3. Намагничивание ферромагнетиков

Ферромагнетики состоят из множества макроскопических областей -доменов, которые характеризуются спонтанной намагниченностью в определенном направлении. Образование доменной структуры - результат единства и противоположности двух сил: обменного и магнитного взаимодействия На небольших расстояниях преобладают силы обменного взаимодействия и это приводит к параллельной ориентации магнитных моментов в небольшом объеме - домену. При увеличении размеров тела магнитное взаимодействие оказывает содействие разориентации магнитных моментов, образуется ряд доменов, намагниченность которых равновероятна во всех направлениях, вследствие чего полная намагниченность ферромагнетика равняется нулю.

Если ферромагнетик внести в магнитное поле, магнитные домены, имеющие направление спонтанной намагниченности, совпадающее или близкое к направлению вектора внешнего магнитного поля, за счет сдвига своих стенок увеличивают объем, поглощая другие домены. При довольно сильном магнитном поле происходит также поворот магнитных моментов доменов по направлению вектора напряженности внешнего магнитного поля. Поворот магнитных моментов доменов кристалла происходит в направлении более легкого намагничивания, т.е. поворот происходит с учетом анизотропии кристалла относительно спонтанной намагниченности. Так как для осуществления процесса поворота суммарного магнитного момента домену необходимая довольно большая энергия, то обычный поворот магнитных моментов происходит на последней стадии намагничивания ферромагнетика. При очень больших напряженностях магнитного поля ферромагнетик превращается в один насыщенный магнитный домен.

Учитывая изложенное, кривую намагничивания ферромагнетика можно условно разделить на четыре области (рис. 4.5):

1. Область обратимого сдвига стенок домена. Она характеризуется отсутствием гистерезисных явлений и эффекта Баркгаузена.

2. Область необратимых сдвигов стенок доменів, которая отвечает энергии внешнего магнитного поля, при котором происходят необратимые сдвиги стенок доменів. Указанному сдвигу препятствуют структурные дефекты, которые обуславливают потери на гистерезис. Под влиянием разных дефектов структуры возникают нерегулярные колебания смещающихся стенок доменов, которые проявляются в виде электромагнитных шумов в процессе намагничивания. В этом явлении заключается суть эффекта Баркгаузена.

3. Область последней стадии намагничивания, в которой происходит поворот вектора намагниченности ферромагнетика из направления легкого намагничивания в направление вектора напряженности внешнего магнитного поля.

4. Область насыщенной намагниченности. В этой области ферромагнетик превращается в единый домен с очень высокой намагниченностью. Если начиная из какой-нибудь точки кривой намагничивания, уменьшать напряженность магнитного поля, то магнитная индукция будет уменьшаться более медленно, чем по кривой основного намагничивания вследствие гистерезиса (отставание). При увеличении внешнего магнитного поля к бывшему значению индукция вернется к исходной позиции, описав при этом замкнутую кривую, которая вместе с бывшей образует петлю гистерезиса (рис. 4.6), которая описывает полный цикл намагничивания. Если образец намагнитить до значения индукции насыщенияB_s , а потом снять внешнее магнитное поле, то магнитная индукция уменьшится до значения остаточной индукции B_r.

Напряженность внешнего магнитного поля H_c , которую необходимо приложить к образцу, чтобы уменьшить остаточную индукцию до нуля, называется коэрцитивной силой.