Interested Article - Коэрцитивная сила

Предельная петля гистерезиса ферромагнетика или ферримагнетика . По оси абсцисс отложена напряженность внешнего магнитного поля , по оси ординат — индукция в материале. $\pm B_{sat}$ — индукция насыщения, $\pm B_{r}$ — остаточная намагниченность, $\pm H_{c}$ — 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 $H_{c}.$

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

Формальное определение

Семейство петель гистерезиса в координатах $H-B$ ( 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. $B_{R}$ обозначена *остаточная намагниченность* , $H_{C}$ — *коэрцитивное поле* .

Коэрцитивная сила — такое размагничивающее внешнее магнитное поле напряжённостью $H$ , которое необходимо приложить к ферромагнетику , предварительно намагниченному до насыщения, чтобы довести до нуля его намагниченность $M$ или индукцию магнитного поля $B$ внутри.

Соответственно, коэрцитивная сила $H_{C}$ может определяться из кривых $M(H)$ или из кривых $B(H)$ (обозначения: $H_{C}^{M}$ или $H_{C}^{B}$ ). Рисунок справа отвечает варианту $H_{C}=H_{C}^{B}$ .

Коэрцитивная сила $H_{C}^{M}$ всегда по модулю больше, чем $H_{C}^{B}$ . Действительно, при $H=H_{C}^{B}$ вследствие соотношения

B=\mu _{0}H+\mu _{0}M

(где $\mu _{0}$ — магнитная постоянная; записано в СИ ), имеем $M=-H_{C}^{B}>0$ , то есть намагниченность $M$ в этом состоянии положительна. Значит, чтобы её обнулить (для попадания в состояние $H=H_{C}^{M}$ ), необходимо подальше сместиться в область отрицательных $H$ , по сравнению с $H_{C}^{B}$ .

Магнитомягкие и магнитотвёрдые ферромагнетики

Коэрцитивная сила некоторых ферромагнитных материалов
Материал	Коэрцитивная сила (кА/м)
Супермаллой (16 Fe :79 Ni :5 Mo )	0,0002 ^:131,133
Пермаллой (Fe:4Ni)	0,0008—0,08
Железные опилки (чистота железа 0,9995 по массе)	0,004-37,4
Электротехническая сталь (11Fe: Si )	0,032—0,072
Низкоуглеродистая конструкционная сталь (1896)	0,16
Ni (чистота 0,99 по массе)	0,056—23
Магнитотвёрдый феррит ( Zn _x FeNi _1−x O ₃ )	1,2—16
Сплав 2Fe: Co	19
Кобальт (чистота 0,99 по массе)	0,8—72
Алнико	30—150
Металлическое покрытие поверхности магнитных дисков ( Cr : Co : Pt )	140
Неодимовый магнит ( Nd Fe B )	800—950
12Fe:13Pt (Fe ₄₈ Pt ₅₂ )	≥980
Сплав ( Dy , Nb , Ga ,Co:2Nd:14Fe:B)	2040—2090
(2 Sm :17Fe:3 N , при 10 K)	<40—2800
Самарий-кобальтовый магнит	3200

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 . 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 и фазовых превращений , а также для изучения дефектов кристаллической решётки , образующихся при тех или иных воздействиях на металл ( пластическая деформация , облучение и др.)

Примечания

Tumanski, S. Handbook of magnetic measurements. — Boca Raton, FL : CRC Press, 2011. — ISBN 9781439829523 .
M. A. Akhter-D. J. Mapps-Y. Q. Ma Tan-Amanda Petford-Long-R. Doole; Mapps; Ma Tan; Petford-Long; Doole (1997). "Thickness and grain-size dependence of the coercivity in permalloy thin films". Journal of Applied Physics . 81 (8): 4122. Bibcode : . doi : .
4 февраля 2008 года.
↑ (неопр.) . Hyperphysics.phy-astr.gsu.edu. Дата обращения: 22 ноября 2014. 22 августа 2014 года.
(неопр.) . Cartech.ides.com. Дата обращения: 22 ноября 2014. (недоступная ссылка)
Thompson, Silvanus Phillips. . — 1896. (неопр.) . Дата обращения: 15 сентября 2020. Архивировано 8 мая 2020 года.
M. S. Miller-F. E. Stageberg-Y. M. Chow-K. Rook-L. A. Heuer; Stageberg; Chow; Rook; 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. Bibcode : . doi : .
Zhenghong Qian; Geng Wang; Sivertsen, J.M.; Judy, J.H. (1997). "Ni Zn ferrite thin films prepared by Facing Target Sputtering". IEEE Transactions on Magnetics . 33 (5): 3748—3750. Bibcode : . doi : .
Orloff, Jon. . — 2017-12-19. — ISBN 9781420045550 . (неопр.) . Дата обращения: 15 сентября 2020. Архивировано 24 сентября 2020 года.
Luo, Hongmei; Wang, Donghai; He, Jibao; Lu, Yunfeng (2005). "Magnetic Cobalt Nanowire Thin Films". The Journal of Physical Chemistry B . 109 (5): 1919—22. doi : . PMID .
(неопр.) . Дата обращения: 15 сентября 2020. 30 октября 2020 года.
Yang, M.M.; Lambert, S.E.; Howard, J.K.; Hwang, C. (1991). "Laminated CoPt Cr /Cr films for low noise longitudinal recording". IEEE Transactions on Magnetics . 27 (6): 5052—5054. Bibcode : . doi : .
C. D. Fuerst-E. G. Brewer; Brewer (1993). "High‐remanence rapidly solidified Nd‐Fe‐B: Die‐upset magnets (invited)". Journal of Applied Physics . 73 (10): 5751. Bibcode : . doi : .
(неопр.) . Wondermagnet.com. Дата обращения: 22 ноября 2014. Архивировано из 11 февраля 2015 года.
Bai, G.; Gao, R.W.; Sun, Y.; Han, G.B.; Wang, B. (2007). "Study of high-coercivity sintered NdFeB magnets". Journal of Magnetism and Magnetic Materials . 308 (1): 20—23. Bibcode : . doi : .
Jiang, H.; Evans, J.; O'Shea, M.J.; Du, Jianhua (2001). . Journal of Magnetism and Magnetic Materials . 224 (3): 233—240. Bibcode : . doi : .
Nakamura, H.; Kurihara, K.; Tatsuki, T.; Sugimoto, S.; Okada, M.; Homma, M. (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 : .
(неопр.) . Cat.inist.fr. Дата обращения: 22 ноября 2014. 12 июня 2012 года.
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; Landgraf; Saito; Romero; Neiva; Missell; De Morais; Gama; Obrucheva; Jalnin (1998). "Chemical composition and coercivity of SmCo5 magnets". Journal of Applied Physics . 84 (1): 368. Bibcode : . doi : .
(неопр.) . — Материалы магнитные. Термины и определения. Дата обращения: 5 октября 2010. 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.
Chen, Min; Nikles, David E. (2002). "Synthesis, self-assembly, and magnetic properties of Fe _x Co _y Pt _100-x-y nanoparticles". . 2 (3): 211—214. Bibcode : . doi : .

[Tumanski-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; Mapps; Ma Tan; Petford-Long; Doole (1997). "Thickness and grain-size dependence of the coercivity in permalloy thin films". Journal of Applied Physics . 81 (8): 4122. Bibcode : . doi : .

[mysite.du.edu-3] 4 февраля 2008 года.

[Magnetic_Properties_of_Solids-4] (неопр.) . Hyperphysics.phy-astr.gsu.edu. Дата обращения: 22 ноября 2014. 22 августа 2014 года.

[5] (неопр.) . Cartech.ides.com. Дата обращения: 22 ноября 2014. (недоступная ссылка)

[6] Thompson, Silvanus Phillips. . — 1896. (неопр.) . Дата обращения: 15 сентября 2020. Архивировано 8 мая 2020 года.

[7] M. S. Miller-F. E. Stageberg-Y. M. Chow-K. Rook-L. A. Heuer; Stageberg; Chow; Rook; 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. Bibcode : . doi : .

[8] Zhenghong Qian; Geng Wang; Sivertsen, J.M.; Judy, J.H. (1997). "Ni Zn ferrite thin films prepared by Facing Target Sputtering". IEEE Transactions on Magnetics . 33 (5): 3748—3750. Bibcode : . doi : .

[9] Orloff, Jon. . — 2017-12-19. — ISBN 9781420045550 . (неопр.) . Дата обращения: 15 сентября 2020. Архивировано 24 сентября 2020 года.

[Pubs-10] Luo, Hongmei; Wang, Donghai; He, Jibao; Lu, Yunfeng (2005). "Magnetic Cobalt Nanowire Thin Films". The Journal of Physical Chemistry B . 109 (5): 1919—22. doi : . PMID .

[11] (неопр.) . Дата обращения: 15 сентября 2020. 30 октября 2020 года.

[12] Yang, M.M.; Lambert, S.E.; Howard, J.K.; Hwang, C. (1991). "Laminated CoPt Cr /Cr films for low noise longitudinal recording". IEEE Transactions on Magnetics . 27 (6): 5052—5054. Bibcode : . doi : .

[13] C. D. Fuerst-E. G. Brewer; Brewer (1993). "High‐remanence rapidly solidified Nd‐Fe‐B: Die‐upset magnets (invited)". Journal of Applied Physics . 73 (10): 5751. Bibcode : . doi : .

[14] (неопр.) . Wondermagnet.com. Дата обращения: 22 ноября 2014. Архивировано из 11 февраля 2015 года.

[16] Bai, G.; Gao, R.W.; Sun, Y.; Han, G.B.; Wang, B. (2007). "Study of high-coercivity sintered NdFeB magnets". Journal of Magnetism and Magnetic Materials . 308 (1): 20—23. Bibcode : . doi : .

[17] Jiang, H.; Evans, J.; O'Shea, M.J.; Du, Jianhua (2001). . Journal of Magnetism and Magnetic Materials . 224 (3): 233—240. Bibcode : . doi : .

[18] Nakamura, H.; Kurihara, K.; Tatsuki, T.; Sugimoto, S.; Okada, M.; Homma, M. (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 : .

[19] (неопр.) . Cat.inist.fr. Дата обращения: 22 ноября 2014. 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; Landgraf; Saito; Romero; Neiva; Missell; De Morais; Gama; Obrucheva; Jalnin (1998). "Chemical composition and coercivity of SmCo5 magnets". Journal of Applied Physics . 84 (1): 368. Bibcode : . doi : .

[gost-21] (неопр.) . — Материалы магнитные. Термины и определения. Дата обращения: 5 октября 2010. 17 июня 2012 года.