Сделай Сам Свою Работу на 5

НАМАГНИЧЕННОСТЬ И МАГНИТНАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ ФЕРРОМАГНЕТИКОВ





Глава 5

МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

НАМАГНИЧЕННОСТЬ И МАГНИТНАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ ФЕРРОМАГНЕТИКОВ

5.1.1. Почему диамагнетики намагничиваются противоположно направлению вектора напряженности внешнего магнитного поля? Как влияет температура на диамагнитную восприимчивость?

5.1.2. К какому классу веществ по магнитным свойствам относятся полупроводники кремний и германий, химические соединения типа AIIIBV?

5.1.3. Как изменяется магнитная восприимчивость парамагнетиков с повышением температуры? Может ли быть достигнуто магнитное насыщение парамагнитных веществ?

5.1.4. Назовите основные механизмы намагничивания ферромагнетика, приводящие к нелинейной зависимости магнитной индукции от напряженности магнитного поля.

5.1.5. Почему доменные границы имеют тенденцию возникать на немагнитных включениях внутри магнитной фазы?

5.1.6. Почему в области магнитного насыщения ферромагнетика намагниченность материала возрастает с увеличением напряженности магнитного поля? Как влияет температура на изменение намагниченности в области технического насыщения?

5.1.7. Могут ли обладать ферромагнитными свойствами сплавы, состоящие из неферромагнитных элементов?



5.1.8. Объясните, как и почему изменяется индукция насыщения ферромагнетиков при повышении температуры.

5.1.9. Объясните, чем определяются направления векторов спонтанных намагниченностей в доменах и расположение доменных границ в отсутствии внешнего магнитного поля.

5.1.10. Чем отличается спиновое обменное взаимодейстие в ферро- и антиферромагнетиках?

5.1.11. Назовите основные факторы, определяющие энергию доменных границ.

5.1.12. Как влияет температура на энергию магнитной кристаллографической анизотропии? Почему ферромагнетик разбивается на домены? Чем определяются размеры доменов и толщина доменных стенок?

5.1.13*. В однородное магнитное поле помещен цилиндр из ферромагнитного материала с высокой магнитной проницаемостью так, что ось цилиндра перпендикулярна вектору напряженности магнитного поля. Изобразите распределение линий магнитной индукции.

5.1.14. В нейтральном атоме железа два электрона находятся в 4s-состоянии при не полностью заполненной внутренней 3d-оболочке. Учитывая, что при ионизации сначала удаляются 4s-электроны, приведите распределение электронов по энергетическим состояниям в свободном атоме железа, а также в двух- и трехвалентных ионах железа.



5.1.15. Вычислите в магнетонах Бора (μв=9,27·10-24 А·м2) магнитный момент ионов Со2+, Ni2+, Fe3+. Укажите катион, магнитный момент которого равен магнитному моменту иона Мn2+. Вкладом орбитального движения электронов в магнитный момент катионов пренебречь.

5.1.16. Диамагнитная восприимчивость меди kм=-9,5·10-6. Определите намагниченность и магнитную индукцию в медном проводе при воздействии на него однородного, магнитного поля напряженностью 1000 А/м. Укажите, как ориентированы векторы намагниченности и магнитной индукции относительно друг друга.

5.1.17. Укажите, следствием, какого универсального закона являются диамагнитные свойства вещества. Почему парамагнетизм, в отличие от диамагнетизма, не универсален? Как зависит диамагнитная восприимчивость химического элемента от его места в Периодической системе элементов?

5.1.18. При насыщении магнитная индукция чистого железа В=2,2 Тл. Учитывая, что элементарная ячейка кристаллической решетки железа представляет собой объемно-центрированный куб с ребром а=0,286 нм, рассчитать магнитный момент, приходящийся на один атом железа (в магнетонах Бора).

 

Решение

При магнитном насыщении ферромагнетиков Н . Поэтому . Число атомов железа в единице объема Ν=Κ/а3, где К — кратность элементарной ячейки, т. е. число атомов, приходящихся на одну ячейку. В случае объемно-центрированного куба К = 2.



Магнитный момент, приходящийся на один атом,

Полученный результат показывает, что в кристаллической решетке железа число нескомпенсированных спинов в расчете на один атом меньше, чем в свободном атоме железа, магнитный момент которого .

5.1.19. Магнитная индукция насыщения металлического никеля, имеющего плотность 8960 кг/см3, равна 0,65 Тл. Определить магнитный момент, приходящийся на один атом никеля (в магнетонах Бора).

5.1.20. Для α-железа, кристаллизующегося в структуре кубической симметрии, константы магнитной кристаллографической анизотропии имеют следующие значения: Κ1=4,2·104 Дж/м3; К2=1,5·104 Дж/м3. Показать, что кристаллографические направления типа [100] являются осями легкого намагничивания, а направления семейства {111} — осями трудного намагничивания. Определить энергию магнитной кристаллографической анизотропии.

 

Решение

Для кристаллов кубической симметрии энергия магнитной анизотропии, отнесенная к единице объема ферромагнетика,

 

 

где α1, α2 и α3 — косинусы углов между направлениями вектора намагниченности и ребрами куба.

 

При намагничивании вдоль направления [100] направляющие косинусы принимают значения: α1=1; α2=0; α3=0. Поэтому W100=K0

Аналогичный результат получим для любого другого направления семейства {100}.

Если намагничивание производится вдоль кристаллографического направления [110], то α1=α2=l/ ; α3=0. Отсюда следует, что

W100=Κ0+Κ1(1/4+0+0)+К2 0=К0+К1/4.

При намагничивании в направлении [111] α1=α2=α3=1/ .

Поэтому

 

 

Так как K1 и Κ2 положительны, то из полученных результатов можно сделать вывод о том, что намагничивание в направлении [111] связано с наибольшими энергетическими затратами. Энергию Wк, требуемую для поворота вектора намагниченности от оси легкого намагничивания в направлении оси трудного намагничивания, т. е. энергию анизотропии, можно найти в виде разности:

Wк=W111 - W100 = К1/3 + К2/27 = 1,456·104 Дж/м3= 14,56 кДж/м3.

 

5.1.21*. Измерения дают следующие значения констант магнитной кристаллографической анизотропии для никеля, имеющего структуру гранецентрированного куба: К1=-5,1·103 Дж/м3; Κ2=0. Пользуясь этими данными, определить направления осей: а) легкого, б) трудного намагничивания в монокристаллах никеля.

5.1.22. Объясните, как влияют магнитная анизотропия и магнитострикционная деформация на значение начальной магнитной проницаемости ферромагнитных материалов.

5.1.23. Из экспериментальных данных следует, что при температуре 700°С намагниченность насыщения чистого железа Jмs составляет 0,55 намагниченности насыщения Jм0 при Т=0 К и Jмs=0,296Jм0 при температуре 750°С. Путем экстраполяции экспериментальных данных найдите температуру Кюри для железа.

 

Решение

Намагниченность насыщения резко падает по мере приближения к точке Кюри ΘК. В окрестности этой точки выполняется соотношение y=Jмs/Jм0= , где α — константа для данного материала. Отсюда следует, что

и

 

5.1.24. Объясните, почему высоконикелевый пермаллой, имеющий примерно в два раза меньшую, чем железо и электротехническая сталь, индукцию насыщения, обладает вместе с тем существенно более высокой начальной магнитной проницаемостью.

5.1.25. Какими причинами обусловлен различный характер температурных зависимостей магнитной проницаемости магнитомягкого материала, измеряемой в слабом и сильном магнитных полях?

5.1.26. На рис. 59 приведены основные кривые намагничивания для двух магнитных материалов, полученные при комнатной температуре. Построить (качественно) температурные зависимости магнитной проницаемости этих материалов (при температурах, не превышающих точку Кюри ΘК) при напряженности магнитного поля Н1.

 

5.1.27. Имеется два магнитных материала, для которых выполняются условия: μmах1>μmах2; Bs1>Bs2. Построить (качественно) на одном графике: а) основные кривые намагничивания для этих материалов; б) зависимости относительной магнитной проницаемости от напряженности магнитного поля.

5.1.28. Как изменяются направления спиновых моментов атомов в пределах границы домена в тонкой магнитной пленке, доменная структура которой изображена на рис. 60, где направления магнитных моментов доменов обозначены стрелками? Укажите на рисунке направления осей легкого намагничивания в пленке.

I

 

5.1.29. В однородное магнитное поле индукцией В0 перпендикулярно магнитному потоку помещена плоскопараллельная пластина из однородного изотропного ферромагнетика с магнитной проницаемостью μ. Определить магнитную индукцию В1 и напряженность магнитного поля H1 внутри ферромагнетика.

5.1.30. Какую форму петли гистерезиса должны иметь магнитные материалы, чтобы их магнитная проницаемость не зависела от напряженности магнитного поля?

5.1.31. При напряженности магнитного поля Н=104 А/м магнитная индукция в висмуте В=12,564 мТл. Определить магнитную восприимчивость kм вещества. Какой вывод можно сделать о природе намагниченности?

5.1.32. Справедливо ли утверждение, что ферромагнетики с максимальной спонтанной намагниченностью должны иметь максимальную начальную магнитную проницаемость?

5.1.33. Каким образом можно измерить намагниченность насыщения ферромагнетика?

5.1.34. Магнитная восприимчивость никеля при температурах 400 и 800°С равна соответственно 1,25·10-3 и 1,14·10-4. Определить температуру Кюри и магнитную восприимчивость при Т=600°С.

 

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.