Принуждение

Сопротивление ферромагнитного материала размагничиванию внешним магнитным полем

Семейство петель гистерезиса для текстурированной электротехнической стали , магнитомягкого материала. B _R обозначает сохраняемость _, а HC — коэрцитивность . Чем шире внешний контур, тем выше коэрцитивность. Движение по петлям – против часовой стрелки.

Коэрцитивность , также называемая магнитной коэрцитивностью , коэрцитивным полем или коэрцитивной силой , является мерой способности ферромагнитного материала противостоять внешнему магнитному полю , не размагничиваясь . _{Коэрцитивность} обычно измеряется в единицах эрстед или ампер /метр и обозначается HC .

Аналогичное свойство в электротехнике и материаловедении — электрическая коэрцитивность — способность сегнетоэлектрика противостоять внешнему электрическому полю , не деполяризуясь .

Ферромагнитные материалы с высокой коэрцитивной силой называются магнитотвердыми и используются для изготовления постоянных магнитов . Материалы с низкой коэрцитивной силой называются магнитно- мягкими . Последние используются в сердечниках трансформаторов и индукторов , записывающих головках , устройствах СВЧ , магнитной защите .

Определения

Графическое определение различных коэрцитивных сил на кривой гистерезиса зависимости потока от поля (кривая BH) для гипотетического магнитотвердого материала.

Эквивалентные определения коэрцитивной силы с точки зрения кривой зависимости намагничивания от поля (МГ) для одного и того же магнита.

Коэрцитивность ферромагнитного материала — это интенсивность приложенного магнитного поля ( поля H ), необходимая для размагничивания этого материала после того, как намагниченность образца была доведена до насыщения сильным полем. Это размагничивающее поле прикладывается противоположно исходному насыщающему полю. Однако существуют разные определения принуждения, в зависимости от того, что считается «размагничиванием», поэтому сам термин «принуждение» может быть неоднозначным:

• Нормальная коэрцитивность H _Cn — это поле H , необходимое для уменьшения магнитного потока (среднего поля B внутри материала) до нуля .
• Внутренняя коэрцитивность H _Ci представляет собой поле H , необходимое для уменьшения намагниченности (среднего поля M внутри материала) до нуля.
• Коэрцитивность остаточной намагниченности , H Cr _, представляет собой поле H , необходимое для уменьшения остаточной намагниченности до нуля. Это означает, что, когда поле H наконец возвращается к нулю, тогда и B , и M также падают до нуля (материал достигает начала координат на кривой гистерезиса). ). ^[1]

Различие между нормальной и собственной коэрцитивностью незначительно в магнитомягких материалах, однако может быть значительным в магнитотвердых материалах. ^[1] Самые сильные редкоземельные магниты почти не теряют намагниченности при H _Cn .

Экспериментальное определение

Обычно коэрцитивность магнитного материала определяется путем измерения петли магнитного гистерезиса , также называемой кривой намагничивания , как показано на рисунке выше. Устройство, используемое для сбора данных, обычно представляет собой магнитометр с вибрирующим образцом или магнитометр с переменным градиентом . Прикладное поле, в котором линия данных пересекает ноль, является коэрцитивной силой. Если в образце присутствует антиферромагнетик , то коэрцитивность, измеренная в возрастающих и уменьшающихся полях, может быть неодинаковой из-за эффекта обменного смещения . ^{[ нужна цитата ]}

Коэрцитивная сила материала зависит от шкалы времени, в которой измеряется кривая намагничивания. Намагниченность материала, измеренная в приложенном обратном поле, которое номинально меньше коэрцитивной силы, может в течение длительного времени медленно релаксировать до нуля. Релаксация происходит, когда изменение намагниченности за счет движения доменной стенки термически активируется и определяется магнитной вязкостью. ^[22] Возрастающее значение коэрцитивной силы на высоких частотах является серьезным препятствием для увеличения скорости передачи данных при широкополосной магнитной записи, усугубленное тем фактом, что увеличение плотности хранения обычно требует более высокой коэрцитивной силы в носителе. ^{[ нужна цитата ]}

Теория

В коэрцитивном поле векторная составляющая намагниченности ферромагнетика, измеренная вдоль направления приложенного поля, равна нулю. Существует два основных режима перемагничивания : однодоменное вращение и движение доменной стенки . Когда намагниченность материала меняется на противоположную в результате вращения, составляющая намагниченности вдоль приложенного поля равна нулю, поскольку вектор указывает в направлении, ортогональном приложенному полю. Когда намагниченность меняется на обратную в результате движения доменной стенки, результирующая намагниченность мала во всех направлениях вектора, поскольку сумма моментов всех отдельных доменов равна нулю. Кривые намагничивания, в которых преобладают вращение и магнитокристаллическая анизотропия , обнаружены в относительно совершенных магнитных материалах, используемых в фундаментальных исследованиях. ^[23] Движение доменных стенок является более важным механизмом обращения в реальных технических материалах, поскольку дефекты, такие как границы зерен и примеси, служат местами зарождения доменов обратной намагниченности. Роль доменных границ в определении коэрцитивности сложна, поскольку дефекты могут не только зарождать их, но и закреплять доменные границы . Динамика доменных границ в ферромагнетиках аналогична динамике границ зерен и пластичности в металлургии , поскольку и доменные границы, и границы зерен представляют собой плоские дефекты. ^{[ нужна цитата ]}

Значение

Как и в случае любого гистерезисного процесса, площадь внутри кривой намагничивания в течение одного цикла представляет собой работу , которая совершается над материалом внешним полем при изменении намагниченности и рассеивается в виде тепла. Общие диссипативные процессы в магнитных материалах включают магнитострикцию и движение доменных стенок. Коэрцитивная сила является мерой степени магнитного гистерезиса и, следовательно, характеризует потери в магнитомягких материалах для их обычных применений.

Остаточная магнитная индукция насыщения и коэрцитивная сила являются показателями качества жестких магнитов, хотя также обычно указывается максимальное энергетическое произведение . В 1980-е годы были разработаны редкоземельные магниты с высокой энергией, но с нежелательно низкими температурами Кюри . С 1990-х годов были разработаны новые твердые магниты обменной пружины с высокой коэрцитивной силой. ^[24]

Смотрите также

• Магнитная восприимчивость
• Остаточность

Рекомендации

1. Джорджио Бертотти (21 мая 1998 г.). Гистерезис в магнетизме: для физиков, материаловедов и инженеров. Эльзевир Наука. ISBN 978-0-08-053437-4.
2. Тумански, С. (2011). Справочник по магнитным измерениям . Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. ISBN 9781439829523.
3. MA Ахтер-DJ Mapps-YQ Ма Тан-Аманда Петфорд-Лонг-Р. Дул; Маппс; Ма Тан; Петфорд-Лонг; Дул (1997). «Зависимость коэрцитивной силы в тонких пленках пермаллоя от толщины и размера зерна». Журнал прикладной физики . 81 (8): 4122. Бибкод : 1997JAP....81.4122A. дои : 10.1063/1.365100.
4. Калверт, JB (6 декабря 2003 г.) [13 декабря 2002 г.]. "Железо". mysite.du.edu . Архивировано из оригинала 15 сентября 2007 г. Проверено 4 ноября 2023 г.
5. «Магнитные свойства твердых тел». HyperPhysics.phy-astr.gsu.edu . Проверено 22 ноября 2014 г.
6. «Тайм-аут». Cartech.ides.com . Проверено 22 ноября 2014 г.^{[ постоянная мертвая ссылка ]}
7. Томпсон, Сильванус Филлипс (1896). Динамо-электрические машины . Проверено 22 ноября 2014 г.
8. MS Miller-FE Stageberg-YM Chow-K. Рук-ЛА Хойер; Стагберг; Чау; Рук; Хойер (1994). «Влияние условий высокочастотного магнетронного распыления на магнитные, кристаллические и электрические свойства тонких пленок никеля». Журнал прикладной физики . 75 (10): 5779. Бибкод : 1994JAP....75.5779M. дои : 10.1063/1.355560.
9. Чжэнхун Цянь; Гэн Ван; Сивертсен, Дж. М.; Джуди, Дж. Х. (1997). «Тонкие пленки Ni -Zn- феррита, полученные методом распыления на мишень». Транзакции IEEE по магнетизму . 33 (5): 3748–3750. Бибкод : 1997ITM....33.3748Q. дои : 10.1109/20.619559.
10. Орлов, Джон (19 декабря 2017 г.). Справочник по оптике заряженных частиц, второе издание. ЦРК Пресс. ISBN 9781420045550. Проверено 22 ноября 2014 г.
11. Ло, Хунмэй; Ван, Дунхай; Он, Цзибао; Лу, Юньфэн (2005). «Тонкие пленки из магнитной кобальтовой нанопроволоки». Журнал физической химии Б. 109 (5): 1919–22. дои : 10.1021/jp045554t. ПМИД  16851175.
12. «Литые постоянные магниты ALNICO» (PDF) . Арнольд Магнитные Технологии . Проверено 4 ноября 2023 г.
13. Ян, ММ; Ламберт, SE; Ховард, Дж. К.; Хван, К. (1991). «Ламинированные пленки CoPt Cr / Cr для малошумной продольной записи». Транзакции IEEE по магнетизму . 27 (6): 5052–5054. Бибкод : 1991ITM....27.5052Y. дои : 10.1109/20.278737.
14. CD Fuerst-EG Брюэр; Брюэр (1993). «Быстро затвердевший Nd-Fe-B с высокой остаточной намагниченностью: магниты с осадкой (приглашаются)». Журнал прикладной физики . 73 (10): 5751. Бибкод : 1993JAP....73.5751F. дои : 10.1063/1.353563.
15. "WONDERMAGNET.COM - Магниты NdFeB, Магнитная проволока, Книги, Странная наука, Нужные вещи" . Wondermagnet.com. Архивировано из оригинала 11 февраля 2015 года . Проверено 22 ноября 2014 г.
16. Чен и Никлс, 2002 г.
17. Бай, Г.; Гао, RW; Сан, Ю.; Хан, Великобритания; Ван, Б. (январь 2007 г.). «Исследование высококоэрцитивных спеченных магнитов NdFeB». Журнал магнетизма и магнитных материалов . 308 (1): 20–23. Бибкод : 2007JMMM..308...20B. дои : 10.1016/j.jmmm.2006.04.029.
18. Цзян, Х.; Эванс, Дж.; О'Ши, MJ; Ду, Цзяньхуа (2001). «Магнитно-жесткие свойства быстро отожженных тонких пленок NdFeB на буферных слоях Nb и V». Журнал магнетизма и магнитных материалов . 224 (3): 233–240. Бибкод : 2001JMMM..224..233J. дои : 10.1016/S0304-8853(01)00017-8.
19. Накамура, Х.; Курихара, К.; Тацуки, Т.; Сугимото, С.; Окада, М.; Хомма, М. (октябрь 1992 г.). «Фазовые изменения и магнитные свойства сплавов Sm 2 Fe 17 N x, термообработанных в водороде». Журнал переводов IEEE по магнетизму в Японии . 7 (10): 798–804. дои : 10.1109/TJMJ.1992.4565502.
20. Рани, Р.; Хегде, Х.; Наваратна, А.; Кадье, Ф.Дж. (15 мая 1993 г.). «Высокая коэрцитивность Sm 2 Fe 17 N x и родственные фазы в образцах напыленных пленок». Журнал прикладной физики . 73 (10): 6023–6025. Бибкод : 1993JAP....73.6023R. дои : 10.1063/1.353457. ИНИСТ 4841321. 
21. де Кампос, МФ; Ландграф, ФЮГ; Сайто, Нью-Хэмпшир; Ромеро, ЮАР; Нейва, AC; Мисселл, ФП; де Морэ, Э.; Гама, С.; Обручева Е.В.; Джалнин, Б.В. (1 июля 1998 г.). «Химический состав и коэрцитивность магнитов SmCo5». Журнал прикладной физики . 84 (1): 368–373. Бибкод : 1998JAP....84..368D. дои : 10.1063/1.368075. ISSN  0021-8979.
22. Гонт 1986
23. Гениш и др. 2004 г.
24. Кнеллер и Хавиг, 1991 г.

• Чен, Мин; Никлс, Дэвид Э. (2002). «Синтез, самосборка и магнитные свойства наночастиц Fe _x Co _y Pt _{100- x - y} ». Нано-буквы . 2 (3): 211–214. Бибкод : 2002NanoL...2..211C. дои : 10.1021/nl015649w.
• Гонт, П. (1986). «Магнитная вязкость и энергия термической активации». Журнал прикладной физики . 59 (12): 4129–4132. Бибкод : 1986JAP....59.4129G. дои : 10.1063/1.336671.
• Гениш, Исашар; Кац, Евгений; Кляйн, Лиор; Райнер, Джеймс В.; Бизли, MR (2004). «Локальные измерения перемагничивания в тонких пленках SrRuO ₃ ». Физический статус Solidi C . 1 (12): 3440–3442. Бибкод : 2004PSSCR...1.3440G. дои : 10.1002/pssc.200405476.
• Кнеллер, Э.Ф.; Хавиг, Р. (1991). «Магнит обменной пружины: новый принцип материала для постоянных магнитов». Транзакции IEEE по магнетизму . 27 (4): 3588–3600. Бибкод : 1991ITM....27.3588K. дои : 10.1109/20.102931.
• Ливингстон, доктор юридических наук (1981). «Обзор механизмов принуждения». Журнал прикладной физики . 52 (3): 2541–2545. Бибкод : 1981JAP....52.2544L. дои : 10.1063/1.328996.

Внешние ссылки

• Апплет перемагничивания (когерентное вращение)
• Таблицу коэрцитивной силы различных магнитных носителей записи см. в разделе «Размагничивание магнитной ленты для хранения данных» ( PDF ) на сайте fujifilmusa.com.