Ферромагнит

Содержание

Определение

Ферромагнетики — вещества (как правило, в твёрдом кристаллическом или аморфном состоянии), в которых ниже определённой критической температуры (точки Кюри) устанавливается дальний ферромагнитный порядок магнитных моментов атомов или ионов (в неметаллических кристаллах) или моментов коллективизированных электронов (в металлических кристаллах). Ландау предсказал существование диамагнетизма свободных электронов.

Свойства ферромагнетиков

Представители ферромагнетиков

Среди химических элементов

Среди химических элементов ферромагнитны переходные элементы Fe, Со и Ni (3 d-металлы) и редкоземельные металлы Gd, Tb, Dy, Er. (См. Таблицу 1)

Таблица 1. — Ферромагнитные металлы

¹ J_s0 — величина намагниченности единицы объёма при абсолютном нуле температуры, называемая спонтанной намагниченностью.
² T_c — критическая температура, связанная с фазовым переходом из парамагнитного в ферромагнитное состояние, называемая точкой Кюри.

Для 3d-металлов и Gd характерна коллинеарная ферромагнитная атомная структура, а для остальных редкоземельных ферромагнетиков — неколлинеарная (спиральная и др.; см. Магнитная структура).

Среди соединений

Ферромагнитны также многочисленные металлические бинарные и более сложные (многокомпонентные) сплавы и соединения упомянутых металлов между собой и с другими неферромагнитными элементами, сплавы и соединения Cr и Mn с неферромагнитными элементами (так называемые Гейслеровы сплавы), соединения ZrZn₂ и Zr_xM_1-xZn₂ (где М — это Ti, Y, Hf), Au₄V, Sc₃In и др. (Таблица 2), а также некоторые соединения металлов группы актиноидов (например, UH₃).

Другие известные

Особую группу ферромагнетиков образуют сильно разбавленные растворы замещения парамагнитных атомов, например Fe или Со в диамагнитной матрице Pd. В этих веществах атомные магнитные моменты распределены неупорядоченно (при наличии ферромагнитного порядка отсутствует атомный порядок). Ферромагнитный порядок обнаружен также в аморфных (метастабильных) металлических сплавах и соединениях, аморфных полупроводниках, в обычных органических и неорганических стёклах, халькогенидах (сульфидах, селенидах, теллуридах) и т. п. Число известных неметаллических ферромагнетиков пока невелико. Это, например, ионные соединения типа La_1-x Ca_xMnO₅(0,4 > x > 0,2), EuO, Eu₂SiO₄, EuS, EuSe, EuI₂, CrB₃ и т. п. У большинства из них точка Кюри лежит ниже 1 К. Только у соединений Eu, халькогенидов, CrB₃ значение Q

Источник

Ферромагнетики

Ферромагнетики — вещества (как правило, в твёрдом кристаллическом или аморфном состоянии), в которых ниже определённой критической температуры (точки Кюри) устанавливается дальний ферромагнитный порядок магнитных моментов атомов или ионов (в неметаллических кристаллах) или моментов коллективизированных электронов (в металлических кристаллах). Иными словами, ферромагнетик — такое вещество, которое, при температуре ниже точки Кюри, способно обладать намагниченностью в отсутствие внешнего магнитного поля.

Содержание

Свойства ферромагнетиков

Представители ферромагнетиков

Среди химических элементов

Среди химических элементов ферромагнитными свойствами обладают переходные элементы Fe, Со и Ni (3 d-металлы) и редкоземельные металлы Gd, Tb, Dy, Ho, Er (см. Таблицу 1).

Таблица 1. — Ферромагнитные металлы

¹ J_s0 — величина намагниченности единицы объёма при абсолютном нуле температуры, называемая спонтанной намагниченностью. ² T_c — критическая температура, выше которой ферромагнитные свойства исчезают, и вещество становится парамагнетиком, называемая точкой Кюри.

Для 3d-металлов и Gd характерна коллинеарная ферромагнитная атомная структура, а для остальных редкоземельных ферромагнетиков — неколлинеарная (спиральная и др.; см. Магнитная структура).

Среди соединений

Ферромагнитны также многочисленные металлические бинарные и более сложные (многокомпонентные) сплавы и соединения упомянутых металлов между собой и с другими неферромагнитными элементами, сплавы и соединения Cr и Mn с неферромагнитными элементами (так называемые Гейслеровы сплавы), соединения ZrZn₂ и Zr_xM_1-xZn₂ (где М — это Ti, Y, Nb или Hf), Au₄V, Sc₃In и др. (Таблица 2), а также некоторые соединения металлов группы актиноидов (например, править] Другие известные

Особую группу ферромагнетиков образуют сильно разбавленные растворы замещения парамагнитных атомов, например Fe или Со в диамагнитной матрице Pd. В этих веществах атомные магнитные моменты распределены неупорядоченно (при наличии ферромагнитного порядка отсутствует атомный порядок). Ферромагнитный порядок обнаружен также в аморфных (метастабильных) металлических сплавах и соединениях, аморфных полупроводниках, в обычных органических и неорганических стёклах, халькогенидах (сульфидах, селенидах, теллуридах) и т. п. Число известных неметаллических ферромагнетиков пока невелико. Это, например, ионные соединения типа La_1-x Ca_xMnO₅(0,4 > x > 0,2), EuO, EuS, EuSe, править] См. также

Литература

Полезное

Смотреть что такое «Ферромагнетики» в других словарях:

ферромагнетики — ферромагнетики … Орфографический словарь-справочник

ФЕРРОМАГНЕТИКИ — вещества, в которых при температурах ниже точки Кюри (см. (1)) устанавливается магнитоупорядоченная доменная структура, т.е. проявляется (см.). К Ф. относятся: железо, никель, кобальт, гадолиний, тербий, диспрозий и др., а также многочисленные… … Большая политехническая энциклопедия

Ферромагнетики — вещества (как правило, в твёрдом кристаллическом состоянии), в которых ниже определённой температуры (Кюри точки (См. Кюри точка) Θ) устанавливается ферромагнитный порядок магнитных моментов атомов или ионов (в неметаллических кристаллах) … Большая советская энциклопедия

ФЕРРОМАГНЕТИКИ — в ва, к рые ниже определенной т ры Кюри точки Т к обладают самопроизвольной намагниченностью. К Ф. относятся переходные элементы Fe, Со, Ni, нек рые РЗЭ (Gd, Tb, Dy, Но, Er, Tm); металлич. бинарные и многокомпонентные сплавы и соед. перечисленных … Химическая энциклопедия

Ферромагнетики — [ferromagnets] вещества, в которых магнитные моменты атомов или ионов при температураx ниже точки Кюри находятся в состояние самопроизвольного магнитного упорядочивания, причем вещество разбито на домены, а результирующие магнитные моменты… … Энциклопедический словарь по металлургии

ФЕРРОМАГНЕТИЗМ — магнитоупорядоченное состояние в ва, при к ром все магн. моменты ат. носителей магнетизма в в ве параллельны и оно обладает самопроизвольной намагниченностью. Рис. 1. Ферромагнитная (коллинеарная) атомная структура гранецентрированной кубич.… … Физическая энциклопедия

Магнетизм — (от греческого magnetis магнит) проявляется в макромасштабах как взаимодействие между электрическими токами, между токами и магнитами (то есть телами с магнитным моментом (См. Магнитный момент)) и между магнитами. В наиболее общем виде М … Большая советская энциклопедия

Ферромагнетизм — одно из магнитных состояний кристаллических, как правило, веществ, характеризуемое параллельной ориентацией магнитных моментов (См. Магнитный момент) атомных носителей магнетизма. Параллельная ориентация магнитных моментов (рис. 1)… … Большая советская энциклопедия

ферромагнетик — Термин ферромагнетик Термин на английском ferromagnetic Синонимы Аббревиатуры Связанные термины гигантское магнетосопротивление, нанофармакология, доставка лекарственных средств, парамагнетизм, суперпарамагнетизм, ферромагнетизм, магнон,… … Энциклопедический словарь нанотехнологий

МИНЕРАЛ — (от позднелат. minera руда), прир. твердое тело с характерными хим. составом, кристаллич. структурой и св вами. Образуется в результате физ. и хим. процессов (экзогенных, эндогенных и метаморфических; см. Полезные ископаемые )в глубинах и на пов… … Химическая энциклопедия

Источник

Свойства ферромагнитных материалов и их применение в технике

Вокруг проводника с электрическим током, даже в вакууме, существует магнитное поле. И если в это поле внести вещество, то магнитное поле изменится, поскольку любое вещество в магнитном поле намагничивается, то есть приобретает больший или меньший магнитный момент, определяемый как сумма элементарных магнитных моментов, связанных с частями, из которых состоит данное вещество.

Суть явления заключается в том, что молекулы многих веществ обладают собственными магнитными моментами, ведь внутри молекул движутся заряды, которые образуют элементарные круговые токи, и значит сопровождаются магнитными полями. Если внешнего магнитного поля к веществу не приложено, магнитные моменты его молекул ориентированы в пространстве хаотично, и суммарное магнитное поле (как и общий магнитный момент молекул) такого образца будет равно нулю.

Ежели образец внести во внешнее магнитное поле, то ориентация элементарных магнитных моментов его молекул приобретет под действием внешнего поля преимущественное направление. В результате суммарный магнитный момент вещества уже не будет нулевым, ведь магнитные поля отдельных молекул в новых условиях не компенсируют друг друга. Так у вещества возникает магнитное поле B.

Если же молекулы вещества изначально не имеют магнитных моментов (есть и такие вещества), то при внесении подобного образца в магнитное поле, в нем индуцируются круговые токи, то есть молекулы приобретают магнитные моменты, что опять же в результате приводит к возникновению у образца суммарного магнитного поля B.

Большинство известных веществ слабо намагничиваются в магнитном поле, но встречаются и такие вещества, которые отличаются сильными магнитными свойствами, их то и называют ферромагнетиками. Примеры ферромагнетиков: железо, кобальт, никель, а также их сплавы.

К ферромагнетикам относятся твердые вещества, которые при невысоких температурах обладают самопроизвольной (спонтанной) намагниченностью, сильно изменяющейся под действием внешнего магнитного поля, механической деформации или изменяющейся температуры. Именно так ведут себя сталь и железо, никель и кобальт, а также из сплавы. Их магнитная проницаемость в тысячи раз выше чем у вакуума.

Именно по этой причине в электротехнике для проведения магнитного потока и для преобразования энергии традиционно используют магнитопроводы из ферромагнитных материалов.

У подобных веществ магнитные свойства зависят от магнитных свойств элементарных носителей магнетизма — электронов, движущихся внутри атомов. Конечно, электроны, двигаясь по орбитам в атомах вокруг своих ядер, образуют круговые токи (магнитные диполи). Но при этом электроны вращаются еще и вокруг своих осей, создавая спиновые магнитные моменты, которые как раз и играют главную роль в намагничивании ферромагнетиков.

Ферромагнитные свойства проявляются лишь тогда, когда вещество пребывает в кристаллическом состоянии. Кроме того данные свойства сильно зависят от температуры, ведь тепловое движение препятствует устойчивой ориентации элементарных магнитных моментов. Так, для каждого ферромагнетика определяется конкретная температура (точка Кюри), при которой структура намагничивания разрушается и вещество превращается в парамагнетик. Например для железа это 900 °C.

Даже в слабых магнитных полях ферромагнетики способны намагнититься до состояния насыщения. Кроме того их магнитная проницаемость зависит от величины приложенного внешнего магнитного поля.

Вначале процесса намагничивания магнитная индукция B в ферромагнетике растет сильнее, а значит магнитная проницаемость его велика. Но когда наступает насыщение, дальнейшее увеличение магнитной индукции внешнего поля не приводит больше к нарастанию магнитного поля ферромагнетика, и значит магнитная проницаемость образца уменьшилась, теперь она стремится к 1.

Важное свойство ферромагнетиков — остаточная намагниченность. Допустим, в катушку поместили ферромагнитный стержень, и, повышая ток в катушке, довели его до насыщения. После этого отключили ток в катушке, то есть убрали магнитное поле катушки.

Можно будет заметить, что стержень размагнитился не до того состояния, в котором он пребывал вначале, его магнитное поле окажется больше, то есть будет иметь место остаточная индукция. Стержень превратился таким образом в постоянный магнит.

Чтобы обратно размагнитить такой стержень, необходимо будет приложить к нему внешнее магнитное поле противоположного направления, и с индукцией равной остаточной индукции. Значение модуля магнитной индукции поля, которое необходимо приложить к намагниченному ферромагнетику (постоянному магниту) чтобы размагнитить его, называется коэрцитивной силой.

Кривые намагничивания (петли гистерезиса) у разных ферромагнитных материалов отличаются друг от друга.

У некоторых материалов петли гистерезиса широкие — это материалы с высокой остаточной намагниченностью, их относят к магнитно-твердым материалам. Магнитно-твердые материалы применяют в изготовлении постоянных магнитов.

Сегодня ферромагнетики играют очень важную роль в технике. Магнитно-мягкие материалы (ферриты, электротехнические стали) используются в электромоторах и генераторах, в трансформаторах и дросселях, а также в радиотехнике. Из ферритов изготавливают сердечники катушек индуктивности.

Магнитно-твердые материалы (ферриты бария, кобальта, стронция, неодим-железо-бор) применяют для изготовления постоянных магнитов. Постоянные магниты находят широкое применение в электроизмерительных и акустических приборах, в двигателях и генераторах, в магнитных компасах и т. д.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Источник

Ферромагнитные материалы

Любой ферромагнетик принадлежит к одной из двух групп: магнитно-мягких, либо магнитно-твердых.

Ферромагнитные материалы магнитно-мягкой группы

Данные материалы активно используются в магнитопроводах разнообразных технических изделий с постоянным, либо переменным (к примеру, в трансформаторных магнитопроводах) магнитным потоком. Они характеризуются небольшой (не более 400А/м) коэрцитивной силой при хороших показателях магнитной проницаемости (далее: проницаемости), и невысоких потерях гистерезисной природы. Сюда входят: техническое железо, а также, оксидные ферромагнетики, некоторые марки стали: низкоуглеродистой и электротехнической листовой, а также перамаллои (железно-никелевые сплавы, с высокой проницаемостью).

Техническое железо, содержит не свыше 0,04% углерода, а также различные стали и чугун часто используют в магнитопроводах, которые работают в постоянном магнитном поле. У него высокие показатели индукции насыщения (до 2,2 Тл) и проницаемости при небольшой коэрцитивной силе.

К электротехническим сталям принадлежат сплавы железа с кремнием, которого может содержаться 1 – 4%. Варьируя процент кремния, а также, используя различные технологические методы, получают материалы с различающимися магнитными параметрами. Наличие кремния способствует улучшению магнитных параметров железа: повышению как начальной, так и наивысшей проницаемости при дополнительном снижении и коэрцитивной силы, и гистерезисных энергопотерь. При этом повышается сопротивление, что также полезно, поскольку в результате, становится меньше т.н. вихревых токов, неизбежно образующихся при повторяющихся изменениях параметров поля. Именно эти токи являются одной из основных причин нагрева магнитопроводов.

Электротехнические стали с невысоким процентом кремния характеризуются слабой проницаемостью при высоких показателях индукции насыщения и значительными удельными потерями. Их используют в различных потребителях постоянного, либо, низкочастотного переменного тока. Сталь с более высоким процентом кремния используют при необходимости хорошей проницаемости в условиях слабых, либо средних полей, минимизации потерь от вихревых токов и гистерезиса. Данные стали могут использоваться в магнитопроводах, которые работают при высокочастотном переменном токе.

Несколько подробнее о самых распространенных магнитно-мягких материалах

Пермаллои

Этим термином обозначается ряд сплавов железа и никеля. Содержание компонентов в них различается, также, в состав некоторых из пермаллоев могут входить другие легирующие добавки вроде молибдена или хрома. Все пермаллои отличаются превосходной проницаемостью, превосходя по данному показателю электротехническую (кремниевую) сталь в 10-15 раз.

Показатели напряженности поля, необходимой для достижения индукции насыщения у этих сплавов невысоки (от десятых долей до сотен А/м) и зависят от конкретного сплава. У одних индукция насыщения очень низка, их B_s может составлять 0,6-0,8 Тл, у других – значительно выше: 1,3-1,6 Тл. К первой категории относятся сплавы с большим содержанием никеля. К примеру сплав, состоящий из никеля на 79% при 3,8% молибдена имеет следующие характеристики: μ_н=22000; μ_max=120000; B_s=0,75Тл. К другой категории принадлежат пермаллои, где содержится значительно меньше никеля. Так, у сплава с содержанием никеля 45% характеристики следующие: μ_н =2500; μ_max=23000; B_s=1,5Тл.

Рисунок 1 — Петля гистерезиса пермаллоев

В пермаллоях, где петля гистерезиса имеет форму, напоминающую прямоугольник (рис. 1), уровень её близости к классической прямоугольной форме соответствует отношению значений остаточной (B_r) к наибольшей (B_max) индукции. За B_max здесь принимается показатель индукции в поле, с напряженностью выше коэрцитивной силы в 5-10 раз. Данное отношение может составлять до 0,85-0,99. Коэрцитивная сила у подобных пермаллоев составляет от 1 до 30 А/м.

Магнитные качества пермаллоев во многом определяются не только их составом, но и методом их производства.

Ферриты

К группе ферритов относятся ферромагнетики, получаемые смешиванием окислов нескольких элементов, в число которых обязательно входит железо и цинк. Процесс их изготовления состоит в следующем. Сначала нужная смесь измельчается, затем спрессовывается и отжигается при 1200°С. В результате получается готовый магнитопровод заданной формы.

У ферритов весьма значительно удельное сопротивление, поэтому потери от вихревых токов минимальны. Это делает их востребованными для использования при высокочастотных токах.

Начальная проницаемость ферритов также весьма значительна при невысокой индукции насыщения (0,18 — 0,32 Тл) и небольшой коэрцитивной (8 – 80 А/м) силе.

Магнитодиэлетрики

Материалы данной группы получают смешиванием мелкофракционного ферромагнитного порошка с различными изолирующими материалами (обычно: полиэтилен или ПВХ) с последующей формовкой, прессовкой и запеканием. В результате, микроскопические частицы ферромагнетика разделяются тонким слоем непроводящего ток и немагнитного вещества.

Магнитодиэлектрики (так же, как и ферриты) служат для производства сердечников в разнообразных электромагнитных изделиях: приемниках, передатчиках, усилителях, компьютерах и т.д.

Рисунок 2 — Статическая петля магнитного гистерезиса магнитопровода ГАММАМЕТ 412А

Работы над созданием новых типов магнитно-мягких материалов продолжаются и сейчас. Так, недавно специалистами фирмы ГАММАМЕТ был создан магнитопровод ленточного типа «гаммамет 412А». Его изготавливают из специальной ленты с нанокристаллическим строением, толщина которой составляет 25 мкм. Саму ленту получают скоростным закаливанием одного из сплавов, где главной составляющей служит железо. Затем магнитопроводы подвергают термообработке в условиях продольного магнитного поля. После этого их петля гистерезиса приобретает форму очень близкую к правильной прямоугольной (рис. 2). Соответственно данные магнитопроводы характеризуются минимальными показателями удельных магнитных потерь.

Гаммамет 412А способен стать хорошей заменой ферритам и другим материалам, имеющим петлю гистерезиса близкую к прямоугольной форме. Среди перспективных сфер использования: различные магнитные устройства и установки, насыщающие дроссели и т.д.

Ферромагнитные материалы магнитно-твердой группы

Из материалов данной группы производят практически все постоянные магниты. Все они характеризуются значительными величинами как коэрцитивной силы, так и остаточной индукции.

Сюда относят углеродистую, а также некоторые марки легированной (хромом, кобальтом или вольфрамом) стали. Величина коэрцитивной силы варьируется в границах от 5000 до 8000 А/м при величине остаточной индукции в 0,8 – 1 Тл. Все эти стали достаточно пластичны, их можно ковать, прокатывать и обрабатывать резанием. Промышленность их производит листами и полосами.

Наилучшие магнитные параметры среди материалов этой группы имеют сплавы «альни», «альнико» и т.д. Их коэрцитивная сила составляет H_c = 20 000 — 60 000 А/м, при величине остаточной индукции в B_r = 0,4 — 0,7 Тл.

Источник