Процеси при намагнічуванні феромагнетиків
У феромагнетиці при дії на нього зовнішнім магнітним полем протікають процеси, що призводять до зростання намагніченості феромагнетика у напрямку поля. У стані повного розмагнічування феромагнітний зразок складається з невеликих областей (доменів) об'ємом 10 -9 ÷10 -6 см 3 іноді до 10 -3 см 3 кожна з яких намагнічена до насичення JS, але при цьому вектори мимовільної намагніченості доменів Js що сумарна намагніченість зразка J = 0.
Переорієнтація векторів намагніченості доменів у напрямку прикладеного поля включає процеси зміщення, обертання та парапроцес.
Процес зміщення у багатодоменному феромагнетиці полягає у переміщенні кордонів між доменами; обсяг доменів, вектори Js яких становлять найменший кут з напрямом напруженості магнітного поля Н, при цьому збільшується рахунок сусідніх доменів з енергетично менш вигідною орієнтацією Js щодо поля.
Процес обертання полягає в повороті векторів Js у напрямку поля Н. Причиною можливої затримки або прискорення процесу обертання є магнітна анізотропія феромагнетика (спочатку вектори Js доменів спрямовані вздовж осей легкого намагнічування, що не збігаються з напрямом Н). При повному збігу Js з напрямком Н досягається так зване технічне магнітне насичення, що дорівнює величині Js феромагнетика при цій температурі.
Магнітна анізотропія пов'язана з анізотропним характером магнітної взаємодії між атомними носіями магнітного моменту речовин. У полікристалічних твердих тілах магнітна анізотропія в макромасштабі зазвичай не виявляється. Навпаки, в монокристалах магнітна анізотропія призводить до великих ефектів, що спостерігаються, наприклад, до відмінності величинимагнітної сприйнятливості феромагнетиків вздовж різних напрямків у кристалі.
Парапроцесс полягає у вибудовуванні вздовж поля елементарних магнітних моментів, які через дезорієнтуючу дію теплового руху були відхилені від напрямку Js в доменах. При цьому величина намагніченості J феромагнетика прагне її значення при абсолютному нулі. Парапроцесс у більшості випадків дає дуже малий приріст намагніченості, тому намагніченість феромагнетиків визначається в основному процесами зміщення та обертання.
Якщо намагнічування феромагнетика здійснювати при монотонному та повільному зростанні поля зі стану повного розмагнічування (J=0, Н = 0), то отриману залежність J(H) називають кривою першого намагнічування. Її зазвичай поділяють на 5 ділянок (рис.)
Рис. Крива першого намагнічування та схематичне зображення процесів намагнічування в багатодоменному феромагнетиці: I – область оборотного намагнічування, II – область Релея, III – область найбільших проникностей, IV – область наближення до насичення, V – область парапроцесу
На рис. наведено типову криву магнітної гістерези у феромагнетиці. З точки 0 (Н = 0, J = 0) зі збільшенням Н значення J зростає по кривій 1 – основний кривий намагнічування − і в сильному полі Н ≥ Нm стає практично постійним та рівним намагніченості насичення JS (їй відповідає значення індукції насичення). При зменшенні Н зворотний хід залежності J(Н) не відповідає кривій 1, а при Н = 0 намагніченість не повертається до значення J = 0. Ця зміна відповідає кривій розмагнічування 2, при Н = 0 намагніченість набуває значення JR – залишкова намагніченість (їй відповідає залишкова індукція Br). Для повногорозмагнічування зразка (J = 0) необхідно додати зворотне поле -HC, назване коерцитивною силою. Коли зворотне поле досягає значення -Hm, зразок намагнічується до насичення -JS у зворотному напрямку. При подальшій зміні Н від -Нm до +Нm намагніченість відповідають кривою 3. Гілки 2 і 3, що виходять при циклічній зміні Н, утворюють разом замкнуту криву, звану граничною петлею гістерезису.
Мал. Криві первинного намагнічування (1) та перемагнічування (2, 3) феромагнетика.