Коэрцитивная сила

Эта статья находится на начальном уровне проработки, в одной из её версий выборочно используется текст из источника, распространяемого под свободной лицензией
Материал из энциклопедии Руниверсалис
У этого термина существуют и другие значения, см. Сила (значения).
Предельная петля гистерезиса ферромагнетика или ферримагнетика. По оси абсцисс отложена напряженность внешнего магнитного поля, по оси ординат — индукция в материале. [math]\displaystyle{ \pm B_{sat} }[/math] — индукция насыщения, [math]\displaystyle{ \pm B_{r} }[/math] — остаточная намагниченность, [math]\displaystyle{ \pm H_{c} }[/math] — коэрцитивная сила.

Коэрцити́вная си́ла (от лат. coercitio «удерживание») — это значение напряжённости внешнего магнитного поля, необходимое для полного размагничивания ферро- или ферримагнитного вещества.

Единица измерения коэрцитивной силы совпадает с единицей напряжённости магнитного поля и в Международной системе единиц (СИ) — ампер/метр, в СГС — эрстед. Обычно обозначается [math]\displaystyle{ H_{c}. }[/math]

Чем большей коэрцитивной силой обладает постоянный магнит, тем он устойчивее к размагничивающим факторам.

Формальное определение

Семейство петель гистерезиса в координатах [math]\displaystyle{ H-B }[/math] (Напряженность магнитного поля-Магнитная индукция) для (анизотропной? текстурированной) (англ. grain-oriented) электротехнической стали при синусоидальном изменении полей со временем с амплитудами от 0,3 Tл до 1,7 Tл. [math]\displaystyle{ B_R }[/math] обозначена остаточная намагниченность, [math]\displaystyle{ H_C }[/math] — коэрцитивное поле.

Коэрцитивная сила — такое размагничивающее внешнее магнитное поле напряжённостью [math]\displaystyle{ H }[/math], которое необходимо приложить к ферромагнетику, предварительно намагниченному до насыщения, чтобы довести до нуля его намагниченность [math]\displaystyle{ M }[/math] или индукцию магнитного поля [math]\displaystyle{ B }[/math] внутри.

Соответственно, коэрцитивная сила [math]\displaystyle{ H_{C} }[/math] может определяться из кривых [math]\displaystyle{ M(H) }[/math] или из кривых [math]\displaystyle{ B(H) }[/math] (обозначения: [math]\displaystyle{ H^M_{C} }[/math] или [math]\displaystyle{ H^B_{C} }[/math]). Рисунок справа отвечает варианту [math]\displaystyle{ H_C = H^B_{C} }[/math].

Коэрцитивная сила [math]\displaystyle{ H^M_{C} }[/math] всегда по модулю больше, чем [math]\displaystyle{ H^B_{C} }[/math]. Действительно, при [math]\displaystyle{ H = H^B_{C} }[/math] вследствие соотношения

[math]\displaystyle{ B = \mu_0H + \mu_0M }[/math]

(где [math]\displaystyle{ \mu_0 }[/math] — магнитная постоянная; записано в СИ), имеем [math]\displaystyle{ M = -H_C^B \gt 0 }[/math], то есть намагниченность [math]\displaystyle{ M }[/math] в этом состоянии положительна. Значит, чтобы её обнулить (для попадания в состояние [math]\displaystyle{ H = H_C^M }[/math]), необходимо подальше сместиться в область отрицательных [math]\displaystyle{ H }[/math], по сравнению с [math]\displaystyle{ H_C^B }[/math].

Магнитомягкие и магнитотвёрдые ферромагнетики

Коэрцитивная сила некоторых ферромагнитных материалов
Материал Коэрцитивная
сила (кА/м)
Супермаллой
(16Fe:79Ni:5Mo) 		0,0002[1]:131,133
Пермаллой (Fe:4Ni) 0,0008—0,08[2]
Железные опилки
(чистота железа
0,9995 по массе) 		0,004-37,4[3][4]
Электротехническая сталь
(11Fe:Si) 		0,032—0,072[5]
Низкоуглеродистая
конструкционная сталь (1896) 		0,16[6]
Ni (чистота 0,99 по массе) 0,056—23[4][7]
Магнитотвёрдый феррит
(ZnxFeNi1−xO3) 		1,2—16[8]
Сплав 2Fe:Co[9] 19[4]
Кобальт (чистота 0,99 по массе) 0,8—72[10]
Алнико 30—150[11]
Металлическое покрытие
поверхности магнитных
дисков (Cr:Co:Pt) 		140[12]
Неодимовый магнит
(NdFeB) 		800—950[13][14]
12Fe:13Pt (Fe48Pt52) ≥980[15]
Сплав (Dy,Nb,Ga,Co:2Nd:14Fe:B) 2040—2090[16][17]
Самарий-кобальтовый магнит
(2Sm:17Fe:3N, при 10 K) 		<40—2800[18][19]
Самарий-кобальтовый магнит 3200[20]

По величине коэрцитивной силы магнитные материалы условно разделяются на:

  • Магнитомягкие материалы — материалы с низкой коэрцитивной силой, которые намагничиваются до насыщения и перемагничиваются в относительно слабых магнитных полях напряжённостью до 4 кА/м[21]. После перемагничивания внешне они не проявляют магнитных свойств, так как состоят из хаотически ориентированных намагниченных до насыщения областей. Примером могут служить различные стали.
  • Магнитотвердые материалы — материалы с высокой коэрцитивной силой, которые намагничиваются до насыщения и перемагничиваются в сравнительно сильных магнитных полях напряжённостью в тысячи и десятки тысяч ампер на метр. После намагничивания магнитно-твердые материалы остаются постоянными магнитами из-за высоких значений коэрцитивной силы и магнитной индукции. Примерами являются редкоземельные магниты NdFeB и SmCo, бариевые и стронциевые магнитотвердые ферриты.

Значения коэрцитивной силы некоторых ферромагнитных материалов приведены в таблице. Коэрцитивная сила сильно зависит от текстурованности материала, режима его термообработки, направления намагничивающего поля для текстурованных и анизотропных материалов, поэтому в таблице для некоторых материалов приведены диапазоны изменения коэрцитивной силы.

Применение

Коэрцитивная сила — сильно структурно-чувствительная характеристика, и она часто используется для анализа структурных и фазовых превращений, а также для изучения дефектов кристаллической решётки, образующихся при тех или иных воздействиях на металл (пластическая деформация, облучение и др.)

Примечания

  1. ↑ Tumanski, S. Handbook of magnetic measurements. — Boca Raton, FL : CRC Press, 2011. — ISBN 9781439829523.
  2. ↑ M. A. Akhter-D. J. Mapps-Y. Q. Ma Tan-Amanda Petford-Long-R. Doole (1997). «Thickness and grain-size dependence of the coercivity in permalloy thin films». Journal of Applied Physics 81 (8): 4122. doi:10.1063/1.365100. Bibcode: 1997JAP....81.4122A.
  3. ↑ [1] Архивировано 4 февраля 2008 года.
  4. ↑ 4,0 4,1 4,2 Magnetic Properties of Solids. Hyperphysics.phy-astr.gsu.edu. Дата обращения: 22 ноября 2014. Архивировано 22 августа 2014 года.
  5. ↑ timeout. Cartech.ides.com. Дата обращения: 22 ноября 2014. (недоступная ссылка)
  6. ↑ Thompson, Silvanus Phillips. Dynamo-electric machinery. — 1896. Архивная копия от 8 мая 2020 на Wayback Machine
  7. ↑ M. S. Miller-F. E. Stageberg-Y. M. Chow-K. Rook-L. A. Heuer (1994). «Influence of rf magnetron sputtering conditions on the magnetic, crystalline, and electrical properties of thin nickel films». Journal of Applied Physics 75 (10): 5779. doi:10.1063/1.355560. Bibcode: 1994JAP....75.5779M.
  8. ↑ (1997) «Ni Zn ferrite thin films prepared by Facing Target Sputtering». IEEE Transactions on Magnetics 33 (5): 3748–3750. doi:10.1109/20.619559. Bibcode: 1997ITM....33.3748Q.
  9. ↑ Orloff, Jon. Handbook of Charged Particle Optics, Second Edition. — 2017-12-19. — ISBN 9781420045550. Архивная копия от 24 сентября 2020 на Wayback Machine
  10. ↑ (2005) «Magnetic Cobalt Nanowire Thin Films». The Journal of Physical Chemistry B 109 (5): 1919–22. doi:10.1021/jp045554t. PMID 16851175.
  11. ↑ Архивированная копия. Дата обращения: 15 сентября 2020. Архивировано 30 октября 2020 года.
  12. ↑ (1991) «Laminated CoPt Cr/Cr films for low noise longitudinal recording». IEEE Transactions on Magnetics 27 (6): 5052–5054. doi:10.1109/20.278737. Bibcode: 1991ITM....27.5052Y.
  13. ↑ C. D. Fuerst-E. G. Brewer (1993). «High‐remanence rapidly solidified Nd‐Fe‐B: Die‐upset magnets (invited)». Journal of Applied Physics 73 (10): 5751. doi:10.1063/1.353563. Bibcode: 1993JAP....73.5751F.
  14. ↑ WONDERMAGNET.COM - NdFeB Magnets, Magnet Wire, Books, Weird Science, Needful Things (недоступная ссылка). Wondermagnet.com. Дата обращения: 22 ноября 2014. Архивировано 11 февраля 2015 года.
  15. ↑ Chen & Nikles, 2002
  16. ↑ (2007) «Study of high-coercivity sintered NdFeB magnets». Journal of Magnetism and Magnetic Materials 308 (1): 20–23. doi:10.1016/j.jmmm.2006.04.029. Bibcode: 2007JMMM..308...20B.
  17. ↑ (2001) «Hard magnetic properties of rapidly annealed NdFeB thin films on Nb and V buffer layers». Journal of Magnetism and Magnetic Materials 224 (3): 233–240. doi:10.1016/S0304-8853(01)00017-8. Bibcode: 2001JMMM..224..233J.
  18. ↑ (1992) «Phase Changes and Magnetic Properties of Sm2Fe17Nx Alloys Heat-Treated in Hydrogen». IEEE Translation Journal on Magnetics in Japan 7 (10): 798–804. doi:10.1109/TJMJ.1992.4565502.
  19. ↑ High coercivity Sm2Fe17Nx and related phases in sputtered film samples. Cat.inist.fr. Дата обращения: 22 ноября 2014. Архивировано 12 июня 2012 года.
  20. ↑ M. F. de Campos-F. J. G. Landgraf-N. H. Saito-S. A. Romero-A. C. Neiva-F. P. Missell-E. de Morais-S. Gama-E. V. Obrucheva-B. V. Jalnin (1998). «Chemical composition and coercivity of SmCo5 magnets». Journal of Applied Physics 84 (1): 368. doi:10.1063/1.368075. Bibcode: 1998JAP....84..368D.
  21. ↑ ГОСТ 19693-74. — Материалы магнитные. Термины и определения. Дата обращения: 5 октября 2010. Архивировано 17 июня 2012 года.

См. также

Литература

  • Лившиц Б. Г., Крапошин В. С, Линецкий Я. Л. Физические свойства металлов и сплавов. — 2-е. — М.: Металлургия, 1980. — С. 86—89. — 318 с.
  • (2002) «Synthesis, self-assembly, and magnetic properties of FexCoyPt100-x-y nanoparticles». Nano Letters 2 (3): 211–214. doi:10.1021/nl015649w. Bibcode: 2002NanoL...2..211C.
Источник — https://xn--h1ajim.xn--p1ai/index.php?title=Коэрцитивная_сила&oldid=11444518