자화 및 자성 재료

자기 특성을 가진 물질의 존재는 비자기 공간의 필드와 비교하여 자기장의 매개 변수의 변화로 나타납니다. 미세한 표현에서 발생하는 물리적 프로세스는 미세 전류의 자기 모멘트의 자기장의 영향으로 재료의 모양과 관련이 있으며, 그 체적 밀도는 자화 벡터라고 합니다.

물질을 내부에 넣었을 때 물질의 자화 현상 자기장 자기장 방향으로 미세 전류를 순환하는 점진적 우선 방향 자기 모멘트의 과정에 의해 설명됩니다. 물질의 미세 전류 생성에 크게 기여하는 것은 전자의 이동입니다. 원자와 관련된 전자의 회전 및 궤도 이동, 전도 전자의 스핀 및 자유 이동입니다.

자기 특성에 따라 모든 재료는 상자성, 반자성, 강자성, 반 강자성 및 페라이트... 하나 또는 다른 클래스에 대한 재료의 소속은 전자의 자기 모멘트가 자기에 반응하는 특성에 의해 결정됩니다. 다중 전자 원자 및 결정 구조에서 서로 전자의 강한 상호 작용 조건 하에서 필드.

반자성체와 상자성체는 자성이 약한 물질입니다. 강자성체에서 훨씬 더 강한 자화 효과가 관찰됩니다.

이러한 재료에 대한 자화율(자화 및 전계 강도 벡터의 절대값 비율)은 양수이며 수만에 달할 수 있습니다. 강자성체에서는 자발 단방향 자화 영역(도메인)이 형성됩니다.

강자성 철, 코발트, 니켈 및 여러 합금과 같은 전이 금속의 결정에서 관찰됩니다.

강도가 증가하는 외부 자기장이 가해지면 처음에는 다른 방식으로 다른 영역에서 배향된 자발 자화 벡터가 점차 동일한 방향으로 정렬됩니다. 이 프로세스를 기술 자화라고 합니다. 초기 자화 곡선이 특징입니다. 결과적인 자기장 강도 자료에서.

비교적 작은 전계 강도(섹션 I)에서는 주로 전계 강도 벡터 방향의 양의 반구에서 자화 방향을 갖는 도메인 크기의 증가로 인해 자화의 급격한 증가가 있습니다. 동시에, 음의 반구에 있는 영역의 크기는 비례하여 감소합니다.정도는 덜하지만, 이러한 영역의 치수는 변경되며, 자화는 강도 벡터에 직교하는 평면에 더 가깝게 배향됩니다.

강도가 더 증가하면 기술적 포화에 도달할 때까지(지점 S) 필드를 따라 도메인 자화 벡터의 회전 프로세스가 우세합니다(섹션 II). 결과적인 자화의 후속 증가 및 필드의 모든 영역의 동일한 배향 달성은 전자의 열 운동에 의해 방해를 받습니다. 영역 III은 자화의 증가가 열 운동에 의해 방향이 어긋난 소수의 스핀 자기 모멘트의 방향으로 인해 발생하는 상자성 과정과 본질적으로 유사합니다 온도가 증가함에 따라 방향을 잃은 열 운동이 증가하고 물질의 자화가 감소합니다.

주어진 강자성 물질에 대해, 자구 구조의 강자성 배열과 자화가 사라지는 특정 온도가 있습니다. 재료는 상자성이 됩니다. 이 온도를 퀴리점이라고 합니다. 철의 경우 퀴리점은 790°C, 니켈의 경우 340°C, 코발트의 경우 1150°C에 해당합니다.

퀴리점 아래로 온도를 낮추면 재료의 자기 특성이 다시 복원됩니다. 즉, 외부 자기장이 없는 경우 네트워크 자화가 0인 도메인 구조입니다. 따라서 퀴리점 이상의 강자성체로 이루어진 발열체를 이용하여 완전히 자기소거한다.

초기 자화 곡선

강자성 물질의 자화 과정은 자기장의 변화와 관련하여 가역적 및 비가역적으로 구분됩니다.외부 필드 교란을 제거한 후 재료의 자화가 원래 상태로 돌아가면 이 프로세스는 가역적이며 그렇지 않으면 되돌릴 수 없습니다.

구역 벽의 작은 변위에서 섹션 I 자화 곡선(Rayleigh 구역)의 작은 초기 세그먼트와 영역의 자화 벡터가 회전할 때 영역 II, III에서 가역적 변화가 관찰됩니다. 섹션 I의 주요 부분은 주로 강자성체의 히스테리시스 특성(자기장의 변화로 인한 자화 변화의 지연)을 결정하는 비가역적인 자화 역전 과정을 다룹니다.

주기적으로 변화하는 외부 자기장의 영향으로 강자성체의 자화 변화를 반영하는 곡선이라는 히스테리시스 루프.

자성 재료를 테스트할 때 자기장 매개변수 B(H) 또는 M(H)의 기능에 대해 히스테리시스 루프가 구성되며, 이는 고정된 방향의 투영에서 재료 내부에서 얻은 매개변수의 의미를 갖습니다. 재료가 이전에 완전히 자기화되지 않은 경우 자기장 강도가 0에서 Hs로 점진적으로 증가하면 초기 자기화 곡선(섹션 0-1)에서 많은 지점이 제공됩니다.

포인트 1 — 기술적 포화 포인트(Bs, Hs). 이후 재료 내부의 힘 H를 0으로 감소(섹션 1-2)하면 잔류 자화 Br의 한계(최대) 값을 결정할 수 있으며 음의 필드 강도를 추가로 감소시켜 완전한 감자를 달성할 수 있습니다. B = 0( 섹션 2-3) H = -HcV 지점에서 - 자화 중 최대 보자력.

또한, 재료는 H = — Hs에서 음의 방향으로 포화(섹션 3-4)로 자화됩니다. 전계 강도가 양의 방향으로 변경되면 4-5-6-1 곡선을 따라 제한 히스테리시스 루프가 닫힙니다.

히스테리시스 한계 주기 내의 많은 재료 상태는 부분 대칭 및 비대칭 히스테리시스 주기에 해당하는 자기장 강도를 변경하여 얻을 수 있습니다.

자기 히스테리시스: 1 - 초기 자화 곡선; 2 — 히스테리시스 제한 주기; 3 - 주 자화 곡선; 4 — 대칭 부분 주기; 5 — 비대칭 부분 루프

부분 대칭 히스테리시스 사이클은 한계 사이클과 일치할 때까지 이러한 사이클의 정점 집합으로 정의되는 주 자화 곡선에 정점을 둡니다.

시작점이 전계 강도의 대칭적 변화와 양 또는 음의 방향으로 전계 강도의 비대칭 변화가 있는 주 자화 곡선에 있지 않으면 부분 비대칭 히스테리시스 루프가 형성됩니다.

보자력의 값에 따라 강자성체는 연자성체와 경자성체로 나뉜다.

연 자성 재료는 자성 시스템에서 자기 코어로 사용됩니다. 이 재료는 보자력이 낮고, 투자율 및 포화 유도.

경자성체는 보자력이 크기 때문에 미리 자화된 상태에서 영구 자석 - 자기장의 1차 소스.

자기 특성에 따라 반 강자성체... 이웃 원자 스핀의 반 평행 배열은 에너지 적으로 더 유리한 것으로 밝혀졌습니다. 결정 격자 비대칭으로 인해 상당한 고유 자기 모멘트를 갖는 반 강자성체가 생성되었습니다.... 이러한 재료를 ferrimagnets (페라이트)... 금속 강자성 재료와 달리 페라이트는 반도체이며 에너지 손실이 현저히 낮습니다. 교류 자기장의 맴돌이 전류.

다양한 강자성 물질의 자화 곡선