Электричество и магнетизм, изучение свойств ферромагнетиков

Рис.5.3

Из рис.5.3 видно, что при =0 намагничивание не исчезает и характеризуется величиной называемой остаточной индукцией. Ей соответствует остаточная намагниченность 7 src="images/referats/13356/image383.png">, при наличием такого остаточного намагничивания связано существование постоянных магнитов. Величина обращается в нуль (точка 3) лишь под действием поля , имеющего направление, противоположное полю, вызвавшему намагничивание. Величина называется коэрцитивной силой.

Значения для разных ферромагнетиков меняются в широких пределах.

При повышении температуры способность ферромагнетиков намагничиваться уменьшается, в частности, уменьшается намагниченность насыщения. При некоторой температуре, называемой температурой или точкой Кюри ферромагнитные свойства исчезают. При температурах, более высоких, чем температура Кюри, ферромагнетик превращается в парамагнетик. Физическую природу ферромагнетизма удалось понять только с помощью квантовой механики. При определенных условиях в кристаллах могут возникать так называемые обменные силы, которые заставляют магнитные моменты электронов устанавливаться параллельно друг другу. В результате возникают области размером (1 - 10) мкм спонтанного, т.е. самопроизвольного намагничивания. Эти области называются доменами.3 пределах каждого домена ферромагнетик намагничен до насыщения и имеет определенный магнитный момент. Направления этих моментов для различных доменов различны, поэтому при отсутствии внешнего поля суммарный момент образца равен нулю и образец в целом представляется макроскопически не намагниченным. При включении внешнего магнитного поля домены, ориентированные по полю, растут за счет доменов, ориентированных против поля. Такой рост в слабых полях имеет обратимый характер. В более сильных полях происходит одновременная переориентация магнитных доменов в пределах всего объема вещества. Этот процесс является необратимым, что служит причиной гистерезиса и остаточного намагничивания. Сказанное выше может быть пояснено с помощью следующей схемы:

а) б) в) г)

Рис.5.4

Железный кубик помещен в магнитное поле индукции , параллельное одной из его диагональных плоскостей (рис.5.4, а). Это поле образует с направлениями намагничивания в смежных областях углы и . Пусть угол будет меньше, чем угол . При этом области, которым соответствует угол будут расти за счет областей с углом и при этом разделяющая стенка 2 будет перемещаться вправо (рис.5.4, б). На (рис.5.4, в) имеется только две области, направление намагничивания которых расположены симметрично относительно оставшейся разделительной стенки 1. При дальнейшем увеличении индукции внешнего поля начинается новый процесс: направление вектора намагничивания изменяется и приближается к направлению внешнего поля. Этот "процесс поворота" заканчивается, когда весь кристалл равномерно намагнитится, т.е. наступает насыщение.

Методика эксперимента

Схема установки изображена на рис.5.5:

"ЛАТР"

Рис.5.5

Исследуемый образец ферромагнетика представляет сердечник тороидальной катушки с площадью поперечного сечения и двумя обмотками 1 и 2, число витков которых и . Если ток в первичной обмотке , то напряженность магнитного поля на оси тороида, длина окружности которого по средней линии :

, (5.7)

Напряжение , снимаемое с сопротивления, подается на горизонтально отклоняющие пластины осциллографа, причем:

, (5.8)

пропорционально напряженности поля .

Электродвижущая сила, наведенная во вторичной обмотке, определяется по закону Фарадея

, (5.9)

т.к , где - магнитный поток.

Для цепи, содержащей обмотку 2, по закону Ома имеем:

, (5.10)

, (5.11)

Если подбором элементов цепи выполнить условия

, то , (5.12)

откуда напряжение

, (5.13)

пропорционально индукции поля и подается на вертикально отклоняющие пластины осциллографа.

Таким образом, зависимость , то есть петли гистерезиса, с точностью до масштабных коэффициентов воспроизводится зависимостью на экране осциллографа.

Для определения масштабных коэффициентов осуществляется градуировка осей и осциллографа в такой последовательности.

Пересчет масштаба в величину (Т/дел) осуществляется по формуле, получаемой из (5.13)

 Скачать реферат