ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В МАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛАХ
1. Общие сведения о магнетизме
Любое вещество, помещенное в магнитное поле, приобретает некоторый магнитным момент М. Магнитный момент единицы объема вещества называют намагниченностью Jм.
Jм = dM/dV, A/м.
Намагниченность является векторной величиной, в изотропных телах она направлена либо параллельно, либо антипараллельно напряженности магнитного поля Н.
Намагниченность связана с напряженностью магнитного поля с соотношением
Jм = kм×Н,
где kм - магнитная восприимчивость - безразмерная величина, характеризующая способность вещества намагничиваться в магнитном поле.
Суммарная магнитная индукция в веществе определяется суммой индукции внешнего В0 и собственного Вi полей.
B = B0 + Bi = m0H + m0Jм = m0H(1 + kм) = m0× mН,
где m0 = 4×10-7 Гн/м - магнитная постоянная;
m = 1 + kм - относительная магнитная проницаемость, показывающая во сколько раз магнитная индукция В поля в данной среде больше, чем магнитная индукция В0 в вакууме.
Проявление магнетизма в веществе обусловлено процессами движения электронов, которые образуют круговые токи, обладающие магнитными моментами. Магнитный момент электрона складывается из орбитального магнитного момента (вследствие движения электрона вокруг ядра) и спинового момента (вследствие вращения электрона вокруг собственной оси).
По поведения в магнитном поле все материалы делятся на диамагнетики и парамагнетики, ферромагнетики, антиферромагнетики и ферримагнетики.
Диамагнетики характеризуются очень малой отрицательной величиной магнитной восприимчивости (kм » -10-5), которая в большинстве случаев не зависит от температуры и напряженности поля. Индуцированный магнитный момент направлен против направления поля и m = 1 + kм < 1. Диамагнетики выталкиваются из неоднородного магнитного поля. К диамагнетикам относятся инертные газы, водород, азот, многие жидкости (вода, нефть), ряд металлов (медь, серебро, золото, цинк, ртуть, галлий и др.), большинство полупроводников ( кремний, германий, арсенид гелия), органические соединения, неорганические стекла и др., а также все вещества в сверхпроводящем состоянии.
Парамагнетики характеризуются малой положительной величиной магнитной восприимчивости (kм » 10-2 - 10-5), не зависящей от напряженности внешнего магнитного поля. В парамагнетиках атомы обладают собственным магнитным моментом даже в отсутствии внешнего магнитного поля, однако из-за теплового движения эти магнитные моменты распределены хаотично так, что намагниченность вещества в целом равна нулю. Внешнее магнитное поле вызывает преимущественную ориентацию магнитных моментов атомов в одном направлении. Тепловая энергия противодействует созданию магнитной упорядоченности. Поэтому магнитная восприимчивость сильно зависит от температуры и для большинства твердых парамагнетиков подчиняется закону Кюри - Вейса: kм = С/(Т - q ), где С и q - постоянные величины для данного вещества.
Парамагнетики втягиваются в неоднородное магнитное поле. К парамагнетикам относятся: кислород, окись азота, соли железа, никеля, кобальта, щелочные металлы, алюминий, платина.
Феррромагнетики обладают большими положительными значениями kм (до сотен тысяч и миллионов) и сложной нелинейной зависимостью kм от температуры и внешнего поля. Характерными особенностями ферромагнетиков являются способность сильно намагничиваться при обычных температурах в слабых полях и переход в парамагнитное состояние выше определенной температуры, так называемой точкой Кюри.
Антиферромагнетики характеризуются небольшой величиной магнитной восприимчивости (kм » 10-3 - 10-5) и отличаются ее особой температурной зависимостью. ............
