В ферромагнетике при действии на него внешним магнитным полем протекают процессы, приводящие к возрастанию намагниченности ферромагнетика в направлении поля. В состоянии полного размагничивания ферромагнитный образец состоит из небольших областей (доменов) объёмом 10-9÷10-6 см3, иногда до 10-3 см3, каждая из которых намагничена до насыщения JS, но при этом векторы самопроизвольной намагниченности доменов Js располагаются так, что суммарная намагниченность образца J = 0.
Переориентация векторов намагниченности доменов в направлении приложенного поля включает процессы смещения, вращения и парапроцесс.
Процесс смещения в многодоменном ферромагнетике заключается в перемещении границ между доменами; объём доменов, векторы Js которых составляют наименьший угол с направлением напряжённости магнитного поля Н, при этом увеличивается за счёт соседних доменов с энергетически менее выгодной ориентацией Js относительно поля.
Процесс вращения состоит в повороте векторов Js в направлении поля Н. Причиной возможной задержки или ускорения процесса вращения является магнитная анизотропия ферромагнетика (первоначально векторы Js доменов направлены вдоль осей лёгкого намагничивания, в общем случае не совпадающих с направлением Н). При полном совпадении Js с направлением Н достигается так называемое техническое магнитное насыщение, равное величине Js ферромагнетика при данной температуре.
Магнитная анизотропия связана с анизотропным характером магнитного взаимодействия между атомными носителями магнитного момента в веществах. В поликристаллических твёрдых телах магнитная анизотропия в макромасштабе обычно не проявляется. Напротив, в монокристаллах магнитная анизотропия приводит к большим наблюдаемым эффектам, например, к различию величины магнитной восприимчивости ферромагнетиков вдоль различных направлений в кристалле.
|
|
Парапроцесс заключается в выстраивании вдоль поля элементарных магнитных моментов, которые из-за дезориентирующего действия теплового движения были отклонены от направления Js в доменах. При этом величина намагниченности J ферромагнетика стремится к её значению при абсолютном нуле. Парапроцесс в большинстве случаев даёт очень малый прирост намагниченности, поэтому намагниченность ферромагнетиков определяется в основном процессами смещения и вращения.
Если намагничивание ферромагнетика осуществлять при монотонном и медленном возрастании поля из состояния полного размагничивания (J=0, Н = 0), то полученную зависимость J(H) называют кривой первого намагничива-ния. Ее обычно подразделяют на 5 участков (рис.)
Рис. Кривая первого намагничивания и схематическое изображение процессов намагничивания в многодоменном ферромагнетике: I – область обратимого намагничивания, II – область Рэлея, III – область наибольших проницаемостей, IV – область приближения к насыщению, V – область парапроцесса
На рис. приведена типичная кривая магнитного гистерезиса в ферромагнетике. Из точки 0 (Н = 0, J = 0) с увеличением Н значение J растет по кривой 1 – основной кривой намагничивания − и в сильном поле Н ≥ Нm становится практически постоянным и равным намагниченности насыщения JS (ей соответствует значение индукции насыщения). При уменьшении Н обратный ход зависимости J(Н) не соответствует кривой 1, а при Н = 0 намагниченность не возвращается к значению J = 0. Это изменение соответствует кривой размагничивания 2, при Н = 0 намагниченность принимает значение JR – остаточная намагниченность (ей соответствует остаточная индукция Br). Для полного размагничивания образца (J = 0) необходимо приложить обратное поле -HC, названное коэрцитивной силой. Когда обратное поле достигает значения -Hm, образец намагничи-вается до насыщения -JS в обратном направлении. При дальнейшем изменении Н от -Нm до +Нm намагниченность соответствуют кривой 3. Ветви 2 и 3, получающиеся при циклическом изменении Н, вместе образуют замкнутую кривую, называемую предельной петлей гистерезиса.
|
|
Рис. Кривые первичного намагничивания (1) и перемагничивания (2, 3) ферромагнетика.