9. Природа диамагнетизма и парамагнетизма

Индуцированный магнитный момент во внешнем магнитном поле возникает у всех без исключения атомов. Он обусловливает возникновение намагниченности направленной навстречу магнитному полю. Поведение конкретного многоэлектронного атома зависит от строения электронных оболочек атома. В ряде атомов электроны на оболочках расположены так, что суммарный (спиновой и орбитальный) магнитный момент оказывается равным нулю. Отклик атома на внешнее поле определяется индуцированным магнитным моментом, и намагниченность в таких веществах оказывается направленной навстречу внешнему полю. Такие вещества являются диамагнетиками с отрицательной магнитной восприимчивостью.

Однако у многих атомов сумма всех магнитных моментов в отсутствие поля не равна нулю. Во внешнем поле происходят два процесса:

1. вещество приобретает намагниченность, направленную навстречу внешнему полю, обусловленную возникновению у атомов индуцированного магнитного момента;

2. вещество приобретает намагниченность, направленную вдоль направления внешнего поля, за счет ориентации в пространстве магнитных моментов, присущих каждому атому в силу их внутренней природы.

В атомах парамагнетиков превалирует второй процесс и результирующая намагниченность оказывается направленной по внешнему полю, а магнитная восприимчивость – положительной.

10. Ферромагнетизм: основные особенности, параметры, области использования

Ф ерромагнетиками называют особый класс веществ, отличающихся не только очень большой магнитной восприимчивостью (о чем мы уже говорили), но и рядом других особенностей.

П ервой из них является нелинейный характер зависимости намагниченности от напряженности внешнего магнитного поля.

В обычных парамагнетиках (и диамагнетиках по сути дела тоже) в соотношении (19.17) магнитная восприимчивость является константой при весьма больших изменениях напряженности магнитного поля . Поэтому график зависимости имеет вид, показанный на рисунке 19.5а.

Аналогичный график для ферромагнетика показан на рисунке 19.5б. Отметим, что в силу большой восприимчивости ферромагнетиков, на одном графике изобразить обе зависимости практически невозможно. Поэтому график в нижней части рисунка (для парамагнетика) должен практически слиться с осью абсцисс.

Показанный на рисунке 19.5б график, на котором в исходном состоянии ферромагнетик не имеет намагниченности называется основной кривой намагничения.

Второй особенностью является наличие гистерезиса на зависимости . Гистерезисом (дословный перевод - запаздывание) называют отставание изменения от изменения (рисунок 19.65). Если при намагничивании достигнуто насыщение зависимости , то при последующем уменьшении внешнего поля уменьшение намагниченности происходит медленнее по сравнению с изменением напряженности поля при ее нарастании. (Насыщением называется такой характер зависимости некоторой величины, при котором дальней шее увеличение абсциссы не вызывает изменения ординаты). При обращении внешнего поля в ноль, ферромагнетик остается намагниченным. Его намагниченность в этом случае называется остаточной. Для ее удаления ферромагнетик необходимо поместить в поле с противоположной ориентацией. Величина поля, обращающая остаточную намагниченность в ноль, называется коэрцитивной силой. При увеличении поля противоположного направления намагниченность достигает насыщения, и при уменьшении поля ферромагнетик остается намагниченным в соответствии с его направлением при достижении насыщения.

В переменном поле зависимость следует пунктирной кривой, которую называют петлей гистерезиса. В зависимости от величины коэрцитивной силы, которая отражается на петле гистерезиса ее шириной, ферромагнетики делят жесткие – с широкой петлей гистерезиса, т.е. с большой коэрцитивной силой (а), и мягкие, с узкой петлей и небольшой коэрцитивной силой (б). Предельным выражением жестких ферромагнетиков являются ферромагнетики с прямоугольной петлей гистерезиса (в).

Форма петли гистерезиса во многом определяет область применения данного ферромагнетика. Жесткие ферромагнетики устойчивы к влиянию внешних полей, и их используют для создания постоянных магнитов и магнитной памяти. Мягкие – в устройствах, работающих в переменных полях, например, трансформаторах. Следует иметь в виду, что площадь петли гистерезиса пропорциональна энергии, выделяющейся в ферромагнетике за один цикл перемагничивания. Поэтому в переменном поле жесткий ферромагнетик будет интенсивно разогреваться.

Магнитная проницаемость ферромагнетиков зависит от величины внешнего поля и достигает максимального значения вблизи насыщения. Максимальное значение магнитной проницаемости, остаточная намагниченность и величина коэрцитивной силы являются основными параметрами ферромагнетика. Именно эти величины определяют качество ферромагнетика и область его использования.