Magnetisasi dan bahan magnetik

Kehadiran suatu zat dengan sifat magnetik diwujudkan dalam perubahan parameter medan magnet dibandingkan dengan medan di ruang non-magnetik. Proses fisik yang terjadi dalam representasi mikroskopis dikaitkan dengan kemunculan material di bawah pengaruh medan magnet momen magnet arus mikro, yang kerapatan volumenya disebut vektor magnetisasi.

Munculnya magnetisasi pada zat saat Anda meletakkannya di dalam Medan gaya dijelaskan oleh proses momen magnetik orientasi preferensial bertahap yang beredar di dalamnya arus mikro ke arah medan. Kontribusi besar untuk penciptaan arus mikro dalam substansi adalah pergerakan elektron: rotasi dan pergerakan orbital elektron yang terkait dengan atom, putaran, dan pergerakan bebas elektron konduksi.

Menurut sifat magnetiknya, semua bahan dibagi menjadi paramagnet, diamagnet, feromagnet, antiferromagnet, dan ferit... Kepemilikan suatu bahan ke kelas tertentu ditentukan oleh sifat reaksi momen magnetik elektron ke magnet medan dalam kondisi interaksi elektron yang kuat satu sama lain dalam atom multielektron dan struktur kristal.

Diamagnet dan paramagnet adalah bahan magnet yang lemah. Efek magnetisasi yang jauh lebih kuat diamati pada feromagnet.

Kerentanan magnetik (rasio nilai absolut magnetisasi dan vektor kekuatan medan) untuk bahan semacam itu positif dan dapat mencapai beberapa puluh ribu. Dalam feromagnet, daerah magnetisasi searah spontan - domain - terbentuk.

Feromagnetisme diamati dalam kristal logam transisi: besi, kobalt, nikel dan sejumlah paduan.

Ketika medan magnet eksternal dengan kekuatan yang meningkat diterapkan, vektor magnetisasi spontan, yang awalnya berorientasi pada area yang berbeda dengan cara yang berbeda, secara bertahap disejajarkan ke arah yang sama. Proses ini disebut magnetisasi teknis… Ini ditandai dengan kurva magnetisasi awal—ketergantungan induksi atau magnetisasi pada kekuatan medan magnet yang dihasilkan dalam materi.

Dengan kekuatan medan yang relatif kecil (Bagian I) terjadi peningkatan magnetisasi yang cepat, terutama karena peningkatan ukuran domain dengan orientasi magnetisasi di belahan positif dari arah vektor kekuatan medan. Pada saat yang sama, ukuran domain di belahan bumi negatif berkurang secara proporsional.Pada tingkat yang lebih rendah, dimensi daerah ini berubah, magnetisasi yang diorientasikan lebih dekat ke bidang ortogonal ke vektor intensitas.

Dengan peningkatan intensitas lebih lanjut, proses rotasi vektor magnetisasi domain di sepanjang medan mendominasi (bagian II) hingga kejenuhan teknis tercapai (titik S). Peningkatan selanjutnya dari magnetisasi yang dihasilkan dan pencapaian orientasi yang sama dari semua wilayah di lapangan dihalangi oleh gerakan termal elektron. Wilayah III sifatnya mirip dengan proses paramagnetik, di mana peningkatan magnetisasi disebabkan oleh orientasi beberapa momen magnetik spin yang disorientasi oleh gerakan termal.Dengan meningkatnya suhu, gerakan termal disorientasi meningkat dan magnetisasi zat berkurang.

Untuk bahan feromagnetik tertentu, ada suhu tertentu di mana urutan feromagnetik dari struktur domain dan magnetisasi menghilang. Bahan menjadi paramagnetik. Suhu ini disebut titik Curie. Untuk besi, titik Curie sesuai dengan 790 ° C, untuk nikel - 340 ° C, untuk kobalt - 1150 ° C.

Penurunan suhu di bawah titik Curie mengembalikan sifat magnetik material lagi: struktur domain dengan magnetisasi jaringan nol jika tidak ada medan magnet eksternal. Oleh karena itu, produk pemanas yang terbuat dari bahan feromagnetik di atas titik Curie digunakan untuk mendemagnetisasi seluruhnya.

Kurva magnetisasi awal

Proses magnetisasi bahan feromagnetik dibagi menjadi reversibel dan ireversibel sehubungan dengan perubahan medan magnet.Jika, setelah menghilangkan gangguan medan luar, magnetisasi material kembali ke keadaan semula, maka proses ini dapat dibalik, jika tidak maka tidak dapat diubah.

Perubahan reversibel diamati pada segmen awal kecil kurva magnetisasi bagian I (zona Rayleigh) pada perpindahan kecil dinding domain dan di daerah II, III ketika vektor magnetisasi di daerah tersebut berotasi. Bagian utama dari Bagian I membahas proses pembalikan magnetisasi yang tidak dapat diubah, yang terutama menentukan sifat histeresis bahan feromagnetik (terlambatnya perubahan magnetisasi dari perubahan medan magnet).

Lingkaran histeresis disebut kurva yang mencerminkan perubahan magnetisasi feromagnet di bawah pengaruh medan magnet eksternal yang berubah secara siklis.

Saat menguji bahan magnetik, loop histeresis dibuat untuk fungsi parameter medan magnet B (H) atau M (H), yang berarti parameter yang diperoleh di dalam material dalam proyeksi pada arah yang tetap. Jika material sebelumnya mengalami demagnetisasi sempurna, maka peningkatan kekuatan medan magnet secara bertahap dari nol ke Hs memberikan banyak poin dari kurva magnetisasi awal (Bagian 0-1).

Poin 1 — titik jenuh teknis (Bs, Hs). Pengurangan selanjutnya dari gaya H di dalam material menjadi nol (Bagian 1-2) memungkinkan untuk menentukan nilai batas (maksimum) dari sisa magnetisasi Br dan selanjutnya mengurangi kekuatan medan negatif untuk mencapai demagnetisasi lengkap B = 0 ( bagian 2-3) pada titik H = -HcV - gaya koersif maksimum selama magnetisasi.

Selanjutnya, material dimagnetisasi dengan arah negatif menuju saturasi (Subbab 3-4) pada H = — Hs. Perubahan kekuatan medan dalam arah positif menutup loop histeresis pembatas sepanjang kurva 4-5-6-1.

Banyak keadaan material dalam siklus batas histeresis dapat dicapai dengan mengubah kekuatan medan magnet yang sesuai dengan siklus histeresis simetris dan asimetris parsial.

Histeresis magnetik: 1 - kurva magnetisasi awal; 2 — siklus batas histeresis; 3 — kurva magnetisasi utama; 4 — siklus parsial simetris; 5 — loop parsial asimetris

Siklus histeresis simetris sebagian mengistirahatkan simpulnya pada kurva magnetisasi utama, yang didefinisikan sebagai himpunan simpul dari siklus ini hingga bertepatan dengan siklus batas.

Loop histeresis asimetris parsial terbentuk jika titik awal tidak berada pada kurva magnetisasi utama dengan perubahan kekuatan medan yang simetris, serta dengan perubahan kekuatan medan yang asimetris ke arah positif atau negatif.

Bergantung pada nilai gaya koersif, bahan feromagnetik dibagi menjadi lunak secara magnetis dan keras secara magnetis.

Bahan magnet lunak digunakan dalam sistem magnet sebagai inti magnet... Bahan ini memiliki gaya koersif rendah, tinggi permeabilitas magnetik dan induksi saturasi.

Bahan magnet keras memiliki gaya koersif yang besar dan dalam keadaan pra-magnet digunakan sebagai magnet permanen - sumber utama medan magnet.

Ada bahan yang, menurut sifat magnetiknya, termasuk antiferromagnet... Susunan antiparalel dari putaran atom tetangga ternyata lebih menguntungkan bagi mereka secara energik. Antiferromagnet telah dibuat yang memiliki momen magnetik intrinsik yang signifikan karena asimetri kisi kristal... Bahan semacam itu disebut ferrimagnet (ferrit)... Tidak seperti bahan feromagnetik logam, ferit adalah semikonduktor dan memiliki kehilangan energi yang jauh lebih rendah untuk arus eddy dalam medan magnet bolak-balik.

Kurva magnetisasi berbagai bahan feromagnetik