Ферримагнетизм
Основные
представления физики ферромагнетизма,
рассмотренные выше, позволяют понять
физическую природу таких веществ как
ферриты (ферримагнетики). Ферриты под
действием внешнего поля намагничиваются
как и ферромагнетики, но отличаются от
последних рядом особенностей. Наиболее
существенной из них является аномальная
зависимость магнитных свойств от
температуры. В отличие от ферромагнетиков
у намагниченных до насыщения ферритов
магнитные свойства исчезают дважды: в
точке компенсации
и
в точке Кюри
(рис.5.23).
Это и другие свойства ферритов объясняются
особенностями их кристаллической
структуры.
-
Рис. 5.23. Температурная зависимость намагниченности насыщения феррита: 1 – подрешетка А; 2 – подрешетка В; 3 – результирующая
Ферриты
с магнитными свойствами являются обычно
твердыми растворами окиси железа с
окислами двухвалентных металлов
,
где
–
двухвалентный металл. Они имеют
кристаллическую структуру типа шпинели,
граната и др. Такую структуру можно
рассматривать как систему, состоящую
из двух подрешеток A
и B,
причем магнитные моменты последних
направлены антипараллельно (рис. 5.24).
Разность между магнитными моментами
подрешеток определяет намагничиваемость
ферритов. Если моменты подрешеток равны,
то вещество является антиферромагнетиком.
-
Рис. 5.24. Схематическое изображение решетки ферримагнетика
Наличие
двух подрешеток объясняет происхождение
точки компенсации. Так как каждая
подрешетка характеризуется своей
температурной зависимостью намагниченности
насыщения вплоть до точки Кюри, то при
некоторой температуре
происходит
компенсация антипараллельных магнитных
моментов обеих подрешеток (см. рис.
5.23). Несмотря на то, что ферриты имеют
более низкую по сравнению с ферромагнетиками
намагниченность насыщения, они получили
более широкое распространение, так как
имеют большое удельное сопротивление,
ограничивающее величину вихревых токов.
Это важное свойство позволило широко
применять ферриты на высоких и сверхвысоких
частотах.
Параметры магнитных материалов
Магнитные
свойства ферромагнетиков характеризуются
зависимостью магнитной индукции от
напряженности магнитного поля и потерями
на перемагничивание в зависимости от
индукции и частоты. Зависимости вида
называют
кривыми намагничивания.
При монотонном росте поля магнитная индукция предварительно размагниченного образца изменяется по первоначальной или нулевой кривой намагничивания (рис. 5.19). Нулевая кривая мало отличается от основной (коммутационной) кривой намагничивания, которая представляет собой геометрическое место вершин гистерезисных циклов, получающихся при циклическом перемагничивании.
Основная кривая намагничивания является важнейшей характеристикой магнитных материалов и широко используется для характеристики намагничивания материалов в постоянных полях. На основной кривой намагничивания принято различать три участка: начальный, что отвечает нижнему колену кривой, участок быстрого возрастания индукции (намагниченности) и участок насыщения (выше верхнего колена кривой).
При циклическом перемагничивании кривая намагничивания образует гистерезисную петлю (рис. 5.25).
-
Рис.5.25. Петля гистерезиса
Форма
петли данного материала зависит от
значения поля
.
Для слабых полей она имеет вид эллипсов,
с увеличением поля у нее начинают
вытягиваться «носики», которые отвечают
точкам
и
.
Основными характеристиками петли
гистерезиса является остаточная индукция
,
коэрцитивная сила
и площадь петли, характеризующая потери
на гистерезис за один цикл перемагничивания.
Остаточной
индукцией
называют индукцию
,
которая остается в предварительно
намагниченном образце после снятия
внешнего поля.
Коэрцитивная
сила
–
это размагничивающее поле, которое
необходимо приложить к образцу для
снижения индукции до нуля.
По основной кривой намагничивания можно построить зависимость магнитной проницаемости от напряженности магнитного поля (рис. 5.26).
По форме петли гистерезиса можно судить об особенностях магнитных материалов. Магнитомягкие материалы характеризуются узкой петлей гистерезиса с малой коэрцитивной силой (рис. 5.27, а). Они отличаются высокими значениями начальной и максимальной проницаемости. Магнитотвердые материалы обладают высокими значениями коэрцитивной силы и остаточной индукции (рис.5.27, б).
|
Рис.5.26. Зависимость магнитной проницаемости от напряженности поля |
-
а) б)
Рис. 5.27. Петли гистерезиса для магнитомягких (а) и магнитотвердых (б) материалов