Ферромагнетики

Опубликовано 06.01.2010 Ведущий Валерий Харыбин

Ферромагнетики (или ферромагнитные вещества) - это вещества, значительно усиливающие внешнее магнитное поле. К ним относится небольшая группа твердых кристаллических тел - например, сталь, железо, чугун, никель, кобальт, а также ряд сплавов. Магнитная проницаемость ферромагнетиков? намного больше единицы, и ее величина зависит от индукции внешнего намагничивающего поля.
Например, магнитная проницаемость никеля может достигать значения 50, железа - 5000, пермаллоя - 100000.
Намагничивание ферромагнитных тел впервые было изучено на опытах русского физика Александра Григорьевича Столетова.
У ферромагнетиков в атомах имеется по несколько электронов, магнитные моменты которых направлены в одну сторону и не скомпенсированы. Эти электроны усиливают магнитное поле вокруг атомов. Соседние атомы обмениваются валентными электронами, и магнитные моменты этих атомов располагаются параллельно. В результате вокруг кристалла ферромагнетика возникают самопроизвольно намагниченные области размером 10-2 - 10-4 см. Эти области называются доменами. Внутри домена возникает сильное магнитное поле вследствие того, что магнитные моменты всех его молекул направлены одинаково.
Когда ферромагнетик помещают во внешнее магнитное поле, его домены начинают ориентироваться по направлению поля до тех пор, пока магнитные моменты всех доменов не окажутся направленными по линиям индукции внешнего поля, усиливая его во много раз.
Магнитная проницаемость? ферромагнетиков не является постоянной величиной; она сильно зависит от индукции внешнего поля. Непостоянство магнитной проницаемости приводит к сложной нелинейной зависимости индукции магнитного поля в ферромагнетике от индукции внешнего магнитного поля.
Характерной особенностью процесса намагничивания ферромагнетиков является так называемый гистерезис, то есть зависимость намагничивания от предыстории образца. Кривая намагничивания ферромагнитного образца представляет собой петлю сложной формы, которая называется петлей гистерезиса.
Ферромагнитные материалы делятся на две большие группы - на магнито-мягкие и магнито-жесткие материалы. Магнито-мягкие ферромагнитные материалы почти полностью размагничиваются, когда внешнее магнитное поле становится равным нулю. К магнито-мягким материалам относится, например, чистое железо, электротехническая сталь и некоторые сплавы. Эти материалы применяются в приборах переменного тока, в которых происходит непрерывное перемагничивание, то есть изменение направления магнитного поля (трансформаторы, электродвигатели и т. п.).
Широкое применение получили ферриты. К ним относятся химические соединения оксидов железа с оксидами других веществ. Особенностью ферритов является то, что они не проводят электрический ток и имеют очень маленькую площадь петли гистерезиса, что позволяет уменьшить потери энергии на перемагничивание.
Магнито-жесткие материалы сохраняют в значительной мере свою намагниченность и после удаления их из магнитного поля. Примерами магнито-жестких материалов могут служить углеродистая сталь и ряд специальных сплавов. Магнито-жесткие метериалы используются в основном для изготовления постоянных магнитов.
Для каждого ферромагнетика существует определенная температура (так называемая температура или точка Кюри), выше которой ферромагнитные свойства исчезают, и вещество становится парамагнетиком. У железа, например, температура Кюри равна 770 °C, у кобальта 1130 °C, у никеля 360 °C, у пермаллоя - 70 °C. Если вещество охладить, то оно снова превращается в ферромагнетик.