Остаточная индукция и коэрцитивная сила

Остаточная индукция и коэрцитивная сила

    Гистерезис. Явление остаточной индукции

    Для ферромагнетиков характерно явление гистерезиса. Оно проявляется в том, что вектор магнитной индукции B, созданный в ферромагнетике, определяется историей намагничивания вещества и зависит от напряженности внешнего магнитного поля H

    Определение

    Гистерезис - от греческого "запаздывание"- свойство физических систем. Когда системе свойственен гистерезис, ее мгновенный отклик на приложенное внешнее воздейстие зависит от текущего состояния системы, а поведение системы на некотором интервале времени определяется ее предысторией. 

    Например, если ненамагниченный ферромагнетик поместить в магнитное поле у величить его напряженность до H1, затем уменьшить  до -H1, а потом снова увеличить, кривая намагничивания вещества опишет так называемую петлю гистерезиса.

    кривая намагничивания, гистерезис

    На рисунке видно, как сначала индукция растет по кривой OA. Затем, при уменьшении напряженности, спадает по кривой ACKD. При дальнейшем увеличении напряженности образуется путля гистерезиса ACKDFA.

    Как видим, когда напряденность уменьшили до нуля, магнитная индукция в веществе стала равна OC. Это так называемая остаточная индукция Br, которой соответствует отстачная намагниченность ферромагнетика Jr. В данном состоянии ферромагнетик представляет собой постоянный магнит. 

    Величины Br и Jr - основные характеристики ферромагнетиков. Материалы с наибольшей остаточной намагниченностью применяюьтся в сердечниках трансформаторов и электромагнитов, используются в качестве носителей информации.

    Коэрцитивная сила

    Чтобы размагнитить ферромагнетик, необходимо внешнее магнитное поле, направленное противоположно первоначальному полю. Кривая CKD изображает ход магнитной индукции при росте напряженности этого поля. При напряженности поля, равной отрезку OK, намагниченность вещества станет равной нулю. 

     

    Отрезок ОК определяет величину напряженности размагничивающего поля Hk. Она является мерой того, насколько сильно ферромагнетик удерживается в намагничиченном состоянии. Величина Hk, при которой остаточная намагниченность исчезает, называется задерживающей силой, или коэрцитивной силой ферромагнетика. Для разных ферромагнетиков ее значение широко варьируется.

    Так, ферромагнетики с узкой петлей гистерезиса и, соответсвенно, малой коэрцитивной силой, называются мягкими. Материалы с широкой петлей и большой коэрцитивной силой, наоборот, называются жесткими ферромагнетиками.

    Резюме

    Ферромагнетики - материалы с большой магнитная проницаемостью вещества, величина которой также зависит от напряженности магнитного поля. Помимо этого ферромагнетики отличаются от других магнетиков особой связью между намагниченностью и величиной напряженности внешнего поля. 

    Зависимость намагниченности от напряженности внешнего поля называется гистерезисом. Следствия явления гистерезиса - остаточная намагниченность и коэрцитивная сила.

    Пример

    Есть ли разница в работе при намагничивании и размагничивании ферромагнетика и магнетика без гистерезиса? Чем она обусловлена?

    Решение.

    Работа по намагничиванию объема магнетика вычисляется по формуле:

    ω=HdB

    Эта работа идет на увеличение энергии магнитного поля магнетика. Соотношения также предствляет формулу для плотности энергии магнитного поля в магнетике без гистерезиса.

    Для такого магнетика обратная и прямая ветви кривой намагничивания совпадают.

    Намагничивание без гистерезиса

    Площадь криволинейной трапеции 1234 представляет собой элементарную работу, которую нужно совершить для увеличения намагниченности. Площадь фигуры OAB1 - полная работа, которую совершают внешние силы при увеличении индукции от 0 до B1

    При размагничивании магнетика без гистерезиса работа также равна площади фигуры OAB1. Работы при намагничивании и при размагничивании совпадают.

    Теперь рассмотрим магнетик с гистерезисом.

    Петля гистерезиса

    Для роста магнитной индукции в ферромагнетике от B1до B2 понадобится работа, равная площади фигуры B1abB2, ограниченная кривой 1. Обратная и прямая кривые намагниченности не совпадают, размагничивание происходит по по кривой, обозначенной номером 2. 

    Разница в работе по намагничиванию и размагничиванию такого ферромагнетика определяется площадью петли гистерезиса, ограниченной кривыми 1 и 2 и обозначенной S.

    При полном перемагничивании на единицу объема ферромагнетика приходится энергия, равная ω=S. Эта энергия расходуется на преодоление коэрцитивной силы и выделяется в виде тепла, поэтому ферромагнетики нагреваются при циклическом перемагничивании.

     

    Если вы заметили ошибку в тексте, пожалуйста, выделите её и нажмите Ctrl+Enter
    Средняя оценка статьи
    4,5 из 5 (19 голосов)