מגנטיזציה וחומרים מגנטיים
נוכחות של חומר בעל תכונות מגנטיות מתבטאת בשינוי בפרמטרים של השדה המגנטי לעומת השדה במרחב הלא מגנטי. התהליכים הפיזיקליים המתרחשים בייצוג המיקרוסקופי קשורים להופעה בחומר בהשפעת שדה מגנטי של מומנטים מגנטיים של מיקרו-זרמים, שצפיפות הנפח שלו נקראת וקטור המגנטיזציה.
הופעת המגנטיזציה בחומר כאשר מניחים אותו בפנים שדה מגנטי מוסבר על ידי תהליך של אוריינטציה מועדפת הדרגתית רגעים מגנטיים שמסתובבים בו מיקרו-זרמים לכיוון השדה. תרומה עצומה ליצירת מיקרו-זרמים בחומר היא תנועת אלקטרונים: סיבוב ותנועה מסלולית של אלקטרונים הקשורים לאטומים, ספין ותנועה חופשית של אלקטרוני הולכה.
על פי תכונותיהם המגנטיות, כל החומרים מחולקים לפראמגנטים, דיאמגנטים, פרומגנטים, אנטי-פרומגנטים ופריטים... השתייכותו של חומר למחלקה כזו או אחרת נקבעת על פי אופי התגובה של המומנטים המגנטיים של האלקטרונים למגנטי. שדה בתנאים של אינטראקציות חזקות של אלקטרונים זה עם זה באטומים רב אלקטרונים ובמבני גביש.
דיאמגנטים ופראמגנטים הם חומרים מגנטיים חלשים. אפקט מגנטיזציה חזק בהרבה נצפית בפרומגנטים.
הרגישות המגנטית (היחס בין הערכים האבסולוטיים של וקטורי המגנטיזציה וחוזק השדה) לחומרים כאלה היא חיובית ויכולה להגיע לכמה עשרות אלפים. בפרומגנטים נוצרים אזורים של מגנטיזציה חד-כיוונית ספונטנית - תחומים.
פרומגנטיות נצפה בגבישים של מתכות מעבר: ברזל, קובלט, ניקל ומספר סגסוגות.
כאשר מופעל שדה מגנטי חיצוני בעל חוזק הולך וגובר, וקטורי המגנטיזציה הספונטניים, המכוונים תחילה באזורים שונים בדרכים שונות, מתיישרים בהדרגה באותו כיוון. תהליך זה נקרא מגנטיזציה טכנית... הוא מאופיין בעקומת מגנטיזציה ראשונית - התלות של האינדוקציה או המגנטיזציה ב עוצמת השדה המגנטי שנוצר בחומר.
עם עוצמת שדה קטנה יחסית (סעיף I) יש עלייה מהירה במגנטיזציה, בעיקר עקב עלייה בגודל התחומים עם כיוון המגנטיזציה בחצי הכדור החיובי של כיווני וקטורי עוצמת השדה. במקביל, הגדלים של התחומים בהמיספרה השלילית מצטמצמים באופן פרופורציונלי.במידה פחותה, הממדים של אזורים אלה משתנים, שהמגנטיזציה שלהם מכוונת קרוב יותר למישור האורתוגונלי לוקטור העוצמה.
עם עלייה נוספת בעוצמה, תהליכי הסיבוב של וקטורי המגנטיזציה של התחום לאורך השדה שולטים (סעיף II) עד שמגיעים לרוויה טכנית (נקודה S). העלייה שלאחר מכן של המגנטיזציה שנוצרה והשגת אותה כיוון של כל האזורים בשדה מעוכבת על ידי התנועה התרמית של האלקטרונים. אזור III דומה באופיו לתהליכים פרמגנטיים, כאשר העלייה במגנטיזציה נובעת מהכיוון של המומנטים המגנטיים המעטים ספין שדיסאוריינטציה על ידי תנועה תרמית.עם עליית הטמפרטורה, התנועה התרמית המדיסת מתגברת והמגנטיזציה של החומר פוחתת.
עבור חומר פרומגנטי נתון, יש טמפרטורה מסוימת שבה הסדר הפרומגנטי של מבנה התחום והמגנטיזציה נעלמים. החומר הופך לפרמגנטי. טמפרטורה זו נקראת נקודת קירי. עבור ברזל, נקודת הקורי מתאימה ל-790 מעלות צלזיוס, עבור ניקל - 340 מעלות צלזיוס, עבור קובלט - 1150 מעלות צלזיוס.
הפחתת הטמפרטורה מתחת לנקודת הקורי משחזרת את התכונות המגנטיות של החומר שוב: מבנה התחום עם מגנטיזציה של רשת אפס אם אין שדה מגנטי חיצוני. לכן, נעשה שימוש במוצרי חימום העשויים מחומרים פרומגנטיים מעל נקודת הקורי כדי לבטל אותם לחלוטין.
עקומת מגנטיזציה ראשונית
תהליכי מגנטיזציה של חומרים פרומגנטיים מחולקים להפיך ובלתי הפיך בקשר לשינוי בשדה המגנטי.אם לאחר הסרת הפרעות השדה החיצוניות, המגנטיזציה של החומר חוזרת למצבו המקורי, אז תהליך זה הוא הפיך, אחרת הוא בלתי הפיך.
שינויים הפיכים נצפים בקטע ראשוני קטן של עקומת המגנטיזציה בקטע I (אזור ריילי) בתזוזות קטנות של קירות התחום ובאזורים II, III כאשר וקטורי המגנטיזציה באזורים מסתובבים. החלק העיקרי של סעיף א' עוסק בתהליך בלתי הפיך של היפוך מגנטיזציה, הקובע בעיקר את תכונות ההיסטרזיס של חומרים פרומגנטיים (פיגור של שינויים במגנטיזציה משינויים בשדה המגנטי).
לולאת היסטרזה הנקראת עקומות המשקפות את השינוי במגנטיזציה של פרומגנט בהשפעת שדה מגנטי חיצוני המשתנה באופן מחזורי.
בעת בדיקת חומרים מגנטיים, בנויות לולאות היסטרזיס עבור הפונקציות של פרמטרי השדה המגנטי B (H) או M (H), אשר יש להם משמעות של הפרמטרים המתקבלים בתוך החומר בהקרנה על כיוון קבוע. אם החומר היה בעבר דה-מגנטי לחלוטין, אזי עלייה הדרגתית בעוצמת השדה המגנטי מאפס ל-Hs נותנת נקודות רבות מעקומת המגנטיזציה הראשונית (סעיף 0-1).
נקודה 1 - נקודת רוויה טכנית (Bs, Hs). ההפחתה שלאחר מכן של הכוח H בתוך החומר לאפס (סעיף 1-2) מאפשרת לקבוע את ערך הגבול (המקסימלי) של המגנטיות השיורית Br ולהפחית עוד יותר את עוצמת השדה השלילי כדי להשיג דה-מגנטיזציה מלאה B = 0 (סעיף 2-3) בנקודה H = -HcV - כוח הכפייה המרבי במהלך המגנטיזציה.
יתר על כן, החומר ממוגנט בכיוון השלילי לרוויה (סעיף 3-4) ב-H = - Hs. שינוי בחוזק השדה בכיוון חיובי סוגר את לולאת ההיסטרזיס המגבילה לאורך עקומת 4-5-6-1.
ניתן להשיג מצבי חומר רבים בתוך מחזור גבול ההיסטרזיס על ידי שינוי עוצמת השדה המגנטי התואם למחזורי היסטרזה סימטריים וא-סימטריים.
היסטרזה מגנטית: 1 - עקומת מגנטיזציה ראשונית; 2 - מחזור גבול היסטרזיס; 3 - עקומה של המגנטיזציה הראשית; 4 - מחזורים חלקיים סימטריים; 5 - לולאות חלקיות אסימטריות
מחזורי היסטרזיס סימטריים חלקית מניחים את קודקודיהם על עקומת המגנטיזציה הראשית, המוגדרת כקבוצת הקודקודים של מחזורים אלה עד שהם חופפים למחזור הגבול.
לולאות היסטרזיס א-סימטריות חלקיות נוצרות אם נקודת ההתחלה אינה על עקומת המגנטיזציה הראשית עם שינוי סימטרי בעוצמת השדה, וכן עם שינוי א-סימטרי בעוצמת השדה בכיוון החיובי או השלילי.
בהתאם לערכי כוח הכפייה, חומרים פרומגנטיים מחולקים לרכים מגנטית וקשים מבחינה מגנטית.
חומרים מגנטיים רכים משמשים במערכות מגנטיות כליבות מגנטיות... לחומרים אלו כוח כפייה נמוך, גבוה חדירות מגנטית והשראת רוויה.
לחומרים מגנטיים קשים יש כוח כפייה גדול ובמצב מראש ממוגנט משמשים כ מגנטים קבועים - מקורות ראשוניים של שדה מגנטי.
ישנם חומרים שלפי תכונותיהם המגנטיות שייכים אנטי-פרומגנטים... הסידור האנטי-מקביל של הספינים של אטומים שכנים מתגלה כטוב יותר מבחינה אנרגטית עבורם. נוצרו אנטי-פרומגנטים בעלי מומנט מגנטי מהותי משמעותי עקב אסימטריית סריג גביש... חומרים כאלה נקראים פרימגנטים (פריטים)... בניגוד לחומרים פרומגנטיים מתכתיים, פריטים הם מוליכים למחצה ובעלי הפסדי אנרגיה נמוכים משמעותית עבור זרמי מערבולת בשדות מגנטיים מתחלפים.
עקומות מגנטיזציה של חומרים פרומגנטיים שונים