การทำให้เป็นแม่เหล็กและวัสดุแม่เหล็ก

การปรากฏตัวของสารที่มีคุณสมบัติแม่เหล็กนั้นแสดงให้เห็นในการเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์ของสนามแม่เหล็กเมื่อเทียบกับสนามในพื้นที่ที่ไม่ใช่แม่เหล็ก กระบวนการทางกายภาพที่เกิดขึ้นในการแสดงด้วยกล้องจุลทรรศน์นั้นสัมพันธ์กับลักษณะที่ปรากฏของวัสดุภายใต้อิทธิพลของสนามแม่เหล็กของช่วงเวลาแม่เหล็กของกระแสไมโครซึ่งความหนาแน่นของปริมาตรเรียกว่าเวกเตอร์การสะกดจิต

ลักษณะของการสะกดจิตในสารเมื่อคุณวางไว้ภายใน สนามแม่เหล็ก อธิบายโดยกระบวนการของช่วงเวลาแม่เหล็กการวางแนวพิเศษแบบค่อยเป็นค่อยไปซึ่งไหลเวียนอยู่ในนั้นกระแสไมโครในทิศทางของสนาม การมีส่วนร่วมอย่างมากในการสร้างกระแสไฟฟ้าขนาดเล็กในสารคือการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน: การหมุนและการเคลื่อนที่ในวงโคจรของอิเล็กตรอนที่เกี่ยวข้องกับอะตอม สปินและการเคลื่อนที่อย่างอิสระของอิเล็กตรอนการนำไฟฟ้า

ตามคุณสมบัติทางแม่เหล็ก วัสดุทั้งหมดจะถูกแบ่งออกเป็นพาราแมกเนต์ ไดอะแมกเน็ต เฟอร์โรแมกเนต แอนตีเฟอโรแม่เหล็ก และเฟอร์ไรต์... การเป็นของวัสดุในชั้นหนึ่งหรืออีกชั้นหนึ่งจะพิจารณาจากธรรมชาติของปฏิกิริยาของช่วงเวลาแม่เหล็กของอิเล็กตรอนต่อแม่เหล็ก สนามภายใต้เงื่อนไขของปฏิสัมพันธ์ที่แข็งแกร่งของอิเล็กตรอนซึ่งกันและกันในอะตอมหลายอิเล็กตรอนและโครงสร้างผลึก

Diamagnets และ paramagnets เป็นวัสดุแม่เหล็กอ่อน ผลการดึงดูดแม่เหล็กที่แข็งแกร่งกว่านั้นพบได้ในแม่เหล็กเฟอร์โรแมกเนติก

ความไวต่อแม่เหล็ก (อัตราส่วนของค่าสัมบูรณ์ของการดึงดูดและเวกเตอร์ความแรงของสนาม) สำหรับวัสดุดังกล่าวเป็นค่าบวกและสามารถเข้าถึงได้หลายหมื่น ในแม่เหล็กเฟอร์โรแมกเนติก ขอบเขตของการดึงดูดแม่เหล็กแบบทิศทางเดียวที่เกิดขึ้นเอง - โดเมน - จะเกิดขึ้น

แม่เหล็กไฟฟ้า สังเกตได้จากผลึกของโลหะทรานซิชัน ได้แก่ เหล็ก โคบอลต์ นิกเกิล และโลหะผสมอีกจำนวนหนึ่ง

เมื่อใช้สนามแม่เหล็กภายนอกที่มีความแข็งแรงเพิ่มขึ้น เวกเตอร์แม่เหล็กที่เกิดขึ้นเอง ซึ่งเริ่มวางตำแหน่งในพื้นที่ต่างๆ ในลักษณะต่างๆ กัน จะค่อยๆ เรียงตัวในทิศทางเดียวกัน กระบวนการนี้เรียกว่าการทำให้เป็นแม่เหล็กทางเทคนิค… มีลักษณะเฉพาะคือเส้นโค้งการทำให้เป็นแม่เหล็กเริ่มต้น—การพึ่งพาการเหนี่ยวนำหรือการทำให้เป็นแม่เหล็กบน ความแรงของสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้น ในวัสดุ

ด้วยความแรงของสนามแม่เหล็กที่ค่อนข้างน้อย (ส่วนที่ 1) การดึงดูดแม่เหล็กเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว สาเหตุหลักมาจากการเพิ่มขนาดของโดเมนที่มีทิศทางการดึงดูดแม่เหล็กในซีกโลกบวกของทิศทางของเวกเตอร์ความแรงของสนาม ในขณะเดียวกัน ขนาดของโดเมนในซีกโลกด้านลบจะลดลงตามสัดส่วนในระดับที่น้อยกว่านั้น ขนาดของพื้นที่เหล่านี้เปลี่ยนไป การดึงดูดแม่เหล็กจะมุ่งเน้นที่ใกล้กับระนาบมุมฉากกับเวกเตอร์ความเข้ม

ด้วยความเข้มที่เพิ่มขึ้น กระบวนการของการหมุนของเวกเตอร์การสะกดจิตของโดเมนไปตามสนามที่ครอบงำ (ส่วน II) จนกระทั่งถึงจุดอิ่มตัวทางเทคนิค (จุด S) การเพิ่มขึ้นของการดึงดูดที่เกิดขึ้นตามมาและความสำเร็จของการวางแนวเดียวกันของทุกภูมิภาคในสนามนั้นถูกขัดขวางโดยการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของอิเล็กตรอน ภูมิภาค III มีลักษณะคล้ายคลึงกับกระบวนการพาราแมกเนติกส์ โดยที่การเพิ่มขึ้นของการดึงดูดแม่เหล็กเกิดจากการวางตัวของโมเมนต์แม่เหล็กที่หมุนไม่กี่ครั้งซึ่งถูกทำให้สับสนโดยการเคลื่อนที่ของความร้อน เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น การเคลื่อนที่ของความร้อนที่สับสนจะเพิ่มขึ้นและการทำให้เป็นแม่เหล็กของสารลดลง

สำหรับวัสดุแม่เหล็กเฟอร์โรแมกเนติกที่กำหนด จะมีอุณหภูมิหนึ่งซึ่งการเรียงลำดับของแม่เหล็กเฟอร์โรแมกเนติกของโครงสร้างโดเมนและการทำให้เป็นแม่เหล็กหายไป วัสดุจะกลายเป็นพาราแมกเนติก อุณหภูมินี้เรียกว่าจุดคูรี สำหรับเหล็ก จุด Curie ตรงกับ 790 ° C สำหรับนิกเกิล - 340 ° C สำหรับโคบอลต์ - 1150 ° C

การลดอุณหภูมิให้ต่ำกว่าจุด Curie จะคืนค่าคุณสมบัติทางแม่เหล็กของวัสดุอีกครั้ง: โครงสร้างโดเมนที่มีการดึงดูดเครือข่ายเป็นศูนย์หากไม่มีสนามแม่เหล็กภายนอก ดังนั้น ผลิตภัณฑ์ทำความร้อนที่ทำจากวัสดุแม่เหล็กไฟฟ้าเหนือจุด Curie จึงถูกนำมาใช้เพื่อลดอำนาจแม่เหล็กอย่างสมบูรณ์

เส้นโค้งการสะกดจิตเริ่มต้น

กระบวนการของการทำให้เป็นแม่เหล็กของวัสดุ ferromagnetic แบ่งออกเป็นแบบย้อนกลับได้และกลับไม่ได้โดยเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กหากหลังจากกำจัดการรบกวนจากสนามภายนอกแล้ว การทำให้แม่เหล็กของวัสดุกลับสู่สภาพเดิม กระบวนการนี้จะย้อนกลับได้ มิฉะนั้นจะย้อนกลับไม่ได้

การเปลี่ยนแปลงที่ผันกลับได้นั้นสังเกตได้จากส่วนเริ่มต้นเล็ก ๆ ของส่วน I ส่วนโค้งการสะกดจิต (โซน Rayleigh) ที่การกระจัดเล็ก ๆ ของผนังโดเมนและในบริเวณ II, III เมื่อเวกเตอร์การดึงดูดแม่เหล็กในบริเวณนั้นหมุน ส่วนหลักของส่วนที่ 1 เกี่ยวข้องกับกระบวนการย้อนกลับของการทำให้เป็นแม่เหล็กซึ่งไม่สามารถย้อนกลับได้ ซึ่งส่วนใหญ่จะกำหนดคุณสมบัติฮิสเทรีซีสของวัสดุเฟอร์โรแมกเนติก (ความล่าช้าของการเปลี่ยนแปลงในการสะกดจิตจากการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็ก)

วงฮิสเทรีซิสที่เรียกว่าเส้นโค้งสะท้อนการเปลี่ยนแปลงในการดึงดูดของแม่เหล็กเฟอร์โรแมกเนติกภายใต้อิทธิพลของสนามแม่เหล็กภายนอกที่เปลี่ยนแปลงเป็นวัฏจักร

เมื่อทดสอบวัสดุแม่เหล็ก ลูปฮิสเทรีซิสถูกสร้างขึ้นสำหรับการทำงานของพารามิเตอร์สนามแม่เหล็ก B (H) หรือ M (H) ซึ่งมีความหมายของพารามิเตอร์ที่ได้รับภายในวัสดุในการฉายภาพในทิศทางคงที่ หากก่อนหน้านี้วัสดุถูกล้างอำนาจแม่เหล็กอย่างสมบูรณ์ ความแรงของสนามแม่เหล็กที่เพิ่มขึ้นทีละน้อยจากศูนย์ถึง Hs จะให้คะแนนหลายจุดจากเส้นโค้งการดึงดูดแม่เหล็กเริ่มต้น (ส่วนที่ 0-1)

จุดที่ 1 — จุดอิ่มตัวทางเทคนิค (Bs, Hs) การลดแรง H ที่ตามมาภายในวัสดุให้เป็นศูนย์ (ส่วนที่ 1-2) ทำให้สามารถกำหนดค่าขีดจำกัด (สูงสุด) ของการสะกดจิตที่เหลือ Br และลดความแรงของสนามแม่เหล็กเพิ่มเติมเพื่อให้ได้การล้างอำนาจแม่เหล็กอย่างสมบูรณ์ B = 0 ( ส่วน 2-3) ที่จุด H = -HcV - แรงบีบบังคับสูงสุดระหว่างการสะกดจิต

นอกจากนี้ วัสดุจะถูกทำให้เป็นแม่เหล็กในทิศทางลบจนถึงความอิ่มตัว (ส่วนที่ 3-4) ที่ H = — Hs การเปลี่ยนแปลงความแรงของสนามในทิศทางที่เป็นบวกจะปิดลูปฮิสเทรีซิสที่จำกัดตามเส้นโค้ง 4-5-6-1

สถานะของวัสดุจำนวนมากภายในวงจรจำกัดฮิสเทรีซิสสามารถทำได้โดยการเปลี่ยนความแรงของสนามแม่เหล็กที่สอดคล้องกับวงจรฮิสเทรีซิสบางส่วนที่สมมาตรและไม่สมมาตร

ฮิสเทรีซิสแม่เหล็ก: 1 — เส้นโค้งการสะกดจิตเริ่มต้น; 2 — วงจรจำกัดฮิสเทรีซิส; 3 — เส้นโค้งของการสะกดจิตหลัก; 4 — สมมาตรบางส่วนรอบ; 5 — ลูปบางส่วนที่ไม่สมมาตร

วัฏจักรฮิสเทรีซิสที่สมมาตรบางส่วนวางจุดยอดบนเส้นโค้งการสะกดจิตหลัก ซึ่งถูกกำหนดให้เป็นชุดของจุดยอดของวัฏจักรเหล่านี้จนกว่าจะตรงกับวัฏจักรจำกัด

ลูปฮิสเทรีซิสแบบไม่สมมาตรบางส่วนจะเกิดขึ้นหากจุดเริ่มต้นไม่ได้อยู่บนเส้นโค้งการสะกดจิตหลักที่มีการเปลี่ยนแปลงความแรงของสนามแบบสมมาตร เช่นเดียวกับการเปลี่ยนแปลงความแรงของสนามแบบไม่สมมาตรในทิศทางบวกหรือลบ

ขึ้นอยู่กับค่าของแรงบีบบังคับวัสดุ ferromagnetic จะแบ่งออกเป็นแม่เหล็กอ่อนและแข็งแม่เหล็ก

วัสดุแม่เหล็กอ่อนถูกนำมาใช้ในระบบแม่เหล็กเป็นแกนแม่เหล็ก... วัสดุเหล่านี้มีแรงบีบบังคับต่ำ สูง การซึมผ่านของแม่เหล็ก และการเหนี่ยวนำความอิ่มตัว

วัสดุแม่เหล็กแข็งมีแรงบีบบังคับมากและในสถานะก่อนแม่เหล็กจะถูกใช้เป็น แม่เหล็กถาวร - แหล่งที่มาหลักของสนามแม่เหล็ก

มีวัสดุซึ่งตามคุณสมบัติทางแม่เหล็กแล้ว antiferromagnets เป็นของ... การจัดเรียงแบบตรงกันข้ามของการหมุนของอะตอมที่อยู่ใกล้เคียงกลายเป็นสิ่งที่ดีสำหรับพวกเขาอย่างกระฉับกระเฉง Antiferromagnets ถูกสร้างขึ้นซึ่งมีโมเมนต์แม่เหล็กภายในที่สำคัญเนื่องจากความไม่สมดุลของโครงตาข่ายคริสตัล... วัสดุดังกล่าวเรียกว่า ferrimagnets (เฟอร์ไรต์)... ซึ่งแตกต่างจากวัสดุ ferromagnetic ที่เป็นโลหะ เฟอร์ไรต์เป็นสารกึ่งตัวนำและมีการสูญเสียพลังงานต่ำกว่าอย่างมากสำหรับ กระแสน้ำวนในสนามแม่เหล็กสลับ.

เส้นโค้งการสะกดจิตของวัสดุ ferromagnetic ต่างๆ