Файл: Мишин Д.Д. Процессы намагничивания и перемагничивания в магнетиках конспект лекций.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 02.08.2024

Просмотров: 72

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

ют потому,

что они уменьшают анергию,

связанную с

магнитными полю­

сами на поверхностях раздела фаз. Замыкающие домены возникают

толь­

ко вблизи

тех включений, размеры которых для железа /? ~ 10~5 см, а

в ферритах

/?с ~Ю~3 см.

Была получена

следующая формула для вычисле­

ния поля зародышеобразования на включении

 

 

 

 

Нп~[*.7(£ж)-0.1*]1Л

,

( 5 _ 3 ? )

где Я -

радиус

включения, <Г - плотность граничной

анергии.

 

 

В поликристаллических магнетиках зародыши перемагничивания

могут возникать

на границах зерен. При полях, меньших поля насыще­

ния

И3

,

векторы самопроизвольной намагниченности в соседних

зер­

нах не коллинеарны. Таким образом,на границах зерен существует

ска­

чок

слагающего

вектора

намагниченности, нормальной к границе,

то

есть

на границе

зерен

существуют магнитные полюса,

с которыми

свя­

зана магнитостатическая энергия. При образовании доменов с обратной намагниченностью, то есть зародышей перемагничивания, эта энергия уменьшается. Однако для образования таких доменов необходимо затра­ тить энергию

лЕ

= (д'о -Sn)A5

n[fn.Hn

+ Z М1$(Со*Ал

+

 

 

 

 

-j

 

 

(5-86)

t

C06aiA)

V > Bp,

*

EnfiJ,

 

 

 

где 11 ~ число зародышей перемагничивания,

возникающих на площади

плоской поверхности; jfB

%<fn-

плотность

поверхностна? энергии

на границе зерен до и после

образования зародыш, if„ - для 180°— ой

границы, XNI^iJ-

энергия размагничивания;^,^- углы,

которые

образует поле Н с направлениями легкого намагничивания в оооеддих

зернах. Ёр,ЕП/«- энергия взаимодействия полюоов доменной границы с полюсами плоской поверхности межзеренных границ и полюсами с о ­ седней доменной границы. Зародыш перемагничивания принимаются за эллипсоиды с большой полуосью б и малой полуосвв Z

Поле зародышеобразования Нп может быть определено ив условия, что

изменение свободной

энергииаР^Е-ТдЗ В результате

возникновения за ­

родышей должно быть

равно нулю u„3&%[(3Wtf/j

tjJfT]

где 6-®,%) _ размер междоменной границы, приходящейся на пару заро-


дышей перемагничивапая

 

 

 

 

 

 

где

и) -

ПЛОТНОСТЬ магнитных полюсов на междоменной

границе,

 

А - средний диаметр зерна.

 

 

 

 

 

Проанализируем возможность образования зародыша обратимой

намагниченности

на индивидуальной

дислокации.

 

 

 

Рассмотрим случай краевых дислокаций в одноосном магнетике,

 

Запишем выражение для мапштоупругой энергии дислокации,

параллельной

оси кристалла

 

 

 

 

 

 

 

 

Enr

'

<?Z

и =

 

 

 

 

 

а

 

 

 

 

 

 

 

(5-91)

где

0LK -

тензор напряжения дислокации; И--^ тензор

магнитострик-

циовных деформаций; j?

-

магнитострикция; б

- модуль

сдвига; у)-

коэффициент

Пуассона;

 

-

синус

утла между J j

и осью дислока­

ции;

У

- полярный угол

и радиус,

отсчитываемый от оси дисло­

кации; O.K. - сдвиговые компоненты, которыми можно пренебречь.

Энергия

эффективной анизотропии,

зависящая

от

?, у ,

будет

(5-92) Из (5-91) ясно, что в некоторых точках ^]уу может скомпенси­

ровать и даже превысить Ед . Найдем координату 2е/У~-![) f в которой К,^.обращается в нуль

7 - *

f-*u

 

Но уже на расстоянии

*

(5-93)

Я 1„

 

Ь3срср-=-(2г0)-

( 5 _ 9 4 )

Как следует из

(5 - 93,5 - 94),

соответствующий эффективный

размер области, в которой происходит эародышеобразование, во вся­ ком случае,существенно меньше Я ze , если мы требуем, чтобы поле зародышеобразовання #3 было существенно меньше поля анизотропии

ИА .

ВеличинаЛг^составляет

20<£длд Fe и 5т Cos и больше IQ5£

для У3

FeB

О it. - В случае $т Cos

, Уъ Pes О/г.

размер эффек­

тивной

области оказывается Лга

и сравним с AS,

что указывает на

возможность

действия этого

механизма

зародышеобразования.

 

 

-

80

-

 

 


Глава шестая

 

 

 

МАГНИТНОЕ ПОСЛЕДЕЙСТВИЕ*

 

 

 

 

 

 

Когда

магнитное

поле, действующее на магнег. ж, быстро изменя­

ется, то

изменение

намагниченности магнетика

несколько

запаздыва­

ет. Если,

например,

в момент времени = 0

магнетик^предваритель-

но

размагниченный,

подвергнуть воздействию магнитного

поля

Не

,

то

намагниченность

его изменяется сначала очень быстро

от

О

до I

^

а затем она медленно растет и, наконец, асимптотически достигает

 

значения

1 0 (рис. 6 - 1 ) .

Это явление называется магнитным

после­

действием. Могут существовать различные причины этого явления.

 

Мы рассматриваем лишь те из

них, которые непосредственно

связаны

 

о процессами намагничивания. В металлических магнетиках изменение действующего поля сопровождается возникновением вихревых токов, которые влияют на процесс намагничивания. Статическое намагничи­ вание в металлах достигается только после исчезновения вихревых токов. Магнитное последействие наблюдается также в магнетиках, являющихся полупроводниками и изоляторами,в которых вихревые токи не возникают. Это показывает, что явление последействия связано со свойствами магнетиков.

§ 6 - 1 . Виды магнитного последействия

Существуют два различных вида магнитного последействия. Мы рассмотрим отдельно последействие,наблюдаемое лишь в очень огра­ ниченной области температур - диффузное последействие, и терми­ ческое последействие, которое,напротив, изменяется очень мало с изменением температуры. Различия между этими двумя типами после­ действия показаны в табл.

Эта глава представляет собой сокращенный перевод соответствую­ щей главы монографии АНвг/oin. >%ергу ui та$п«Ик. Рагбй,


Рис.6-1. Схема, иллюстрирующая явления последействия

Рис.6-2. Изменение функции Ф во времени

- 82 -

 

 

 

 

 

 

Таблица

 

Сравнение

диффузного и термического последействия

 

 

 

Диффузное

последействие Термическое

после­

 

 

 

 

 

 

действие

 

Асимптотическое

изме­

г

-

Г .

 

;

~ Ц Т

нение намагничивания

 

Температурные измене­

Наблюдается при

Мало изменяется о

ния

 

Тт<

Т

 

 

 

Т

 

Принцип суперпозиции

Применим

 

 

Не применим

 

Угол потерь

 

Зависит от и) и

Т

Не зависит

от«>иТ

 

 

Уменьшается с

Т

Слабо изменяется

Начальная восприимчи­

после

размагничивания

с

Т

 

вость

 

Существует только для

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

некоторых

веществ

 

 

 

Явление магнитного последействия совершенно отлично от маг­ нитного гистерезиса. Состояние магнетика, связанное с гистерези­ сом, зависит от его предыдущей истории и не зависит от времени.

Последействие же, напротив, связано с временем воздействия поля. Предположим, что вещество подвергается воздействию изменяющегося со временем (переменного) поля H(i). Намагниченнооть магнетика в какой-то момент времени представляет собой сумму "мгновенной"

намагниченности 1С ,

зависящей только от величины поля в данный

момент, и "запаздывающей" намагниченности

зависящей от

предыдущих изменений

поля

 

IH)=

*

Т-гр)

>

(6_I}

или

 

 

 

 

// (i)

H(i)

>

 

 

где восприимчивость JL

может быть

гистерезисной,

то есть зави­

сеть от магнитной истории образца. Запаздывающая намагниченнооть

в момент t Iz

зависит от величины поля в каждый момент

Лоснользовавшись

принципом суперпозиции,

можно записать

l z « > * i f i f 9 ) X H ( i - i » < / e > ,

( 6 _ 2 )

&(в)~ ФУНКЦИЯ, которая уменьшается, стремясь к нулю с увеличени-

- 83 -


ем & . Она представляет

собс.1 ответную

реакцию в момент времени

в единичного возмущения

Яц)=Не'

, где

распределе­

ние Дирака. Предположим, что в течение довольно длительного вре ­

мени

поле

было равным нулю, а момент времени {

= 0

оно дости­

гло

значения Н0 • Тогда запаздывающая

намагниченность в момент

времени t

равна

 

 

 

 

1г(1Г-^К]Ьшав^^.н0Ф(г)

( 6

_ 3 )

Функция ф£), равная нулю при t = 0, растет и приближается к пре­ делу, который можно принять равным единице. Она имеет вид, изоб­ раженный на рис . 6 - 2 . Если поле Н*Мо внезапно исчезает, то запазды­ вающая намагниченность в момент времени t будет равна

Чтобы вывести эту формулу, предположим, что функция £/*,/являетоя произвольной и можно воспользоваться параметром ^ , так,чтобы

few

Прежде чем говорить о математическом описании явлений после­ действия, рассмотрим модель, построенную для формального объясне­ ния диэлектрического последействия, не связанного с вихревыми токами; по аналогии перейдем к магнитному последействию. Рассмот­ рим конденсатор емкостью Cfi образованный двумя плаотинами, разде­ ленными диэлектриком, в котором наблюдается явление диэлектричес­ кого последействия. Этот конденсатор эквивалентен N системе кон­ денсаторов Сi , соединенных параллельно через посредство сопротив­ лений RL (рис . 6 - 3) .

Один конденсатор емкостью С0(-i-f)включен непосредственно, без

сопротивления; его заряд Q(+)

мгновенно следует за изменением по­

тенциала. Это эквивалентно мгновенной намагниченности J'

Кроме того, имеем"

% СL

= jf-C0

На клеммы этой системы подключается переменное во времени напря­ жение Vft). Исследуем ответную реакцию конденсатора, то есть изме­ нение общего заряда Q(i)

где Qiftj- заряд пластин конденсатора. Он определяется дифференциал

ним уравнением

# = ^ . [ c , V W - * : 7 ,

( 6 _ 5 )

решение которого записывается так

- 84 -