Магнитные материалы. Их классификация

Любое вещество помещенное в магнитное поле приобретает магнитный момент. Магнитный момент единицы объема называется намагниченностью (А/м).

, где Н – напряжение магнитного поля, – магнитная восприимчивость – способность вещества к намагничиванию. Намагниченное тело создает свое магнитное поле, которое по направлению соответствует или противоположно внешнему полю.

Магнитная индукция: В = _о··Н, где _о – магнитная постоянная в СИ Гн/м;

 = 1+ – относительная магнитная проницаемость.  показывает, во сколько раз магнитная индукция В в данной среде больше магнитной индукции в вакууме В_о. Магнитные свойства атома определяются целиком электронами. По реакции на внешние магнитное поле и характеру внутренней упорядоченности все вещества можно подразделить на 5 групп: диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики, антиферромагнетики и ферримагнетики. Этим группам соответствует 5 различных типов магнитного состояния вещества:

Диамагнетики имеют отрицательную магнитную восприимчивость, не зависящую от внешнего магнитного поля. Инертные газы H₂,N₂ H₂O,нефть, Cu, Ag, Au, Zn, Hg, Ga большинство полупроводников (Si, Ge, AII, BVI и т.д.) соединения стекла, а также все вещества с ковалентной связью и сверхпроводники. (магнитная восприимчивость) для диамагнетиков 10^-6-10^-7. Они намагничиваются против магнитного поля. Внешним проявлением диамагнетиков является выталкивание их из неоднородного магнитного поля.

Парамагнетики – вещества с положительной , независящей от напряженности внешнего магнитного поля. Для них зависимость от температуры подчиняется закону Кюри-Вейса: =с/(Т-θ), где С и θ – const для данного вещества. для парамагнетиков 10^-3-10^-6. Парамагнетики втягивается в магнитное поле – O₂, NO, Na, K, Ca, Mg, соли Fe, Co, Ni, РЗЭ.

Ферромагнетики – вещества с до 10⁶, сильно зависимой от Н и Т.

К ферритам относятся сотни соединений: MeFe₂O₄ – шпинели и твердые растворы на их основе. Fe₂O₃, Y₃Fe₅O₁₂ – феррогранаты Y. Сплавы Гейслера (Cu₂MnAl), MnBi, MnSb.

Антиферромагнетики – вещества, в которых ниже некоторой Т спонтанно возникает антипарралельная ориентация магнитных моментов атомов. Т_{перехода} называется точкой Нееля. Выше Т_н они парамагнетики, =10^-3-10^-5  Ce, Nd, Sm,Tm, окислы, галогениды, сульфиды, карбонаты переходных металлов. Всего более 1000 соединений.

Ферримагнетики – вещества, магнитные свойства которых обусловлены нескомпенсируемым антиферромагнетизмом. Он имеет высокое , которая зависит от Т и Н  некоторые металлические сплавы, некоторые ферриты.

Диа-, пара- и антиферромагнетики – слабомагнитные материалы.

Ферро- и ферримагнетики – сильномагнитные материалы.

Экспериментально доказано, что свойство ферромагнетиков обусловлено их доменным строением. Это макроскопичность области 10^-2-10^-5 см, намагниченные до насыщения.

В монокристаллических ферромагнитных веществах существует магнитная анизотропия, т.е. направления легкого и трудного намагничивания, определяемых симметрией кристаллической решетки.

Если ферромагнетик намагнитить до насыщения B_s, а затем отключить внешнее поле, то индукция в «0» не обратится, а примет значение B_r, называемое остаточной индукцией. Чтобы убрать B_r, необходимо приложить магнитное поле противоположного направления. Напряженность размагниченного поля – Н_с, при которой индукция обращается в «0» называется коэрцитивной силой. Это одна из главных характеристик магнитного материала.

Изменение магнитного состояния ферромагнетика при его циклическом перемагничивании характеризуется явлением гистерезиса, а также сопровождается изменением его линейных размеров и формы. Это явление называется магнитострикцией. Различают спонтанную магнитострикцию (возникает при переходе вещества из парамагнитного в ферромагнитное состояние при температуре ниже точки Кюри). Линейная магнитострикция связана с искажением кристаллической решетки под действием внешнего поля. _s, коэффициент магнитострикции – относительная деформация образца; он может быть положительным и отрицательным (сплавы никеля, Fe-Pt, Fe-Co, Fe-Al, ряд керамик, NiFe₂O₄).