Гистерезис магнитный. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Гистерезис магнитный - неоднозначная (необратимая) зависимость намагниченности M магнитоупорядоченного вещества (магнетика, напр. ферро или ферримагнетика) от внеш. магн. поля H при его циклич. изменении (увеличении и уменьшении). Общей причиной существования Г. м. является наличие в определ. интервале изменения Н среди состояний магнетика, отвечающих минимуму термодинамического потенциала, метастабильных состояний (наряду со стабильными) и необратимых переходов между ними. Г. м. можно также рассматривать как проявление магн. ориентационных фазовых переходов первого рода, для к-рых прямой и обратный переходы между фазами в зависимости от H происходят, в силу указанной метастабильности состояний, при разл. значениях H.

Петли гистерезиса: 1 - максимальная, 2 - частного цикла, а - кривая намагничивания, b и с-кривые перемагничивания. M_R - остаточная намагниченность, H_C - коэрцитивная сила, M_S - намагниченность насыщения.

На рис. схематически показана типичная зависимость M от H в ферромагнетике; из состояния М=0 при H=0 с увеличением H значение M растёт по кривой а (осн. кривой намагничивания) и в достаточно сильном поле H

Н_т становится практически постоянной и равной намагниченности насыщения M_s. При уменьшении Н от значения Н_т обратный ход изменения M(H)уже не будет описываться кривой а и намагниченность при H=0 не вернётся к значению М=O. Это изменение описывается кривой b (кривой размагничивания), и при H=0 намагниченность принимает значение М=М_R (т. н. намагниченность остаточная ).Как видно из рис., для полного размагничивания вещества (М=0) необходимо приложить обратное поле Н=-Н_с, наз. коэрцитивной силой. Далее, когда поле достигает значения Н=-Н_m, образец намагничивается до насыщения (M=-M_s)в обратном направлении. При дальнейшем изменении Н от - Н_т до +H_m намагниченность изменяется вдоль кривой с. Ветви b и с, получающиеся при циклич. изменении H от +H_m до - H_m и обратно, вместе образуют замкнутую кривую, наз. максимальной (или предельной) петлёй гистерезиса (ПГ). При этом b наз. нисходящей, а с - восходящей ветвями ПГ. При циклич. намагничивании в полях -H₁

H₁, где H₁<H_m, зависимость M(H)будет описываться замкнутой кривой (частной ПГ), целиком лежащей внутри макс. ПГ (кривые 2 на рис.). С увеличением H₁частные ПГ расширяются и при H₁H_т достигают макс. ПГ. Частная ПГ оказывается несимметричной, если макс. поля H₁, прикладываемые в прямом и обратном направлениях, неодинаковы. Описанные ПГ характерны для достаточно медленных процессов перемагничивания, при к-рых сохраняется квазиравновесная связь между M и H для соответствующих метастабильных состояний, и наз. квазистатическими (или просто статическими). Отставание M от H при намагничивании и размагничивании приводит к тому, что энергия, приобретаемая ферромагнетиком при намагничивании, не полностью отдаётся при раз. магничивании. Теряемая за один полный цикл энергия равна интегралу

, определяющему площадь

ПГ. В конечном итоге она превращается в теплоту, идущую на нагревание образца. Эти потери магнитные, определяемые статич. ПГ, наз. гистерезисными.

При динамич. перемагничивании образца переменным магн. полем

гистерезисные потери в общем случае составляют лишь часть полных магн. потерь. При этом зависимость М

описывается динамической ПГ, не совпадающей со статической. Для петель одинаковой высоты (с одинаковым макс. M)динамич. ПГ обычно шире статической. Последнее обусловлено тем, что к квазиравновесным гистерезисным потерям добавляются динамич. потери, к-рые могут быть связаны с магнитной вязкостью, вихревыми токами (в проводниках) и др. явлениями.

Форма ПГ и наиболее важные характеристики Г. м. (потери, Н_с, M_R и др.) существенно зависят от хим. состава вещества, его структурного состояния и темпры, от характера и распределения дефектов в образце, а следовательно, и от деталей технологии его приготовления и последующих физ. обработок (тепловой, механической, термомагнитной и др.). T. о., варьируя обработку, можно существенно менять гистерезисные характеристики и вместе с ними свойства магн. материалов. Диапазон изменения этих характеристик весьма широк. Так, Н_с может принимать значения от 10^-3Э для магнитно-мягких материалов до 10⁴ Э для магнитно-твердых материалов.

Явления Г. м. наблюдаются не только при изменении поля H по величине и знаку, но также и при его вращении (гистерезис магн. вращения), что соответствует отставанию (задержке) в изменении направления M с изменением направления Н. Гистерезис магн. вращения возникает также цри вращении образца относительно фиксированного направления H,

Теория явлений Г. м. учитывает конкретную магнитную доменную структуру образца и её изменения в ходе намагничивания и перемагничивания. Эти изменения обусловлены смещением доменных границ и ростом одних доменов за счёт других, а также вращением вектора намагниченности в доменах под действием внеш. магн. поля. Всё, что задерживает эти процессы и способствует попаданию магнетиков в метастабильные состояния, может служить причиной Г. м.

В однодоменных ферромагнитных частицах (в частицах малых размеров, в к-рых образование доменов энергетически невыгодно) могут идти только процессы вращения М. Этим процессам препятствует магнитная анизотропия разл. происхождения (анизотропия самого кристалла, анизотропия формы частиц, анизотропия упругих напряжений и др.). Благодаря анизотропии, M как бы удерживается нек-рым внутр. полем Н_А (эфф. полем магн. анизотропии) вдоль одной из осей легкого намагничивания, соответствующей минимуму энергии. Г. м. возникает из-за того, что два направления M (по и против) этой оси в магнитоодноосном образце или несколько эквивалентных (по энергии) направлений M в магнитомногоосном образце соответствуют состояниям, отделённым друг от друга потенциальным барьером (пропорциональным Н_А). При перемагничивании однодоменных частиц вектор M рядом последовательных необратимых скачков поворачивается в направлении Н. Такие повороты могут происходить как однородно, так и неоднородно по объёму. При однородном вращении M коэрцитивная сила H_С

H_А. Более универсальным является механизм неоднородного вращения M. Однако наиб. влияние на H_с он оказывает в случае, когда осн. роль играет анизотропия формы частиц. При этом H_с может быть существенно меньше эфф. поля анизотропии формы.

В многодоменных образцах, где перемагничивание обусловлено в первую очередь смещением доменных границ, одной из гл. причин Г. м. может служить задержка смещения границ на дефектах (немагнитные включения, межзёренные границы и др.) и их последующие необратимые скачки. В ряде случаев, напр. в ферромагнетиках с достаточно большими Н_А, Г. м. может определяться задержкой образования и роста зародышей перемагничивания, из к-рых развивается доменная структура. Зародыши возникают путём неоднородного вращения М, напр. в участках с локально пониженной (за счёт дефектов) анизотропией. В полях Н=-H_n, наз. полями зарождения, энергетич. барьер, связанный с локальным полем Н_А, исчезает и происходит образование зародыша, к-рый затем или растёт, или затормаживается на дефектах. Зародышами могут являться также остатки доменной структуры, локализованные на дефектах образца и неуничтоженные в процессе его намагничивания. Рост зародыша начинается при достижении поля старта H=-H_S. При

энергия, идущая на создание граничного слоя зародыша, перекрывается выигрышем энергии в объёме образца. Если

, то Г. м. связан с задержкой образования, а при

- с задержкой роста зародыша. В обоих случаях при перемагничивании образца вдоль оси лёгкого намагничивания возникают прямоуг. ПГ.

С Г м. связано гистерезисное поведение при циклич. изменении H целого ряда др. физ. свойств, так или иначе зависящих от состояния магнетика, от распределения намагниченности (или др. параметра магн. порядка) в образце, напр. гистерезис магнитострикции, гистерезис гальваномагнитных явлений и магнитооптич. явлений (см. Магнитооптика)и т. д. Кроме того, т. к. намагниченность неоднозначно изменяется (из-за метастабильных состояний) также в зависимости от др. внеш. воздействий (температуры, упругих напряжений и др.), то имеет место гистерезис как самой намагниченности, так и зависящих от неё свойств при циклич. изменении указанных воздействий. Простейшими примерами являются температурный Г. м. (неоднозначная температурная зависимость M при циклич. нагревании и охлаждении магнетика) и магнитоупругий гистерезис (неоднозначное изменение M при циклич. наложении и снятии внеш. одностороннего напряжения).

Литература по магнитному гистерезису

Знаете ли Вы, в чем ложность понятия "физический вакуум"?

Физический вакуум - понятие релятивистской квантовой физики, под ним там понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. Физическим вакуумом релятивистские теоретики называют полностью лишённое вещества пространство, заполненное неизмеряемым, а значит, лишь воображаемым полем. Такое состояние по мнению релятивистов не является абсолютной пустотой, но пространством, заполненным некими фантомными (виртуальными) частицами. Релятивистская квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные, то есть кажущиеся (кому кажущиеся?), частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. Виртуальные частицы физического вакуума, а следовательно, он сам, по определению не имеют системы отсчета, так как в противном случае нарушался бы принцип относительности Эйнштейна, на котором основывается теория относительности (то есть стала бы возможной абсолютная система измерения с отсчетом от частиц физического вакуума, что в свою очередь однозначно опровергло бы принцип относительности, на котором постороена СТО). Таким образом, физический вакуум и его частицы не есть элементы физического мира, но лишь элементы теории относительности, которые существуют не в реальном мире, но лишь в релятивистских формулах, нарушая при этом принцип причинности (возникают и исчезают беспричинно), принцип объективности (виртуальные частицы можно считать в зависимсоти от желания теоретика либо существующими, либо не существующими), принцип фактической измеримости (не наблюдаемы, не имеют своей ИСО).

Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.

Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре, уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.

Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.

Однако такая постановка является внутренне противоречивой (виртуальные частицы ненаблюдаемы и их по произволу можно считать в одном случае отсутствующими, а в другом - присутствующими) и противоречащей релятивизму (то есть отрицанию эфира, так как при наличии таких частиц в вакууме релятивизм уже просто невозможен). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.