Д) Ферромагнетики

Помимо слабомагнитных веществ, к которым относится диамагнетики и парамагнетики, существует еще сильномагнитные вещества ферромагнетики. Намагниченность ферромагнетиков имеет тенденцию к насыщению. Существенной особенностью этого класса веществ являются: а) большие значения магнитной проницаемости (для Fe – 5000, супермаллоя – 800000) и б) зависимость μ от H (рис.). Такой характер поведения μ обуславливает явление магнитного гистерезиса – зависимость не только от H, но и от того какой была намагниченность в предыдущий момент.

Формула справедлива и для ферромагнетиков, однако магнитная индукция теперь не будет пропорциональна напряжённости намагничивающего поля, т.к. μ = f(H). Уже при сравнительно небольшой напряжённости H индукция B достигает большого значения после чего она изменяется медленно пропорционально H, рис.18.см рукопись

Если в ферромагнетике, намагниченном до насыщения B_н начать уменьшать напряжённость поля H, то индукция B тоже будет уменьшаться: однако её уменьшение происходит не по линии (1 – 0), а по (1 – 2), рис.19. При H = 0 ферромагнетик не размагничивается полностью. Отрезок (0 – 2) выражает остаточную магнитную индукцию – B₀. Для полного размагничивания необходимо создать внешнее поле с напряжённостью H_к противоположного направления. Эта напряжённость называется коэрцетивной силой. Дальнейший рост напряжённости поля вызывает перемагничивание ферромагнетика – (3 – 4) и при H = -H_н намагнитится до насыщения но в противоположном к исходному направлении. Затем его можно снова размагнитить (4 – 5 – 6) и снова намагнитить (6 – 1).

Явление отставания изменений магнитной индукции от изменений напряжённости намагничивающего поля называется магнитным гистерезисом. Кривая 1-3-4-6-1 – петлёй гистерезиса.

Площадь петли характеризует работу, затрачиваемую внешним полем на однократное перемагничивание ферромагнетика. Эта работа выделяется в виде теплоты.

При нагревании до определённой температуры (точка Кюри) ферромагнетики теряют свои магнитные свойства и превращаются в парамагнетик с μ ≈ 1. Точка Кюри для Fe - 770˚ C, для Ni - 360˚ C).

Особенности ферромагнетика обусловлены тем, что в нём имеется множество сравнительно крупных самопроизвольно намагниченных до насыщения областей – доменов, размером порядка 10^-2 см. В пределах одного домена спиновые магнитные моменты электронов ориентированы одинаково, что доказано на опытах Эйнштейном, Де-Гаазом и Иоффе. Однако ориентация самих доменов хаотична. Поэтому в отсутствие магнитного поля ферромагнетик не обнаруживает намагниченности. Внешнее поле упорядочивает ориентацию доменов. При напряжённости поля H_μ все домены занимают положение, при котором их магнитные моменты ориентированы в направлении внешнего поля – ферромагнетик намагничивается до насыщения. При выключении поля ферромагнетик не размагничиватся полностью. Этим объясняется магнитный гистерезис.

Ферромагнитики с широкой петлей гистерезиса называются жесткими, а с узкой мягкими.