Magnetización y materiales magnéticos.

La presencia de una sustancia con propiedades magnéticas se manifiesta en un cambio en los parámetros del campo magnético en comparación con el campo en el espacio no magnético. Los procesos físicos que ocurren en la representación microscópica están asociados con la aparición en el material bajo la influencia de un campo magnético de momentos magnéticos de microcorrientes, cuya densidad de volumen se denomina vector de magnetización.

La apariencia de magnetización en la sustancia cuando la colocas dentro. campo magnético se explica por el proceso de orientación preferencial gradual de los momentos magnéticos que circulan en él microcorrientes en la dirección del campo. Una gran contribución a la creación de microcorrientes en la sustancia es el movimiento de electrones: rotación y movimiento orbital de electrones asociados con átomos, espín y libre movimiento de electrones de conducción.

Según sus propiedades magnéticas, todos los materiales se dividen en paraimanes, diaimanes, ferroimanes, antiferroimanes y ferritas... La pertenencia de un material a una u otra clase viene determinada por la naturaleza de la reacción de los momentos magnéticos de los electrones a un campo magnético. campo bajo condiciones de fuertes interacciones de electrones entre sí en átomos multielectrónicos y estructuras cristalinas.

Los diamagnetos y paramagnetos son materiales débilmente magnéticos. Se observa un efecto de magnetización mucho más fuerte en los ferroimanes.

La susceptibilidad magnética (la relación de los valores absolutos de los vectores de magnetización e intensidad de campo) para tales materiales es positiva y puede alcanzar varias decenas de miles. En los ferromagnetos, se forman regiones de magnetización unidireccional espontánea (dominios).

Ferromagnetismo observado en cristales de metales de transición: hierro, cobalto, níquel y varias aleaciones.

Cuando se aplica un campo magnético externo de fuerza creciente, los vectores de magnetización espontáneos, inicialmente orientados en diferentes áreas de diferentes maneras, se alinean gradualmente en la misma dirección. Este proceso se denomina magnetización técnica... Se caracteriza por una curva de magnetización inicial: la dependencia de la inducción o magnetización de la fuerza del campo magnético resultante en el material

Con una intensidad de campo relativamente pequeña (Sección I) hay un rápido aumento de la magnetización, principalmente debido a un aumento en el tamaño de los dominios con la orientación de la magnetización en el hemisferio positivo de las direcciones de los vectores de intensidad de campo. Al mismo tiempo, los tamaños de los dominios en el hemisferio negativo se reducen proporcionalmente.En menor medida, cambian las dimensiones de estas regiones, cuya magnetización se orienta más cerca del plano ortogonal al vector de intensidad.

Con un aumento adicional de la intensidad, predominan los procesos de rotación de los vectores de magnetización del dominio a lo largo del campo (sección II) hasta alcanzar la saturación técnica (punto S). El aumento subsiguiente de la magnetización resultante y el logro de la misma orientación de todas las regiones del campo se ven obstaculizados por el movimiento térmico de los electrones. La región III es de naturaleza similar a los procesos paramagnéticos, donde el aumento de la magnetización se debe a la orientación de los pocos momentos magnéticos de espín desorientados por el movimiento térmico. Con el aumento de la temperatura, el movimiento térmico desorientador aumenta y la magnetización de la sustancia disminuye.

Para un material ferromagnético dado, existe una cierta temperatura a la cual desaparece el ordenamiento ferromagnético de la estructura del dominio y la magnetización. El material se vuelve paramagnético. Esta temperatura se llama punto de Curie. Para el hierro, el punto Curie corresponde a 790 °C, para el níquel - 340 °C, para el cobalto - 1150 °C.

Disminuir la temperatura por debajo del punto de Curie restaura nuevamente las propiedades magnéticas del material: la estructura de dominio con magnetización de red cero si no hay un campo magnético externo. Por lo tanto, los productos de calentamiento hechos de materiales ferromagnéticos por encima del punto de Curie se utilizan para desmagnetizarlos por completo.

Curva de magnetización inicial

Procesos de magnetización de materiales ferromagnéticos divididos en reversibles e irreversibles en relación con el cambio en el campo magnético.Si, después de eliminar las perturbaciones del campo externo, la magnetización del material vuelve a su estado original, entonces este proceso es reversible, de lo contrario es irreversible.

Se observan cambios reversibles en un pequeño segmento inicial de la curva de magnetización de la sección I (zona de Rayleigh) en pequeños desplazamientos de las paredes del dominio y en las regiones II, III cuando los vectores de magnetización en las regiones rotan. La parte principal de la Sección I trata de un proceso irreversible de inversión de la magnetización, que determina principalmente las propiedades de histéresis de los materiales ferromagnéticos (retraso de los cambios en la magnetización de los cambios en el campo magnético).

Bucle de histéresis llamado curvas que reflejan el cambio en la magnetización de un ferroimán bajo la influencia de un campo magnético externo que cambia cíclicamente.

Cuando se prueban materiales magnéticos, se construyen bucles de histéresis para las funciones de los parámetros del campo magnético B (H) o M (H), que tienen el significado de los parámetros obtenidos dentro del material en una proyección en una dirección fija. Si el material fue completamente desmagnetizado previamente, entonces un aumento gradual en la fuerza del campo magnético de cero a Hs da muchos puntos desde la curva de magnetización inicial (Sección 0-1).

Punto 1: punto de saturación técnica (Bs, Hs). La subsiguiente reducción de la fuerza H dentro del material a cero (Sección 1-2) hace posible determinar el valor límite (máximo) de la magnetización residual Br y reducir aún más la intensidad del campo negativo para lograr una desmagnetización completa B = 0 (sección 2-3) en el punto H = -HcV - la fuerza coercitiva máxima durante la magnetización.

Además, el material se magnetiza en dirección negativa hasta la saturación (sección 3-4) en H = — Hs. Un cambio en la intensidad del campo en una dirección positiva cierra el ciclo de histéresis limitante a lo largo de la curva 4-5-6-1.

Se pueden lograr muchos estados materiales dentro del ciclo límite de histéresis cambiando la intensidad del campo magnético correspondiente a los ciclos de histéresis simétricos y asimétricos parciales.

Histéresis magnética: 1 — curva de magnetización inicial; 2 — ciclo límite de histéresis; 3 — la curva de la magnetización principal; 4 — ciclos parciales simétricos; 5 — bucles parciales asimétricos

Los ciclos de histéresis parcialmente simétricos apoyan sus vértices sobre la curva de magnetización principal, que se define como el conjunto de vértices de estos ciclos hasta coincidir con el ciclo límite.

Se forman bucles de histéresis asimétricos parciales si el punto de partida no está en la curva de magnetización principal con un cambio simétrico en la intensidad del campo, así como con un cambio asimétrico en la intensidad del campo en la dirección positiva o negativa.

Dependiendo de los valores de la fuerza coercitiva, los materiales ferromagnéticos se dividen en magnéticamente blandos y magnéticamente duros.

Los materiales magnéticos blandos se utilizan en sistemas magnéticos como núcleos magnéticos... Estos materiales tienen una fuerza coercitiva baja, alta permeabilidad magnética e inducción de saturación.

Los materiales magnéticos duros tienen una gran fuerza coercitiva y en estado premagnetizado se utilizan como magnetos permanentes — fuentes primarias de campo magnético.

Hay materiales a los que, según sus propiedades magnéticas, pertenecen los antiferromagnetos... La disposición antiparalela de los espines de los átomos vecinos les resulta energéticamente más favorable. Se han creado antiferroimanes que tienen un momento magnético intrínseco significativo debido a la asimetría de la red cristalina... Estos materiales se llaman ferriimanes (ferritas)... A diferencia de los materiales ferromagnéticos metálicos, las ferritas son semiconductores y tienen pérdidas de energía significativamente menores para corrientes de Foucault en campos magnéticos alternos.

Curvas de magnetización de varios materiales ferromagnéticos.