Строение и общие сведения о ферромагнетиках
могут соответствовать различные значения намагниченности (точки х, х
и х"
на рис. 1б) в зависимости от того, подходим ли мы к этому значению со стороны малых или со стороны больших значений H
. Намагниченность железа зависит, стало быть, не только от того, в каком поле данный кусок находится, но и от предыдущей истории этого куска. Это явление получило название магнитного гистерезиса, т.е отставание изменения величины намагниченности ферромагнитного вещества от изменения внешнего магнитного поля, в котором находится вещество. [1]
Когда внешнее магнитное поле становится равным нулю, железо продолжает сохранять некоторое остаточную намагниченность, величина которого характеризуется отрезком ОС
нашего графика. В этом и заключается
причина того, что из железа или стали можно изготовлять постоянные магниты.
Для дальнейшего размагничивания железа нужно приложить внешнее магнитное поле, направленное в противоположную сторону. Ход изменения намагниченности I
при возрастании напряженности этого противоположно направленного поля изображается ветвью CDE
кривой. Лишь когда напряженность этого поля достигнет определенного значения (в нашем опыте значения, изображаемого отрезком OD
)
, железо будет полностью размагничено (точка D
). Таким образом, величина напряженности размагничивающего поля (отрезок OD
) является мерой того, насколько прочно удерживается состояние намагничивания железа. Ее называют коэрцитивной силой. При уменьшении напряженности поля обратного направления и затем при возрастании напряженности поля первоначального направления ход изменения намагничивания железа изображается ветвью кривой EC'A.При новом повторении всего цикла размагничивания, перемагничивания и повторного намагничивания железа в первоначальном направлении форма этой кривой повторяется.
 |
Рис. 1б. Кривая намагниченности железа: зависимость намагниченности
I
от напряженности внешнего магнитного поля H . Стрелки указывают направление процесса
(Ветвь ОА
изображает ход намагничивания исходного ненамагниченного материала и не повторяется при повторных циклах. Для того чтобы вновь воспроизвести ветвь ОА
, необходимо привести материал в первоначальное ненамагниченное состояние. Для этого достаточно, например, сильно нагреть его.)
Из рис. 1б видно, что эта кривая, изображающая ход зависимости намагниченности железа I
от напряженности внешнего поля H
, имеет вид петли. Ее называют петлёй гистерезиса для данного сорта железа или стали. Форма петли гистерезиса является важнейшей характеристикой магнитных свойств того или иного ферромагнитного материала.
В частности, зная ее, мы можем определить такие важные характеристики этого материала, как его магнитное насыщение, остаточное намагничивание и коэрцитивную силу.
Рис.
2. Кривые намагниченности для различных сортов железа и стали:
1 — мягкое железо; 2 — закаленная сталь; 3 — незакаленная сталь
На рис. 2 показана форма петли гистерезиса для различных сортов железа и стали.
Коэрцитивная сила и форма петли гистерезиса характеризуют свойство ферромагнетика сохранять остаточное намагничивание и определяют использование ферромагнетиков для различных целей. Ферромагнетики с широкой петлей гистерезиса называются жесткими магнитными материалами (углеродистые, вольфрамовые, хромовые, алюминиево-никелевые и другие стали). Они обладают большой коэрцитивной силой и используются для создания постоянных магнитов различной формы (полосовых, подковообразных, магнитных стрелок). К мягким магнитным материалам, обладающим малой коэрцитивной силой и узкой петлей гистерезиса, относятся железо, сплавы железа с никелем. Эти материалы используются для изготовления сердечников трансформаторов, генераторов и других устройств, по условиям работы которых происходит перемагничивание в переменных магнитных полях. Перемагничивание ферромагнетика связано с поворотом областей самопроизвольного намагничивания. Работа, необходимая для этого, совершается за счет энергии внешнего магнитного поля. Количество теплоты, выделяющейся при перемагничивании, пропорционально площади петли гистерезиса.