Ферромагнетики

Ферромагнетики

Схематическое изображение параллельной ориентации магнитных моментов атомов в основном состоянии ферромагнетика

Ферромагнетики — некоторые металлы ( железо, никель, кобальт, гадолиний, марганец, хром и их сплавы) с большим магнитной проницаемостью, проявляющие явление гистерезиса; различают мягкие ферромагнетики с малой коэрцитивной силой и твердые ферромагнетики с большой коэрцитивной силой. Ферромагнетики используются для производства постоянных магнитов, сердечников электромагнитов и трансформаторов.

1. Свойства ферромагнетизма

Типичной свойством является нелинейный характер процесса намагничивания

• Ферромагнетики сильно втягиваются в область сильного магнитного поля. [ ]
• Магнитная восприимчивость ферромагнетиков положительна и значительно больше единицы. [ Источник? ]
• При не очень высоких температурах ферромагнетики характеризуются спонтанной намагниченностью, которая сильно изменяется под влиянием внешних воздействий [ Источник? ].

Свойства ферромагнетиков связаны с наличием в их структуре групп атомов, называемых доменами, которые уже имеют согласованную ориентацию элементарных магнитных полей.

Ориентация полей самих доменов, которая происходит при намагничивании, создает собственное поле вещества значительно сильнее, чем у других магнетиков, в которых происходит частичная ориентация элементарных полей атомов вещества. Ориентация полей доменов значительной мере сохраняется и после прекращения действия внешнего поля.

Такова суть остаточного намагничивания. Однако интенсивное тепловое движение может разрушить эту ориентацию, поэтому при высокой температуре ферромагнитные вещества теряют свои магнитные свойства.

2. Физическая природа ферромагнетизма

Ферромагнетизм возникает в веществах, в которых как следствие обменного взаимодействия, Спина электронов выгодно ориентироваться параллельно.

В результате такой согласованной ориентации спинов возникает макроскопический магнитный момент, который может существовать даже без внешнего магнитного поля.

При температуре, превышающей определенную критическую ( температура Кюри), обусловлено тепловым движением хаотическое розупорядкування берет верх над обменным взаимодействием и ферромагнетик переходит в парамагнитное состояние.

3. Направление намагниченности

Благодаря спин-орбитального взаимодействия ориентация спинов в неизотропних средах не является произвольной.

Кристаллы ферромагнитных веществ характеризуются так называемыми осями легкого намагничивания — кристаллографическими направлениями, в которых ориентируется магнитный момент ферромагнетика при отсутствии внешнего магнитного поля.

В слабом магнитном поле, если его направление не совпадает с осью легкого намагничивания, индуцированный магнитный момент может не совпадать с направлением магнитного поля. В сильных магнитных полях влияние оси легкого намагничивания полностью подавляется.

4. Доменная структура

При температуре ниже температуры Кюри, магнитные моменты электронов соседних атомов в ферромагнетике ориентированы параллельно, однако обычно эта ориентация не распространяется на все тело. Слабая магнитная взаимодействие между отдельными суммарными моментами значительных областей препятствует их росту.

Поэтому ферромагнетик разбивается на отдельные области полной намагниченности, так называемые магнитные домены. Магнитные домены могут ориентироваться произвольным образом, поэтому для ферромагнетика существует размагничены состояние.

В этом состоянии, несмотря на локальное намагничивания, тело с ферромагнитного вещества не является магнитом. Кроме размагниченного состояния, ферромагнитное тело может находиться в намагниченном состоянии, когда подавляющее число доменов имеет одинаковую ориентацию магнитных моментов.

Намагниченный состояние может сохраняться, когда внешнее магнитное поле отсутствует.

5. Ферромагнитные металлы

См.. также

• Антиферромагнетики
• Ферримагнетиках

Литература

• И.М.Кучерук, И.Т.Горбачук, П.П.Луцик Общий курс физики: Учебное пособие в 3-х т.. — Киев: Техника, 2006.
• Вакуленко Н. А. Русско-украинский словарь физической терминологии / Под ред. проф. В. Вакуленко (приложение: «Российско-украинские физический словарь»: около 6 000 терминов). — К., 1996. — 236 с.
• Биленко И. Физический словарь. — М.: Высшая школа, Главное выдал. 1979. — 336 с.

Ферромагнетики и электромагниты

Физика > Ферромагниты и электромагниты

Ферромагнетики и электромагниты – описание, магнитные свойства, характеристика, сила намагничивания, применение, температура Кюри, магнитная проницаемость.

Есть два типа магнитов и ферромагнетиков, способных поддерживать постоянное магнитное поле, и электромагниты, сформированные потоком тока.

Задача обучения

• Разобраться в типах магнитов.

Основные пункты

• Мощные электромагнитных эффекты проявляются лишь в определенных материалах (никель, железо, кобальт и гадолиний). Их именуют ферромагнитными.
• Магнитные домены (участки с однородной формой) ориентированы беспорядочно в немагнитном ферромагнитном материале, но могут выровняться из-за влияния внешнего магнитного поля.
• Если ферромагнит нагреть до температуры Кюри, то он утратит магнетизм.
• В электромагните магнитное поле формируется потоком тока.
• Соленоид (мощный электромагнит) можно создать, обмотав катушку проводами.

Термины

• Соленоид – катушка с проводами, функционирующая в качестве магнита при проходе электрического поля.
• Температура Кюри – отметка, выше которой материал теряет магнетизм.
• Магнитный домен – участок в магнитном материале с равномерной намагниченностью.

Ферромагнетики и электромагнит

Очень часто за магнит принимают постоянный магнит, которыми можно украсить холодильник. Правильно подобные объекты именовать ферромагнетиками. Есть также электромагниты, где магнитное поле создается при проходе тока.

Ферромагнетики

Только определенные материалы (кобальт, никель, железо) обладают сильными магнитными свойствами. За это их именуют ферромагнетиками (от латинского ferrum – железо). Есть также и слабые материалы, чья чувствительность измеряется специальными приборами. Ферромагнетики не только активно реагируют на присутствие магнита, но и способны намагничиваться (можно превратить в магниты).

Если приблизить магнит в немагнитному феррамагниту, то первый создает локальную намагниченность. При создании током магнитного поля в микроскопическом масштабе, появляются участки в материале (магнитные домены).

Подобная индуцированная намагниченность может стать стабильной, если материал нагреть и охладить.

Ток (I), протекающий сквозь магнитное поле (В). Поле ориентировано в соответствии с правилом правой руки

(а) – Немагнитная часть железа обладает случайно ориентированными участками. (b) – При намагничивании внешним полем домены демонстрируют серьезные выравнивания, а некоторые вырастают за счет других. Отдельные атомы выравниваются внутри доменов, и каждый атом функционирует как самостоятельный магнит

Постоянный магнит способен размагнититься при жестких ударах или нагреве в отсутствии другого магнита. Есть определенная температура для ферромагнитных материалов – температура Кюри. Если их нагреть выше этой отметки, то они потеряют намагниченность (1043 К или 770 °С для железа).

Электромагниты

Магнитное поле формируется из-за перемещения электрического тока. Оно выключится, как только ток исчезнет. Их активно применяют в электрических устройствах (генератор, двигатель, громкоговоритель, реле, жесткий диск).

Электрический ток в проводе формирует вокруг него магнитное поле. Чтобы сконцентрировать его, на катушку множество раз наматывают проволоку.

Магнитное поле от каждого завитка проходит сквозь центр катушки, формируя внутри мощное магнитное поле. По форме катушка напоминает вытянутую трубу (спираль) – соленоид.

Если внутри скрыта сердцевина (например, из мягкого железа), то мощность увеличивается.

Простой электромагнит, представленный изолированной проволокой катушкой с железным сердечником. Генерируемая магнитным полем сила выступает пропорциональной величине тока.

Направление магнитного поля сквозь катушку можно сравнить с правилом правой руки. Если пальцы имитируют скручивание катушки, то большой палец укажет на направление поля внутри нее.

Сторона магнита, из которой появляются линии поля, определяется как северный полюс. Главное преимущество электромагнита в том, что он способен быстро создавать нужный диапазон поля.

Но для этого требуется постоянно добавлять электрическую энергию.

(1 5,00 из 5)

Ферромагнитный материал. Свойства и применение ферромагнетиков

Образование 26 октября 2017

В зависимости от магнитных свойств, вещества бывают диамагнетиками, парамагнетиками и ферромагнетиками. И именно ферромагнитный материал обладает особенными свойствами, отличающимися от остальных.

Что это за материал и какими свойствами обладает

Ферромагнитный материал (или ферромагнетик) – вещество, находящееся в твердом кристаллическом или же аморфном состоянии, которое обладает намагниченностью при отсутствии какого-либо магнитного поля лишь при низкой критической температуре, т. е. при температуре ниже точки Кюри.

Магнитная восприимчивость этого материала положительна и превышает единицу. Некоторые ферромагнетики могут обладать самопроизвольной намагниченностью, сила которой будет зависеть от внешних факторов.

Кроме всего прочего, такие материалы имеют отличную магнитную проницаемость и способны к усилению внешнего магнитного поля в несколько сотен тысяч раз.

Группы ферромагнетиков

Всего существует две группы ферромагнитного материала:

1. Магнитно-мягкая группа. Ферромагнетики этой группы имеют небольшие показатели напряженности магнитного поля, но обладают отличной магнитной проницаемостью (менее 8,0×10-4 Гн/м) и невысокими потерями гистерезисного характера. К магнитно-мягким материалам относятся: пермаллои (сплавы с добавлением никеля и железа), оксидные ферромагнетики (ферриты), магнитодиэлектрики.
2. Магнитно-жесткая (или магнитно-твердая группа). Характеристики ферромагнитных материалов этой группы выше, чем у предыдущей. Магнитно-твердые вещества обладают как высокими показателями напряженности магнитного поля, так и хорошей магнитной проницаемостью. Они являются основными материалами для производства магнитов и устройств, где используется коэрцитивная сила и необходима отличная магнитная восприимчивость. К магнитно-жесткой группе относятся практически все углеродистые и некоторые легированные стали (кобальт, вольфрам и хром).

Материалы магнитно-мягкой группы

Как и говорилось ранее, к магнитно-мягкой группе относятся:

• Пермаллои, которые состоят только из сплавов железа и никеля. Иногда к пермаллоям добавляют хром и молибден для повышения проницаемости. Правильно изготовленные пермаллои отличаются высокими показателями магнитной проницаемости и коэрцитивной силы.
• Ферриты – ферромагнитный материал, состоящий из оксидов железа и цинка. Нередко к железу и цинку добавляют оксиды марганца или никеля для уменьшения сопротивления. Поэтому ферриты часто используют в качестве полупроводников при высокочастотных токах.
• Магнитодиэлектрики являются измельченной смесью порошка железа, магнетита или пермаллоя, обернутого в пленку из диэлектрика. Так же как и ферриты, магнитодиэлектрики используются в качестве полупроводников в самых разных устройствах: усилителях, приемниках, передатчиках и т. д.

Материалы магнитно-твердой группы

К магнитно-твердой группе относятся следующие материалы:

• Углеродистые стали, состоящие из сплава железа и углерода. В зависимости от количества углерода, бывают: низкоуглеродистые (менее 0,25% углерода), среднеуглеродистые (от 0,25 до 0,6% углерода) и высокоуглеродистые стали (до 2% углерода). Помимо железа и углерода, в состав сплава могут также входить кремний, магний и марганец. Но наиболее качественными и пригодными ферромагнитными материалами считаются те углеродистые стали, которые имеют наименьшее количество примесей.
• Сплавы на основе редкоземельных элементов, например самарий-кобальтовые сплавы (соединения SmCo5 или Sm2Co17). Они имеют высокие показатели магнитной проницаемости при остаточной индукции в 0,9 Тл. При этом магнитное поле в ферромагнетиках такого типа тоже составляет 0,9 Тл.
• Другие сплавы. К таковым относятся: вольфрамовые, магниевые, платиновые и кобальтовые сплавы.

Отличие ферромагнитного материала от других веществ, обладающих магнитными свойствами

В начале статьи было сказано, что ферромагнетики обладают особенными свойствами, которые значительно отличаются от других материалов, и вот несколько доказательств:

1. В отличие от диамагнетиков и парамагнетиков, которые получают свои свойства от отдельных атомов и молекул вещества, свойства ферромагнитных материалов зависят от кристаллической структуры.
2. Ферромагнитные материалы, в отличие, например, от парамагнетиков, имеют большие значения магнитной проницаемости.
3. Помимо проницаемости, ферромагнетики отличаются от парамагнитных материалов еще и тем, что имеют зависимую связь между намагничиванием и напряженностью намагничивающего поля, которая имеет научное название – магнитный гистерезис. Подобному явлению подвержены многие ферромагнитные материалы, например кобальт и никель, а также сплавы на их основе. Кстати, именно магнитный гистерезис позволяет магнитам сохранять состояние намагниченности в течение продолжительного времени.
4. Некоторые ферромагнитные материалы также обладают особенностью изменять свою форму и размеры при намагничивании. Такое явление называется магнитострикцией и зависит не только от вида ферромагнетика, но и от других не менее важных факторов, например от напряженности полей и расположения кристаллографических осей по отношению к ним.
5. Еще одной интересной особенностью ферромагнитного вещества является способность терять свои магнитные свойства или, говоря проще, превращаться в парамагнетик. Такого эффекта можно достичь при нагреве материала выше так называемой точки Кюри, при этом переход в парамагнитное состояние не сопровождается какими-либо сторонними явлениями и практически незаметен невооруженным глазом.

Область применения ферромагнетиков

Как видно, ферромагнитный материал занимает особо важное место в современном мире технологий. Его используют при изготовлении:

• постоянных магнитов;
• магнитных компасов;
• трансформаторов и генераторов;
• электронных моторов;
• электроизмерительных приборов;
• приемников;
• передатчиков;
• усилителей и ресиверов;
• винчестеров для ноутбуков и ПК;
• громкоговорителей и некоторых видов телефонов;
• звукозаписывающих устройств.

В прошлом некоторые магнитно-мягкие материалы использовались также в радиотехнике при создании магнитных лент и пленок.

Ферромагнетики и доменная структура

Ферромагнетизмом обладают вещества только в кристаллическом состоянии. К числу ярких представителей ферромагнетиков относят: железо, никель, кобальт, соединения марганца и хрома и ряд других. Ферромагнетики относят к сильномагнитным веществам.

Их намагниченность зависит от напряжённости внешнего поля нелинейно и достигает насыщения. В связи с этим для ферромагнетиков магнитная восприимчивость ($varkappa $) и магнитная проницаемость ($mu $) не являются постоянными.

По — прежнему записывают, что:

[overrightarrow{J}=varkappa overrightarrow{H} и overrightarrow{B}=mu {mu }_0overrightarrow{H}left(1
ight),]

но тогда $mu и varkappa $ рассматривают как функции от напряженности поля.

Эти функции сначала растут при росте напряженности поля, проходят через максимум, в сильных полях, когда достигнуто насыщение, магнитная проницаемость стремится к единице, а магнитная восприимчивость к нулю. Значение $mu $ в максимуме достигает для большинства ферромагнетиков при обычных температурах сотни тысяч единиц.

Монокристаллы ферромагнетиков анизотропны относительно магнитных свойств. В каждом монокристалле существует одно или несколько направлений, вдоль которых магнитная восприимчивость особенно большая. Существуют направления, в которых кристалл плохо намагничивается. Надо отметить, что если ферромагнитное вещество состоит из мелких поликристаллов, то оно изотропно.

Следующая характерная особенность ферромагнетиков состоит в том, что зависимости $overrightarrow{B }(overrightarrow{H})$ и $overrightarrow{J }(overrightarrow{H})$ не однозначны, а определены предшествующей историей. То есть ферромагнетикам присущ магнитный гистерезис.

Для ферромагнетиков существует определенная температура при переходе через которую вещество совершает фазовый переход второго рода. Такая температура называется температурой Кюри ($T_k$) (или точкой Кюри).

При этом магнитная восприимчивость в окрестности очки Кюри подчиняется закону Кюри — Вейса:

[varkappa =frac{С}{T-T_k}left(2
ight),]

где $С$ — постоянная зависящая от рода вещества.

Доменная структура ферромагнетика

Экспериментально было получено Эйнштейном, что ферромагнетизм вызван спинами электронов. Ферромагнетики имеют спонтанную намагниченность, когда нет внешнего поля, но под воздействие внутренних причин спины электронов стремятся ориентироваться в одном общем направлении. Но всему ферромагнетику целиком быть намагниченным энергетически не выгодно.

Первая количественная теория, описывавшая свойства ферромагнетиков была разработана Вейссом в 1907 г. На первый взгляд в его теории спонтанное намагничивание находится в противоречии с фактом, что даже при температуре ниже точки Кюри некоторые ферромагнетики, обычно не намагничены, хотя существуют и постоянные магниты.

Вейсс устранил это противоречие, когда ввел гипотезу о том, что ферромагнетики ниже точки Кюри в магнитном отношении распадаются на множество маленьких макроскопических областей. Каждая область спонтанно намагничена. Такие области называются доменами. В обычных условиях направления доменов хаотичны. Тело в целом является не намагниченным.

При включении внешнего поля домены, ориентированные по полю растут за счет доменов, которые ориентированы против поля, идет смещение границ доменов. В слабых полях такое смещение обратимо. В сильных полях домены переориентируются в пределах всего домена.

Процесс приобретает необратимый характер, возникает явление гистерезиса и остаточное намагничивание.

Доменный «распад» энергетически выгоден. При дроблении ферромагнетика на домены и появлении доменов разной ориентации магнитное поле, которое порождаемое ферромагнетиком ослабляется. Становится меньше соответствующая энергия.

Условием минимума определен и размер доменов. Доменная структура ферромагнетиков доказана эмпирически.

Границы доменов

Итак, для минимизации энергии магнитного поля является выгодным уменьшение размера домена.

Однако, этому препятствует необходимость при этом затрат энергии на образование границ между доменами, так как намагниченность по разные стороны границы имеет разное направление.

Граница имеет конечную толщину, в пределах нее намагниченность постепенно изменяет свое направление от ориентации в одном домене к ориентации в соседнем.

Стенки доменов классифицируют по особенностям поворота вектора намагниченности.

В том случае, если перпендикулярная (относительно стенки) составляющая вектора намагниченности в процессе поворота не изменяется, то это стенка Блоха.

(Говорят, что в стенке Блоха вращение происходит в плоскости параллельной стенке). Если изменение направления вектора намагниченности происходит с изменением перпендикулярной составляющей, то стенка носит имя Нееля.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Пример 2

Задание: Какое свойство ферромагнетиков позволяет использовать их для получения сильных магнитных полей?

Решение:

Так как у ферромагнетиков зависимость $overrightarrow{B}left(overrightarrow{H}
ight) $не линейна, магнитная проницаемость ($mu $), равная:

[mu =frac{overrightarrow{B}}{{mu }_0overrightarrow{H}}(2.1)]

зависит от напряженности поля. Кивая зависимости $mu (overrightarrow{H})$ рис.2 растет с увеличением поля, от какого то начального значения до некоторого ${mu }_{max}$. За тем, магнитная проницаемость уменьшается асимптотически до единицы.

Свойства и применение ферромагнетиков

Рассмотрим основные области применения ферромагнетиков, а также особенности их классификации. Начнем с того, что ферромагнетиками называют твердые вещества, которые обладают при невысоких температурах неконтролируемой намагниченностью. Она меняется под воздействием деформации, магнитного поля, температурных колебаний.

Свойства ферромагнетиков

Применение ферромагнетиков в технике объясняется их физическими свойствами. Они обладают магнитной проницаемостью, которая превышает во много раз проницаемость вакуума.

В связи с этим все электротехнические устройства, в которых используются магнитные поля для преобразования одного вида энергии в другой, имеют специальные элементы, выполненные из ферромагнитного материала, способного проводить магнитный поток.

Особенности ферромагнетиков

Какими отличительными характеристиками обладают ферромагнетики? Свойства и применение этих веществ объясняется особенностями внутреннего строения. Существует прямая зависимость между магнитными свойствами вещества и элементарными носителями магнетизма, в роли которых выступают электроны, движущиеся внутри атома.

Во время движения по круговым орбитам они создают элементарные токи и магнитные диполи, имеющие магнитный момент. Его направление определяется по правилу буравчика.

Магнитный момент тела является геометрической суммой всех частей. Помимо вращения по круговым орбитам, электроны также движутся вокруг собственных осей, создавая спиновые моменты.

Именно они выполняют важную функцию в процессе намагничивания ферромагнетиков.

Практическое применение ферромагнетиков связано с образованием в них самопроизвольных намагниченных областей, у которых параллельная ориентация спиновых моментов. Если ферромагнетик на располагается во внешнем поле, в таком случае отдельные магнитные моменты имеют разные направления, их сумма равна нулю и отсутствует свойство намагниченности.

Отличительные черты ферромагнетиков

Если парамагнетики связаны со свойствами отдельных молекул или атомов вещества, то ферромагнитные свойства можно объяснить спецификой кристаллического строения.

Например, в парообразном состоянии атомы железа незначительно диамагнитны, а в твердом состоянии этот металл является ферромагнетиком.

В результате лабораторных исследований была выявлена зависимость между температурой и ферромагнитными свойствами.

Среди их отличительных характеристик можно выделить не только высокое значение магнитной проницаемости, но и связь между напряженностью поля и намагниченностью.

Взаимодействие магнитных моментов отдельных атомов ферромагнетика способствует созданию мощных внутренних магнитных полей, которые выстраиваются параллельно друг другу. Мощное внешнее поле приводит к изменению ориентации, что и приводит к усилению магнитных свойств.

Природа ферромагнетиков

Учеными была установлена спиновая природа ферромагнетизма. При распределении электронов по энергетическим слоям учитывается принцип запрета Паули. Суть его в том, что на каждом слое может находиться только их определенное количество. Результирующие значения орбитальных и спиновых магнитных моментов всех электронов, располагающихся на заполненной полностью оболочке, равны нулю.

Химические элементы, имеющие ферромагнитные свойства (никель, кобальт, железо), являются переходными элементами таблицы Менделеева. В их атомах происходит нарушение алгоритма заполнения электронами оболочек. Сначала они попадают на верхний слой (s-орбиталь), и только после его полного заполнения электроны попадают на оболочку, расположенную ниже (d-орбиталь).

Масштабное применение ферромагнетиков, основным из которых является железо, объясняется изменением строения при попадании во внешнее магнитное поле.

Подобными свойствами могут обладать только те вещества, в атомах которых существуют внутренние недостроенные оболочки. Но и этого условия недостаточно для того, чтобы вести речь о ферромагнитных характеристиках.

Например, у хрома, марганца, платины также существуют недостроенные оболочки внутри атомов, но они являются парамагнетиками.

Возникновение самопроизвольной намагниченности объясняется особым квантовым действием, которое сложно пояснить с помощью классической физики.

Подразделение

Существует условное подразделение таких материалов на два типа: жесткие и мягкие ферромагнетики. Применение жестких материалов связано с изготовлением магнитных дисков, лент для хранения информации. Мягкие ферромагнетики незаменимы при создании электромагнитов, сердечников трансформаторов. Отличия между двумя видами объясняются особенностями химического строения данных веществ.

Особенности использования

Рассмотрим подробнее некоторые примеры применения ферромагнетиков в разнообразных отраслях современной техники. Магнитомягкие материалы применяют в электротехнике для создания электрических моторов, трансформаторов, генераторов. Кроме того, важно отметить применение ферромагнетиков такого типа в радиосвязи и слоботочной технике.

Жесткие виды нужны для создания постоянных магнитов. В случае выключения внешнего поля у ферромагнетиков сохраняются свойства, поскольку не исчезает ориентация элементарных токов.

Постоянные магниты нужны при создании электрических измерительных приборов, телефонов, громкоговорителей, магнитных компасов, звукозаписывающих аппаратов.

Ферриты

Рассматривая применение ферромагнетиков, необходимо особое внимание уделить ферритам. Они широко распространены в высокочастотной радиотехнике, поскольку сочетают свойства полупроводников и ферромагнетиков. Именно из ферритов в настоящее время изготавливают магнитные ленты и пленки, сердечники катушек индуктивности, диски. Ими являются оксиды железа, находящиеся в природе.

Интересные факты

Интерес представляет применение ферромагнетиков в электрических машинах, а также в технологии записи в винчестере. Современные исследования свидетельствуют о том, что при определенных температурах некоторые ферромагнетики могут приобретать парамагнетические характеристики. Именно поэтому эти вещества считаются плохо изученными и представляют для физиков особый интерес.

Стальной сердечник способен в несколько раз увеличить магнитное поле, не меняя при этом силу тока.

Применение ферромагнетиков позволяет существенно экономить электрическую энергию. Именно поэтому для сердечников генераторов, трансформаторов, электрических двигателей применяют материалы, обладающие ферромагнитными свойствами.

Магнитный гистерезис

Это явление зависимости напряженности магнитного поля и вектора намагниченности от внешнего поля. Проявляется данное свойство в ферромагнетиках, а также в сплавах, изготовленных из железа, никеля, кобальта. Подобное явление наблюдается не только в случае изменения поля по направлению и величине, но и в случае его вращения.

Проницаемость

Магнитной проницаемостью является физическая величина, которая показывает отношение индукции в определенной среде к показателю в вакууме. Если вещество создает свое магнитное поле, его считают намагниченным. Согласно гипотезе Ампера, величина свойств зависит от орбитального движения «свободных» электронов в атоме.

Петля гистерезиса представляет собой кривую зависимости изменения размера намагниченности ферромагнетика, расположенного во внешнем поле от изменения размера индукции. Для полного размагничивания используемого тела нужно поменять направление внешнего магнитного поля.

При определенной величине магнитной индукции, которую называют коэрцитивной силой, намагниченность образца принимает нулевое значение.

Именно форма петли гистерезиса и величина коэрцитивной силы определяют способность вещества сохранять частичное намагничивание, объясняют широкое применение ферромагнетиков.

Кратко области применения жестких ферромагнетиков, обладающих широкой петлей гистерезиса, описаны выше.

Вольфрамовые, углеродистые, алюминиевые, хромовые стали имеют большую коэрцитивную силу, поэтому на их основе создают постоянные магниты разнообразной формы: полосовые, подковообразные.

Среди мягких материалов, имеющих небольшую коэрцитивную силу, отметим железные руды, а также сплавы железа с никелем.

Процесс перемагничивания ферромагнетиков связан с изменением области самопроизвольного намагничивания. Для этого используется работа, которая совершается внешним полем. Количество теплоты, образующейся в этом случае, пропорционально площади петли гистерезиса.

Заключение

В настоящее время во всех отраслях техники активно применяют вещества, обладающие ферромагнитными свойствами. Помимо существенной экономии энергетических ресурсов, благодаря применению подобных веществ можно упрощать технологические процессы.

Например, вооружившись мощными постоянными магнитами, можно существенно упростить процесс создания транспортных средств. Мощные электромагниты, применяемые в настоящее время на отечественных и зарубежных автомобильных комбинатах, позволяют полностью автоматизировать самые трудоемкие технологические процессы, а также существенно ускорить процесс сборки новых транспортных средств.

В радиотехнике ферромагнетики позволяют получать приборы высочайшего качества и точности.

В результате многочисленных исследований, проводимых в лучших исследовательских лабораториях, удалось установить магнитные свойства наночастиц кобальта и железа, покрытых тонким слоем золота. Уже подтверждена их способность переносить антираковое лекарство или атомы радионуклидов в нужную часть организма человека, увеличивать контрастность изображений магнитного резонанса.

Кроме того, такие частицы можно использовать для модернизации устройств магнитной памяти, что станет новым шагом в создании инновационной медицинской техники.

Коллективу российских ученых удалось разработать и апробировать методику восстановления водных растворов хлоридов для получения комбинированных кобальто-железных наночастиц, подходящих для создания материалов с усовершенствованными магнитными характеристиками. Все исследования, проводимые учеными, направлены на повышение ферромагнитных свойств веществ, увеличение их процентного использования в производстве.