Ферромагнетизм

Помимо рассмотренных двух классов веществ – диа- и парамагнетиков, называемых слабомагнитными веществами, существуют еще сильномагнитные вещества - ферромагнетики – вещества, обладающие спонтанной намагничиваемостью, т.е. они намагничены даже при отсутствии внешнего магнитного поля. К ферромагнетикам кроме основного их представителя – железа – относятся, например, кобальт, никель, гадолиний, их сплавы и соединения.

Ферромагнетики помимо способности сильно намагничиваться обладают еще и другими свойствами, существенно отличающими их от диа- и парамагнетиков. Если для слабомагнитных веществ зависимость от линейна, то для ферромагнетиков эта зависимость, впервые изученная в 1878 г. Столетовым, является довольно сложной. По мере возрастания намагниченность сначала растет быстро, затем медленнее и, наконец, достигается так называемое магнитное насыщение , уже не зависящее от напряженности поля. Подобный характер зависимости от можно объяснить тем, что по мере увеличения намагничивающего поля увеличивается степень ориентации молекулярных моментов по полю, однако этот процесс начнет замедляться, когда остается все меньше и меньше неориентированных моментов, и, наконец, когда все моменты будут ориентированы по полю, дальнейшее увеличение прекращается и наступает магнитное насыщение.

Существенная способность ферромагнетиков – не только большие значения , но и зависимость от .

Характерная особенность ферромагнетиков состоит также в том, что для них зависимость от (а следовательно, и от ) определяется предысторией намагничивания ферромагнетика. Это явление получило название магнитного гистерезиса. Если намагнить ферромагнетик до насыщения (точка 1), а затем начать уменьшать напряженность намагничивающего поля, то, как показывает опыт, уменьшение описывается кривой 1-2, лежащей выше кривой 1-0. При отличается от нуля, т.е. в ферромагнетике наблюдается остаточное намагничивание . С наличием остаточного намагничения связано существование постоянных магнитов. Намагничение обращается в нуль под действием поля , имеющего направление, противоположное полю, вызвавшему намагничение. Напряженность называется коэрцитивной силой.

При дальнейшем увеличении противоположного поля ферромагнетик перемагничивается (кривая 3-4), и при достигается насыщение (точка 4). Затем ферромагнетик можно опять размагнитить (кривая 4-5-6) и вновь перемагнитить (кривая 6-1).

Таким образом, при действии на ферромагнетик переменного магнитного поля намагниченность изменяется в соответствии с кривой 1-2-3-4-5-6-1, которая называется петлей гистерезиса. Гистерезис приводит к тому, что намагничение ферромагнетика не является однозначной функцией , т.е. одному и тому же значению соответствует несколько значений .

Различные ферромагнетики дают различные гистерезисные петли. Ферромагнетики с малой (в пределах от нескольких тысячных до 1-2 А/см) коэрцитивной силой называются мягкими, с большой коэрцитивной силой – жесткими.

Ферромагнетики обладают еще одной существенной особенностью: для каждого ферромагнетика имеется определенная температура, называемая точкой Кюри, при которой он теряет свои магнитные свойства. При нагревании образца выше точки Кюри ферромагнетик превращается в обычный парамагнетик. Переход вещества из ферромагнитного состояния в парамагнитное, происходящее в точке Кюри, не сопровождается поглощением или выделением теплоты, т.е. в точке Кюри происходит фазовый переход II рода.

Наконец, процесс намагничения ферромагнетиков сопровождается изменением его линейных размеров и объема. Это явление получило название магнитострикции. Величина и знак эффекта зависят от напряженности намагничивающего поля, от природы ферромагнетика и ориентации кристаллографических осей по отношению к полю.