парамагнетиков не зависит от температуры (при более строгом определении имеется небольшая зависимость % от Т);

б) парамагнетизм у металлов меньше, чем у идеальных парамагнетиков, так как EokT.

Электронный газ обладает и диамагнетизмом, что необходимо иметь в виду при определении суммарной намагниченности.

Ранее было рассмотрено поведение парамагнетиков при условии }1оЦм<СГ, т. е. при сравнительно слабых полях и обычных температурах. В очень сильных полях или при очень низких темпера-, турах указанное допущение не может быть принято. Для этих условий теория показывает, что магнитная восприимчивость зависит от напряженности поля и парамагнетикам свойственно явление насыщения, что подтверждается и опытом.

Долгое время парамагнитный эффект ввиду своей малости не находил применения в технике, однако в последнее время это положение изменилось.

В физике используется метод получения особо низких температур путем адиабатического размагничивания парамагнетиков. Испарение жидкого гелия позволило получить температуру 7=0,71 К; с помощью размагничивания парамагнетиков удалось достигнуть температуры 7=0,0044 К. Ограничение нижнего предела температуры при использовании метода испарения объясняется следующим. При температурах порядка 3-4 К даже гелий существует в газообразном состоянии только при очень низких давлениях. Поэтому работа на расширение в адиабатических условиях очень мала и понижение температуры за счет уменьшения внутренней энергии хладагента незначительно. Метод адиабатического размагничивания парамагнетика для получения особо низких температур основан на том, что в этих условиях работа на размагничивание производится за счет уменьшения внутренней энергии тела, т. е. сопровождается понижением его температуры.

Парамагнитный эффект используют также в квантовых парамагнитных усилителях и для решения других технических задач: в газоанализаторах на кислород, при исследовании физико-химической структуры вещества и т. д.

§ 1.4. Общие сведения о ферромагнетизме

К ферромагнетикам относятся железо, никель, кобальт, их соединения и сплавы, а также некоторые сплавы марганца, серебра, алюминия и др. При относительно низких температурах ферромаг-нитны некоторые редкоземельные элементы (гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий и тулий).

Все ферромагнетики характеризуются:

1) кристаллическим строением;

2) большим положительным значением магнитной восприимчивости (магнитной проницаемости), а также существенной и нелинейной ее зависимостью от напряженности поля и температуры;

3) способностью намагничиваться до насыщения при обычных температурах даже в слабых полях;

4) гистерезисом - зависимостью магнитных свойств от предшествующего магнитного состояния («магнитной предыстории»);

5) точкой Кюри, т. е. температурой, выше которой материал теряет ферромагнитные свойства.

- Кривые намагничивания. Магнитные свойства ферромагнетиков характеризуются зависимостями магнитной индукции В или намагниченности /* от напряженности поля Я и потерь на перемагничи-вание Р от индукции и частоты.

Зависимости вида В=/(Я) или Bi=f{H) называют к р и в ы м и намагничивания. Ранее было отмечено, что магнитные свойства материала зависят не только от напряженности поля, температуры, наличия или отсутствия механических напряжений и т. д., но и от предшествующего магнитного состояния.

Во многих случаях для получения кривых намагничивания в качестве исходного принимают размагниченное состояние образца, при котором в отсутствие внешнего поля индукция равна нулю и нет преимущественного направления намагничивания доменов (о доменной структуре см. § 1.8), т. е. их магнитные моменты расположены статистически равновероятно.

Наилучшее размагничивание возможно при нагреве материала выше точки Кюри и последующего охлаждения при отсутствии внешнего поля. Однако в технике этот способ применяют редко в связи с неудобствами его практического осуществления. Чаще всего образец размагничивают, воздействуя на него переменным полем с убывающей до нуля амплитудой, используя" для этой цели специальные устройства или измерительную схему.

Максимальная напряженность размагничивающего поля, необходимая для полного размагничивания, различна у разных групп материалов и должна в несколько раз превышать значение коэрцитивной силы. Требуется также, чтобы частота поля не была большой, иначе размагничиванию будет препятствовать экранирующее действие вихревых токов. Для размагничивания металлических материалов лучше всего применять поле с частотой 5-10 Гц и скоростью убывания не больше 1-2% при каждом цикле. Практически часто используют поле с частотой 50 Гц или непрерывно коммутируют и уменьшают постоянное поле.

При намагничивании предварительно размагниченного образца различают следующие типы зависимостей:

1) начальную (нулевую) кривую намагничивания, которую получают при монотонном увеличении Я;

2) безгистерезисную (идеальную) кривую намагничивания, получаемую при одновременном действии постоянного поля и переменного поля с убывающей до нуля амплитудой (кривая а на рис.

i£)j

* Зависимость I от Н обычно изображают в координатах: для СИ-Цо1=!(Н); для системы СГСМ -43t/=f(Я), где Ло/(4я/) - внутренняя индукция Bi, называ-,емая также иногда магнитной поляризацией.

3) основную (коммутационную) кривую намагничивания, представляющую собой геометрическое место вершин симметричных петель гистерезиса, получающихся при циклическом перемагничивании (кривая б на рис. 1.7).

Начальная кривая обычно мало отличается от основной. Начальная кривая намагничивания зависит от случайных причин, например от механических сотрясений, колебаний температуры, характера изменения намагничивающего поля и др. Для этой

кривой особенно сильно проявляется эффект Баркгаузена - нерегулярный, ступенчатый характер намагничивания. Следовательно» нулевая кривая не отвечает требованию хорошей воспроизводимости и не может быть использована для сравнительной оценки свойств различных материалов. Однако в последнее время выявлена возможность использования скачкообразных изменений намагниченности в магнитоизмерительной технике и для исследования физико-химических свойств магнитных материалов. Рис. 1.7. Кривые намагни- Безгистерезисная кривая намагничива-чивания предварительно „ия характеризуется быстрым ростом ин-размагниченного образца дуции до значения насыщения в слабых

постоянных ПОЛЯХ независимо от вида магнитного материала. Намагничивание согласно этой кривой имеет место только в некоторых случаях.

Основная кривая намагничивания является важнейшей характеристикой магнитных материалов, отвечает требованиям хорошей воспроизводимости и широко используется для характеристики намагничивания материалов в постоянных полях.

На основной кривой намагничивания принято различать три участка: начальный, соответствующий нижнему колену кривой, участок быстрого возрастания индукции (намагниченности) и участок насыщения (выше верхнего колена кривой).

Петля гистерезиса. При циклическом перемагничивании кривая намагничивания образует петлю гистерезиса (рис. 1.8)*.

Если намагничивание происходит так, как показано стрелками на рис. 1.8, а, то при однократном прохождении петли точки Л и А, соответствующие одному и тому же полю Я, не совпадают, что объясняется различной для этих точек магнитной историей.

Для получения более определенной симметричной** (установившейся) петли (рис. 1.8, б) при измерениях в цепях постоянного тока производят так называемую магнитную подготовку, которая состоит в многократном (5-10 раз) коммутировании тока в намагничивающей обмотке после установления его значения.

«

Существуют материалы с более сложной формой петли гистерезиса.

В дальнейшем симметричную петлю будем называть петлей гистерезиса.