Электростатика
Ферромагнетикдердің табиғаты. Магниттік гистерезис. Кюри нүктесі
жүктеу/скачать 9,11 Mb.
|
Электр и магнетизм Лекция (2)
| Ферромагнетикдердің табиғаты. Магниттік гистерезис. Кюри нүктесі. Магнетиктердiң iшiнде сыртқы магнит өрiсi жоқ кездiң өзiнде де магниттелуге бейiм заттар болады. Сондықтан олар үлкен магнит өтiмдiлiгiмен сипатталады. Бұлардың негiзгi өкiлi темiр болғандықтан олар ферромагниттер деп аталады. Олардың қатарына темiр, никель, кобальт, гадолиний, олардың қорытпалары мен қоспалары (), () және ферромагниттi емес металдардың қорытпалары (), сол сияқты (), () қорытпалары жатады. Осы заттардың бәріне тән қасиет олардың ферромагнетизмi тек кристалды күйде ғана байкалады.
Ферромагниттер күштi магннттелетiн заттар болып саналады. Олардың магниттелуi нашар магниттелетiн заттардың түрiне жататын диа- және парамагнетиктердiң магниттелуiнен көптеген есе артық. Парамагнетиктер сияқты ферромагнетиктердiң өздерiнiң меншiктi магнит өрiсi магниттелу процесi кезiнде сыртқы магнит өрiсiн күшейтедi. Осы айтылғанға сәйкес ферромагниттi заттардың манадай ерекше қасттеттерi болады: бiрiншiден, олардың магнит өтiмдiлiгi өте жоғары , кейбiр жағдайларда -ке дейiн жетедi, демек сыртқы магнит өрiсiнiң кернеулiгiне тәуелдi; екiншiден, ферромагттиттердiң магниттелуі сыртқы магнит өрiсiн жойса да сақталады (яғни, олардың қалдық магниттелуi болады). Ферромагниттердiң осындай қасиеттерiн олардың домендер деп аталатын құрылымдық ерекшелiктерiмен түсiндiруге болады. Яғни, ферромагниттерде кiшiгiрiм ерекше аймақтар болады, оларды домендер дейдi. Домендер өлшемдерi см-те жуық ұсақ магнетиктер (магнит стрелкасына ұқсас) болып келедi. Домендер өздiгiнен (спонтанды) магниттелу аймағын түзе алады. Әрбiр доменнiң шегiнде ферромагниттiк қанығуға дейiн өздiгiнен магнитгеледi де, белгiлi бiр магнит моментiне () ие болады. Бұл моменттердiң әр домендер үшiн бағыттары түрлiше болады, яғни сыртқы өрiс жоқ кезде барлық моменттердiң қосындысы () нөлге тең. Сыртқы магнит өрiсiнiң әсерiнен әр түрлi бағыттағы домендердiң магнит моменттерi () бір жаққа бағытталған. Сөйтiп, ферромагниттердiң өтiмдiлiктерiнiң тез өсуiне мүмкiндiк туады. Кристалл ферромагнетиктерде, мысалы темiр кристалдарында анизотропты магниттiк қасиеттер байқалады; бiр бағыттарда кристалл оңай магниттелсе, екiншi бағыттарда оның магннттелуi қиынырақ болады. Осындай зат, егер ол ұсақ кристалдардан құралатын болса, онда магниттiк қасиеттерi изотропты болып шығады. 3-сурет Темiрдiң магниттелуiнiң сыртқы өрiс кернеулiгiне тәуелдiлiгін алғаш 1872 ж. толық зерттеген орыс ғалымы А. Г. Столетов (1839— 1890) болды. Ол шығарған магнит индукциясын өлшеудiң баллистикалық әдiсi қазiргi кезге дейiн кеңiнен қолдануда. Ферромагнетиктердiң ең бiр маңызды ерекшелiгi гистерезис (кешiгу) деген құбылыс. Бұл құбылысты түсiну үшiн мынадай схеманы қарастырайық (3, а, 6-суреттер). Тiзбектей қосылған ток көзi — , кiлт — К, реостат — , амперметр А және iшiнде темiр өзегi бар С соленоидтан тұратын тұйық тiзбек алайық (3, а- сурет). Егер де реостат арқылы тiзбектегi ток күшiн бiрте-бiрте арттыра берсек, онда соленоидтағы магнит өрiсi күшейiп, сыртқы магнит индукциясы артатын болады, сонымен қатар соленоидтағы () өзектiң де магнит индукциясы артып қосымша өрiс туғызады. Басында өсуi тез болғанымен, кейiнiрек баяулай түседi. Осының әсерiнен бiр кезде ферромагнетиктегi домендердiң бағыттары сыртқы магнит өрiсiне бағыттас болып 1-нуктеде магниттiң қанығуы болады. Сөйтiп, 0—1 қисығы -ке тең, демек -мен тәуелдiлiгiнiң өзгерiсiн сипаттайды. Сонан кейiн тiзбектегi I токты мейлiнше азайтсақ, соленоидтағы өрiстiң азайып, өзектiң магниттелуiнiң кемитiндiгiн көремiз. Осы процестi 1—2 қисығы кескiндейдi. Тiзбектi кiлт арқылы айырғанда сыртқы магнит өрiсi кемидi, яғни , бiрақ нөлге тең болмай, оның қалдық магниттелуiн 0—2 қисығы көрсетедi. Мұның себебi сыртқы магнит өрiсi болмаса да өзектегi домендер өздерiнiң магнит моменттерiн () толығымен жоғалтпайды деген сөз. Осы қалдық магниттелуді жою үшін соленойдтағы керi токты күшейтсек, онда нольге тең болатын, жағдайға келедi (бұл 3-нүктеге сәйкес). Ендi керi токтың әсерiнен қайтадан өзектi магниттеймiз, осы процестi 3—4 қисығы кескiндейдi, ал 4-нүкте керi бағыттағы ток арқылы магниттелудің қанығуын көрсетедi. Ары қарай 4—5—6 қисықтар қайтадан өзектiң тiзбектi ток көзiнен айырғаннан кейiнгі магниттелудiң азаятындығын кескiндейдi, 0—5 қисығы тағы да қалдық магниттелудi көрсетеді. Осылайша процестi қайтадан бастасақ, онда ол 6—1 қисығы арқылы жүредi. Сонымен 0—1, 6—1, 3—4 магниттелу қисықтары болса, 1—2—3 және 4—5—6 магнитсiздендiру қисықтары деп аталады. Сөйтiп, магнитсiздендiру қисықтарының магниттелу қисықтарынан артта қалуын немесе кешiгуiн гистерезис деп атаймыз. Толык фигура (1—2—3—4—5—б) гистерезис тұзағы деп аталады. Ордината осiндегi 0—2 және 0—5 кесiндiлерi қалдық магниттелудi сипаттайды. Ал абсцисса осiндегi 0—3 және 0—6 кесiндiлерi кiдiрткіш (коэрцитивтi) күш деп аталады. Яғни, ол қалдық магниттелудi жою үшiн қажеттi сыртқы магнит өрiсiнiң индукциясы () тарапынан болатын әсер. Техника үшiн гистерезистiң әр түрлерi керек. Кiдiрткiш күштiң аздығымен сипатталатын «жұмсақ» магниттiк және «қатаң» магниттiк материалдар болып бөлiнедi. «Жұмсақ» түрiне — жұмсақ темiр, темiрдiң никелдi қорытпасы (пермалой) жатады. Мұндай материалдар трансформаторлардың өзектерiн жасауға қолданылады. «Қатаң» магниттiк заттарға көмiртектi және арнаулы болаттардан (Fe, Al, Cu, Ni, CO) тұратын «магнико» деген қорытпалар жатады. Осындай материалдар тұрақты магниттердi жасауда пайдаланады. Ферромагниттi денелер магниттелгенде олардың сызықтық өлшемдерi мен көлемдерi де өзгередi, яғни деформацияланады. Сондықтан бұл құбылыс магнитострикция деп аталады. Бұл құбылысты 1842 ж. Джоуль ашқан болатын. Мұны әсiресе никельден айқын көруге болады, яғни сыртқы магнит индукциясының шамасы 0,025 Тл жеткенде никель стерженiнiң ұзындығы 0,003 процент қысқарады сондықтан да осындай әдiстi магнитострикциялық ультрадыбыстық сәулеленгiштерде қолданылады. Осы эффектің шамасы мен таңбасы магнит өрiсiнiң кернеулiгiне және өрiс бағытының кристалл осiмен жасайтын бұрышына тәуелдi. Ферромагнетизм теориясын алғаш француз физигi П. Вейс (1865—1940) жасаған. Кейінiрек 1928 ж бұл теорияны кванттық механика тұрғысынан дамытқан совет физиги Я. И. Френкель мен немiс физигi В. Гейзенберг (1901—1976) болды. жүктеу/скачать 9,11 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|