Toate feromagnetele (atât metalice cât și nemetalice) sunt substanțe cristaline. De obicei, structura materialelor utilizate pentru miezurile elementelor magnetice de automatizare este un set de granule - cristale de formă neregulată (cristalite). Uneori, dispozitivele magnetice sunt realizate pe un singur cristal, așa-numitul cristal unic.
Feromagneții, în funcție de temperatură și material, pot avea în principiu trei tipuri de laturi cristaline. Sub elemente temperaturile normale de lucru, fier are un grilaj cubică cu volum (figura 2.4 a) nichel (la orice temperatură) -kubicheskuyu fcc (Figura 2.4, b) și cobalt - hexagonale (figura 2.4).
Cristalele de ferite au, de asemenea, o structură simetrică cubică sau hexagonală, dar sunt mult mai complicate decât ferromagneții metalici. Figura 2.4, d arată structurile așa-numitelor spineli inerente la majoritatea feritelor.
Este cunoscut din cele de mai sus că la temperaturi sub punctul Curie, substanța feromagnetică întotdeauna (indiferent dacă există sau nu un câmp extern) este caracterizată printr-o magnetizare spontană J neschimbată pentru o temperatură dată. În același timp, chiar și un singur cristal de feromagnet, în care rotirile tuturor atomilor sunt paralele, pot fi complet demagnetizate sau magnetizate într-o anumită măsură.
Acest fenomen se explică prin teoria domeniului ferromagnetismului, bazată pe poziția că un minim de energie corespunde unei stări stabile de echilibru. De exemplu, două stări de echilibru a pendulului la care centrul de greutate se află pe linia verticală care trece prin axa de suspendare, statul va fi stabil atunci când centrul de greutate se află mai jos, mai degrabă decât deasupra punctului de suspensie, deoarece această stare corespunde cu energia potențială minimă a pendulului. Un alt exemplu: două săgeți magnetice au două stări de echilibru, prezentate în figura 2.5, a și figura 2.5, b; Cu toate acestea, ele sunt setate la starea b, care corespunde unui minim de energie magnetostatică. Din același motiv, banda de fier este atrasă de magnetul potcoavului, pentru că atunci când fierul este închis de stâlpi, energia magnetostatică a sistemului va fi minimă.
Conform acestei teorii, fiecare granulă (cristalită) a unui corp feromagnetic și, în cazul unui cristal unic, întregul său volum este împărțit în regiuni numite domenii. Mărimea vectorului magnetizare fiecărui domeniu este spontană, singura posibilă pentru magnetizarea unui feromagnet și direcția vectorilor magnetizării domeniilor adiacente este diferit și corespunde direcțiile caracteristice ale cristalului (de exemplu, o muchie a cubului, cub diagonală).
Figura 2.4 Grilele cristaline ale feromagnetilor
Figura 2.5 Structuri de domeniu
Într-un feromagnet complet demagnetizat, întregul volum de cristale este împărțit în mod egal între domenii cu vectori de magnetizare spontană direcționați opus, astfel încât magnetizarea totală față de mediul extern este zero. O astfel de stare corespunde, de exemplu, împărțirii cristalului unic în domenii (Figura 2.5, d), în care fluxurile magnetice sunt închise în interiorul eșantionului și energia magnetostatică a sistemului de domenii este minimă.
Când un câmp magnetic extern H este aplicat unui cristal similar, structura sa de domeniu se modifică. Există o creștere a volumului de domenii al căror vector de magnetizare spontană este cel mai apropiat de direcția vectorului H, datorită reducerii volumului altor domenii (Figura 2.5, d). Ca rezultat, magnetizarea cristalului ca un întreg apare, crescând pe măsură ce câmpul crește, iar o parte din fluxul magnetic este închisă prin aer. O astfel de schimbare a limitelor este posibilă, evident, până când domeniile cele mai profitabile vor absorbi complet domeniile orientate mai puțin favorabil, iar magnetizarea J a cristalului nu devine egală cu magnetizarea spontană a materiei.
Între domeniile învecinate cu direcții diferite de magnetizare, există straturi de tranziție numite limite sau pereți de domenii, în care are loc o rotație graduală a vectorului de magnetizare de la o direcție la alta. Procesul de formare a unor noi domenii în absența unui câmp extern contribuie la crearea unei structuri în care fluxurile magnetice sunt închise în interiorul probei și, prin urmare, este însoțită de o scădere a energiei magnetostatice. Totuși, acest proces poate continua numai atâta timp cât scăderea energiei magnetostatice acoperă energia din ce în ce mai mare necesară pentru a crea pereți de domenii în eșantion și este proporțională cu suprafața totală a pereților. Prin urmare, pentru particule foarte mici și straturi foarte subțiri ale unui feromagnet, o structură cu un singur domeniu poate fi favorabilă din punct de vedere energetic dacă dimensiunea particulelor sau grosimea stratului este sub o anumită valoare critică
Astfel, rearanjarea structurii domeniului sub acțiunea unui câmp extern conduce la apariția și schimbarea magnetizării generale a feromagnetului, adică la magnetizare.
Studiile efectuate pe monocristale a arătat caracter personal doar al J (H) în domenii dirijate de-a lungul diferitelor axe cristalografice, ceea ce indică existența anizotropiei magnetice a cristalelor feromagnetice. Figura 2.6 prezintă aceste dependențe pentru fier (a), nichel (b) și cobalt (c). În același timp, valoarea limitativă a magnetizării se dovedește a fi aceeași pentru toate direcțiile câmpului și egală cu magnetizarea spontană a substanței. Atunci când feromagnetul este magnetizat, o anumită cantitate de energie este consumată numeric determinată de aria umbrită în Figura 2.6, d. Conform curbelor J (H) în figura 2.6, iar energia din magnetizarea de-a lungul marginii cubului [100] (a se vedea figura 2.4, a.) Pentru cel mai scăzut de fier și de-a lungul spațiului diagonală [111] - cea mai mare. Prin urmare, direcția de-a lungul coastei cubului pentru fier se numește direcția de magnetizare ușoară, iar de-a lungul diagonalei spațiale - magnetizarea dificilă.
Astfel, fierul are șase direcții (în ambele direcții de-a lungul fiecăreia dintre cele trei muchii care se intersectează la același vârf al cubului) de magnetizare ușoară.
În nichel (comparați figura 2.4, b și 2.6, b) - direcția magnetizării ușoare este localizată de-a lungul diagonalei spațiale. În consecință, nichelul are opt (în ambele direcții de-a lungul fiecăreia dintre cele patru diagonale spațiale) direcții de magnetizare ușoară. Cobaltul (comparați figura 2.4, c și 2.6, c) are o singură axă (două direcții) de magnetizare ușoară de-a lungul axei sale hexagonale unice [0001].
Zona cuprinsă între curbele de lumină și namagichivaniya dificilă, caracterizează energia anizotropiei magnetice.
Dacă axele magnetizării ușoare a granulelor în volumul materialului sunt orientate aleator, curbele de magnetizare pentru diferite direcții ale câmpului coincid practic și se află între curbele de lumină și magnetizarea dificilă. Un astfel de material este denumit în general magneto-izotrop. Pentru îmbunătățirea proprietăților magnetice, unele materiale sunt supuse unui tratament tehnologic special, în care aceleași axe cristalografice ale boabelor individuale sunt situate în paralel. Astfel de materiale se numesc texturi. Există mai multe moduri de a crea o textură.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: