§ 6.4. Основные свойства ферромагнетиков

Хотя ферромагнитных тел в природе не так уж много, именно они имеют наибольшее практическое значение. Вставляя железный или стальной сердечник в катушку, можно во много раз увеличить создаваемое ею магнитное поле, не увеличивая силу тока в катушке.

Уже говорилось о том, что ферромагнетики намагничиваются по направлению поля и значение магнитной проницаемости р у них может быть много больше единицы. Кроме того, ферромагнитные тела обладают остаточным магнетизмом, чего не наблюдается у парамагнитных и диамагнитных тел.

Магнитная проницаемость ферромагнетиков непостоянна. Она зависит от магнитной индукции внешнего поля. Причем не только от значения магнитной индукции в данный момент времени, но и от «предыстории образца», т. е. от тех полей, которые действовали на вещество в предшествующие моменты времени. Подробнее на этом мы остановимся немного позднее.

Ферромагнетиками являются лишь некоторые твердые тела. Ферромагнетизм — это не свойство отдельных изолированных атомов железа и других веществ, а свойство образца в целом.

Точка Кюри

Все ферромагнетики при нагревании до определенной, характерной для каждого вещества температуры теряют свои ферромагнитные свойства и становятся парамагнетиками. Температура, при которой вещество теряет ферромагнитные свойства, называется температурой или точкой Кюри, по имени открывшего это явление французского ученого П. Кюри.

Обнаружить существование температуры Кюри очень просто. При нагревании постоянного магнита выше этой температуры он перестает притягивать железные предметы.

Температура Кюри для железа 770 °С, для никеля 365 °С, для кобальта 1000 °С. Существуют ферромагнитные сплавы с температурой Кюри меньше 100 °С. Они теряют ферромагнитные свойства в горячей воде.

При температуре Кюри наряду с магнитными меняются и некоторые другие свойства ферромагнетиков. В частности, меняется и теплоемкость. Даже не регистрируя магнитное состояние железа при повышении температуры, а наблюдая лишь за изменением его теплоемкости, можно прийти к заключению, что при температуре Кюри с железом происходит нечто существенное. При температуре Кюри переход ферромагнетика из одного состояния в другое (парамагнитное) идет без поглощения (или выделения) энергии. Такого рода переход без скачкообразного изменения энергии называют фазовым переходом второго рода.

Кривая намагничивания

Магнитное состояние ферромагнетика удобно характеризовать величиной, называемой намагниченностью. Бели длинный однородный стержень поместить внутрь соленоида, то магнитная индукция внутри него станет равной В = μВ₀. Разность между В и B₀ может служить мерой намагничивания материала. Намагниченность J равна:

J = B - B₀, (6.4.1)

или с учетом соотношения (6.1.1)

J = (μ - 1)B₀. (6.4.2)

Зависимость J от В₀ сложная, так как μ для ферромагнетиков зависит от В0. Графически зависимость J от В₀ выражает так называемая кривая намагничивания, которую можно найти экспериментально (см. § 6.1).

Из опыта получают следующее. Если железный образец не был предварительно намагничен, то J вначале растет с увеличением В₀ почти по линейному закону (рис. 6.7). Но далее, даже в сравнительно слабых полях, наступает насыщение: намагниченность остается неизменной, несмотря на рост В₀. Здесь сразу можно предположить, что при насыщений все элементарные токи ориентированы полностью по полю, так что с дальнейшим ростом В₀ созданное ими поле уже не может измениться. Так и есть на самом деле.

Для каждого ферромагнетика характерна своя индивидуальная кривая намагничивания.

Окончание параграфа >>>