Поведение веществ в магнитных полях. Фарромагнетики и ферриты и их применение в технике и технологиях.

Все вещества, помещённые в магнитное поле, намагничиваются в той или иной мере, то есть сами поддерживают (парамагнетики), ослабляют (диамагнетики) или даже усиливают (ферромагнетики) внешнее магнитное поле. При помещении в магнитное поле вещества в нем происходят процессы ориентации различных структур, обладающих дипольным магнитным моментом. 

Отношение магнитной индукции В поля в данной среде к магнитной индукции В0 в вакууме, характеризует магнитные свойства данной среды и называется магнитной проницаемостью вещества µ.

Магнитиками называются все среды, способные намагничиваться в магнитном поле, т. е. сознавать собственное магнитное поле. По магнитным свойствам( по проницаемости) магнетики разделяются на диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики.

Намагничивание материалов происходит за счет токов, циркулирующих внутри атомов – вращения электронов и движения их в атоме, Поэтому намагничивание вещества следует описывать при помощи реальных атомных токов, называемых «амперовскими» токами.

Для характеристики намагничивания вещества— вводится вектор интенсивности намагничения, пропорциональный векторной сумме магнитных моментов молекул, находящихся в единице объема:

I=cm H          

где , cm — магнитная восприимчивость вещества, H — напряженность магнитного поля. У диамагнетиков cm < 0, у парамагнетиков cm > 0. Внесение диамагнетиков в магнитное поле ослабляет его, внесение парамагнетиков усиливает магнитное поле. К диамагнетикам относятся инертные газы, некоторые металлы (цинк, золото, ртуть), кремний, фосфор и многие органические соединения. К парамагнетикам — газы (кислород, окись азота), платина, палладий, соли железа, кобальта и никеля и сами эти металлы.

Но есть вещества, обладающие сильными магнитными свойствами. Такие вещества называются ферромагнетиками. Эти вещества способны сохранять магнитные свойства и в отсутствие внешнего магнитного поля, представляя собой постоянные магниты. Ферромагнетизм заключается в способности вещества реже усиливать магнитное поле, добавляя к внешнему полю поле своих молекул за счет их ориентации по внешнему полю. К ферромагнетикам относятся железо, никель, кобальт и некоторые сплавы. Типичными ферромагнетиками являются Fe, Co, Ni, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, а также соединения ферромагнитных материалов с неферромагнитными.

В отличие от обычных парамагнетиков, незначительно усиливающих внешнее магнитное поле, ферромагнетики изменяют его в сотни и тысячи раз, что объясняется наличием у них молекулярных токов, которые, ориентируясь по нолю, усиливают его многократно.

Ферромагнетики это вещества, обладающие самопроизвольной намагниченностью, которая сильно изменяется под влиянием внешних воздействий – магнитного поля, деформации, температуры.

Основные отличия магнитных свойств ферромагнетиков.

1) Нелинейная зависимость намагниченности от напряженности магнитного поля Н (рисунок) .

2) При                     зависимость магнитной индукции В от Н нелинейная, а при                 – линейна

3) У каждого ферромагнетика имеется такая температура называемая точкой Кюри (    ), выше которой это вещество теряет свои особые магнитные свойства. Наличие температуры Кюри связано с разрушением при             упорядоченного состояния в магнитной подсистеме кристалла – параллельной ориентации магнитных моментов. Для никеля температура Кюри равна 360 °С.

4) Существование магнитного гистерезиса.

Ферромагнетики широко используются в катушках индуктивности для увеличения значения индуктивности при малых габаритах, поскольку индуктивность

где S — сечение сердечника, l — длина магнитной силовой линии.

Наибольшее практическое значение имеют ферромагнетики:    

• сердечники трансформаторов, электродвигателей, генераторов;
• постоянные магниты (компасы, электроизмерительные приборы, телефоны, звукозаписывающие устройства);
• магнитная запись информации

Ферриты — это порошкообразные ферромагнетики, спрессованные совместно с диэлектрическим наполнителем в твердое состояние. Широкое распространение в радиотехнике, особенно в высокочастотной радиотехнике получили ферриты – ферромагнитные неметаллические материалы – соединения окиси железа  с окислами других металлов.

Ферриты сочетают ферромагнитные и полупроводниковые свойства, именно с этим связано их применение как магнитных материалов в радиоэлектронике и вычислительной технике.

Ферриты обладают высоким значениями намагниченности и температурами Кюри.  Благодаря уникальному сочетанию высоких магнитных свойств и низкой электропроводности ферриты не имеют конкурентов среди других магнитных материалов в технике высоких частот (более 100 кГц). Ферриты используют в качестве магнитных материалов в радиотехнике, электронике, автоматике, вычислительной технике (ферритовые поглотители электромагнитных волн, антенны, сердечники, элементы памяти, постоянные магниты и т. д.). Магнитные материалы широко используются в традиционной технологии записи информации в винчестере.