Природа ферромагнетизма

Согласно представлениям физика П. Весса (1865–1940), ферромагнетик ниже точки Кюри разбивается на большое число малых макроскопических областей – доменов, самопроизвольно намагниченных до насыщения (см. рис. 5, а).

а б

Р и с. 5. Домены

При отсутствии внешнего магнитного поля магнитные моменты отдельных доменов ориентируются хаотически и компенсируют друг друга, поэтому результирующий магнитный момент ферромагнетика равен нулю, и ферромагнетик не намагничен (рис. 5, а). Внешнее магнитное поле ориентирует магнитные моменты целых областей спонтанной намагниченности (рис. 5, б).

При ослаблении внешнего магнитного поля до нуля ферромагнетики сохраняют остаточное намагничение, так как тепловое движение не в состоянии быстро дезориентировать магнитные моменты столь крупных образований, какими являются домены. Поэтому и наблюдаются явления магнитного гистерезиса. Для того чтобы ферромагнетик размагнитить, необходимо приложить коэрцитивную силу. Точка Кюри оказывается температурой, выше которой происходит разрушение доменной структуры.

Дальнейшее развитие теории ферромагнетизма Френкелем и Гейзенбергом, а также ряд экспериментальных исследований в настоящее время позволили установить, что магнитные свойства ферромагнетиков определяются спиновыми магнитными моментами электронов. Установлено также, что ферромагнитными свойствами могут обладать только кристаллические вещества, в атомах которых имеются недостроенные внутренние электронные оболочки с нескомпенсированными спинами. В подобных кристаллах могут возникать силы, которые вынуждают спиновые и магнитные моменты электронов ориентироваться параллельно друг другу, что и приводит к возникновению областей спонтанного намагничивания. Эти силы называются обменными силами, имеют квантовую природу – они обусловлены волновыми свойствами электронов.

Осциллографический метод измерения характеристик ферромагнетика

Осциллографический метод измерения характеристик ферромагнетика основан на наблюдении петли гистерезиса на экране осциллографа.

Экспериментальная установка состоит из понижающего напряжение автотрансформатора ТР1; трансформатора ТР2, первичная и вторичная обмотка которого имеют соответственно и витков; сопротивления , напряжение с выхода которого подается на вход осциллографа; сопротивления ; конденсатора , напряжение с выхода которого подается на вход осциллографа. Контроль тока и его регулировка осуществляются резистором и амперметром .

В качестве объекта исследования используется сердечник трансформатора ТР2, изготовленный из железа.

На экране осциллографа при выключенной развертке можно получить график зависимости . Если – петля гистерезиса на экране будет изображать зависимость .

Покажем, что . Пусть в первичной обмотке трансформатора ТР2, где находится исследуемый сердечник, создается постоянный намагничивающий ток. Согласно теореме о циркуляции вектора по контуру для первичной обмотки записать можно