Краткая теория. Наличие сильного обменного взаимодействия приводит к тому, что при температурах ниже точки Кюри ферромагнетики самопроизвольно намагничиваются до насыщения

Наличие сильного обменного взаимодействия приводит к тому, что при температурах ниже точки Кюри ферромагнетики самопроизвольно намагничиваются до насыщения. Наличие такого спонтанного намагничивания является характерной чертой ферромагнетика. Это находится в кажущемся противоречии с общеизвестным фактом отсутствия намагничивания у ферромагнетика, не подвергавшегося воздействию внешнего магнитного поля.

Противоречие это устраняется, если принять, что каждый микрокристаллик ферромагнетика при возникновении оказывается разделенным на множество очень маленьких объемов (доменов) намагниченных по различным направлениям легкого намагничивания, так, что результирующая намагниченность микрокристаллика равна нулю в отсутствии внешнего магнитного поля.

Причиной образования доменов является хорошо известное еще из механики положение о том, что наиболее устойчивым состоянием системы является то, которому соответствует минимум потенциальной энергии. При образовании доменов магнитный поток замыкается внутри кристалла, почти не выходя наружу. Поэтому энергия кристалла будет минимальной.

В состоянии полного размагничивания ферромагнетик состоит из огромного числа доменов, каждый из которых намагничен до насыщения, но при этом векторы намагниченности разориентированы и суммарный магнитный момент изотропного ферромагнетика равен нулю (рис. 3.1).

Намагничивание ферромагнетика состоит в переориентации векторов намагниченности доменов в направлении внешнего магнитного поля и включает в себя процессы смещения, вращения и парапроцессы. Это приводит к тому, что зависимость имеет очень сложный вид, изображенный на рисунке 3.2.

Процесс упругого смещения (область ) в многодоменном образце заключается в упругом перемещении границ между доменами; при этом, объем доменов, в которых вектора составляют наименьший угол с направлением вектора напряженности внешнего магнитного поля увеличивается за счет соседних доменов с менее выгодной ориентацией вектора .

В области основной кривой намагничивания происходит необратимое смещение границ доменов. Магнитные моменты доменов поворачиваются на и , что соответствует крутому ходу кривой намагничивания. Изменение намагниченности на этом участке происходит скачкообразно, вследствие наличия эффекта Баркгаузена.

Процесс вращения (область ) состоит в повороте векторов в направлении внешнего магнитного поля . При полном совпадении векторов с направлением вектора достигается так называемое техническое насыщение ферромагнетика.

Парапроцесс (область ) в большинстве случаев дает очень малый прирост намагниченности, поэтому намагниченность ферромагнетика определяется в основном процессами смещения и вращения.

Так как величины связаны соотношением , где - магнитная постоянная, то по известной зависимости можно построить зависимость .

Наиболее распространенным способом определения характеристик магнитных материалов на переменном токе является индукционный метод. Этот метод основан на явлении электромагнитной индукции, когда измеряется ЭДС индукции в катушке, которая охватывает исследуемый образец.

Экспериментальная установка представляет собой исследуемый образец в форме тороида на который равномерно намотаны намагничивающая обмотка и измерительная обмотка . Ток в намагничивающей обмотке измеряется амперметром, а ЭДС индукции в измерительной обмотке вольтметром. Для изменения силы тока в намагничивающей обмотке используется регулятор напряжения, который не искажает синусоидальной формы тока. Схема установки приведена на рисунке 3.3.

Напряженность магнитного поля в намагничивающей обмотке можно найти по формуле

, 1.3

где

. 2.3

Здесь число витков в первичной обмотке, - длина тороида по средней линии.

Индукцию магнитного поля в образце можно найти по формуле

, 3.3

здесь

, 4.3

где - площадь поперечного сечения, число витков во вторичной обмотке, - частота переменного тока.

Для магнитной проницаемости можно получить выражение

, 5.3

где

. 6.3

Величины необходимые для вычисления коэффициентов, упрощающих вычисления, указаны на приборной панели установки.