: Fe2Mo3 .

Хімічна сполука феромагнетику з неметалом – феромагнітна . Наприклад : Fe3C .

Необхідною умовою феромагнетизму є наявність постійних магнітних моментів електронних оболонок атомів речовини.

У феромагнетиків є область незалежної намагніченості – домени ( область спонтанної намагніченості), в яких магнітні моменти атомів встановлюються паралельно.

- без дії зовнішнього магнітного поля. Звичайний розмір доменів ~ 10 7 10 8 м .

Магнітні моменти доменів у відсутності зовнішнього магнітного поля орієнтовані так, що результуюча намагніченість дорівнювала нулю.

16

Фізична сутність намагнічування.

Рис. Основна крива намагніченості феромагнетиків.

В точці 0 – магнітні домени компенсують один одного і намагніченість дорівнює нулю: J = 0 , Н = 0.

при Н 0

змінюється орієнтація магнітних доменів.

Один з доменів починає зростати по мірі збільшення магнітного поля. Саме той домен буде зростати, який найбільш вигідно орієнтований напрямку магнітного поля, решта – починає зменшуватися.

0 а – область ступінчатого зростання намагніченості в середині домену. В цій області намагніченість частково обернена.

17

а в – необмежені зміщення границь між доменами, тобто назад ці явища вже не повертаються. На а в всі домени вистроюються в один домен.

витрати енергії при цьому переходять в тепло.

в в - відбуваються процеси обертання магнітних моментів доменів до спів падання з лініями зовнішнього магнітного поля

Н

в с – намагніченість вже практично не зростає. Спостерігається намагніченість насичення.

Проводимо розмагнічування феромагнетику :

ВS - індукція насичення

jS - намагніченість насичення

H S - максимальна напруженість магнітного поля при якому відбувається насичення.

При знятті величини зовнішнього магнітного поля (Н) при розмагнічуванні феромагнетику крива зміни магнітної індукції ( або намагнічування) не співпадає з

18

основною кривою намагнічування. По мірі зменшення магнітного поля крива магнітної індукції буде пересікати осі координат.

Вr - відповідає залишковій індукції феромагнетику.

При зростанні величини поля в протилежному напрямку ми знову досягнемо максимуму , але з іншого боку, тобто має місце гістерезисну.

Величина напруженого магнітного поля, що відповідає залишковій індукції Вr , яка дорівнює нулю в цій точці називається коерцитивною силою. Ось в чому полягає намагніченість і поведінка феромагнетику.

14.Петля гістерезису.

Петля гистерезиса - в том случае, когда переход из начального состояния в конечное происходит по одному пути, а из конечного в начальное - по другому и в любой своей точке (кроме начала и конца) первый и второй пути имеют разное значение, возникает эффект называемый петлей гистерезиса. Графически для сегнетоэлектрика это выглядит так:

где Р - это поляризация материала, а E - напряженность электрического поля. При следовании по пути из точки 1 в точку 2 достигается такое критическое значения поляризации (поляризация насыщения), что возврат в исходное состояние по тому же пути для сегнетоэлектрика становится невозможным. Чем больше зазор между первым и вторым путем, тем лучше - тем однозначнее определение значения бинарного кода записанного в ячейке.

Поляризация насыщения - поляризация, при которой все дипольные моменты сегнетоэлектрика ориентируются вдоль вектора поля, при этом сегнетоэлектрик изменяет свои физические свойства.

Коэрцитивное напряжение - это значение электрического поля, при котором

19

поляризация материала становится равным 0.

Усталость материала (fatigue) - изменение значения поляризации сегнетоэлектрика в сторону уменьшения в процессе эксплуатации материала, то есть в цикле запись/перезапись.

Отпечаток заряда (imprint) - постепенный переход диэлектрика в одно из своих устойчивых состояний при длительном нахождении в этом состоянии Старение материала - деградация поляризационных параметров (остаточная поляризация Pr и поляризация насыщенности P0) с течением времени.

15.Магнітотверді та магнітом’які матеріали.

Магнітом’які матеріали(МММ) повинні мати високу магнітну проникність,малу коерцитивну силу,велику індукцію насичення,вузьку петлю гістерезиса,малі магнітні втрати.

МММ можна розділити на слідуючі групи:технічно чисте залізо(низьковуглицева сталь);кремниста електротехнічна сталь;сплави з високою початковою магнітною

Залізо являє собою магнітом’який матеріал, якого сильно залежать від вмісту домішок.

Технічно чисте залізо містить небільше 0.1% вуглецю,сірки,марганцю та інших домішок і володіє порівняно малим питомим електричним опором,що обмежує його застосування.Використовується в основному для магнітопроводів постійних магнітних потоків і виготовляється рафінуванням чавуну в мартенівських печах.

Електролітичне залізо утримується в процесі електролізу сірчанокислого або хлористого заліза.Воно використовується в постійних полях.

Карбонільне залізо отримують у вигляді порошку розкладом пентакарбонілу заліза Fe(CO)5.Його зручно використовувати для виготовлення сердечників,працюючих на високих частотах.

16.Структурно чутливі та структурно не чутливі фізичні величини, що характеризують магнітне поле у середовищі. Застосування вимірювання цих величин в металознавстві.

Всі магнітні характеристики поділяються на дві групи : 1) структурно-чутливі характеристики

до них відносяться : магнітне сприйняття, магнітна проникливість, коерцитивна сила, залишкова індукція, магнітний момент.

20

Ці характеристики залежать від структури металу, а саме : від величини зерна, від викривлення кристалічної гратки (дефектів), від способу одержання сплаву, від його механічної або термічної обробки.

Чим більше включень і домішок в сплаві, чим дрібніше зерно, тим більш викривлена гратка, тобто тим більше енергії витрачається на розмагнічування і

перемагнічування, тобто тим більше Рм і H C . 2)структурно-нечутливі

не залежать від структури. До них відносяться : індукція насичення, а також намагніченість jS .

Намагніченість насичення jS сплаву лінійно складається з інтенсивностей намагнічення окремих фаз і залежить від кількості феромагнітної фази в сплаві.

Окремо від І-ої і ІІ-ої групи властивостей стоїть точка Кюрі. Вона є функцією складу сплаву.

f (%сплаву)

На аналізі цих властивостей побудовано вибір магнітних сплавів з особливими магнітними властивостями. Вони поділяються на дві групи :

1)магніто-м’які сплави

2)магніто-тверді сплави

Перша група сплавів, тобто магніто-м’які сплави охоплюють цілий ряд електро

–технічних і трансформаторних сталей

Э– 1 ; Э – 2 (кремнію від 0.8 до 2.8 % )

Э – 3 ; Э – 4 (кремнію від 2.8 до 4.8 % ) .

Це означає в трансформаторних сталей дуже мала величина коерцитивної сили, тому петля гістерезисну для них дуже вузька.

В

H C Н

Також відноситься пермалой ( система Fe – Ni ), в якій Ni до 78.5 % і ряд інших сплавів.