Коэрцитивная сила

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

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.

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 (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 (Zn_xFeNi_1−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

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:1997JAP....81.4122A. DOI:10.1063/1.365100.
Архивировано 4 февраля 2008 года.
Magnetic Properties of Solids (неопр.). Hyperphysics.phy-astr.gsu.edu. Дата обращения: 22 ноября 2014.
timeout (неопр.). Cartech.ides.com. Дата обращения: 22 ноября 2014. (недоступная ссылка)
Thompson, Silvanus Phillips. Dynamo-electric machinery. — 1896.
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:1994JAP....75.5779M. DOI:10.1063/1.355560.
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:1997ITM....33.3748Q. DOI:10.1109/20.619559.
Orloff, Jon. Handbook of Charged Particle Optics, Second Edition. — 2017-12-19. — ISBN 9781420045550.
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:10.1021/jp045554t. PMID 16851175.
http://www.arnoldmagnetics.com/wp-content/uploads/2017/10/Cast-Alnico-Permanent-Magnet-Brochure-101117-1.pdf
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:1991ITM....27.5052Y. DOI:10.1109/20.278737.
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:1993JAP....73.5751F. DOI:10.1063/1.353563.
WONDERMAGNET.COM - NdFeB Magnets, Magnet Wire, Books, Weird Science, Needful Things (неопр.) (недоступная ссылка). Wondermagnet.com. Дата обращения: 22 ноября 2014. Архивировано 11 февраля 2015 года.
Chen & Nikles, 2002
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:2007JMMM..308...20B. DOI:10.1016/j.jmmm.2006.04.029.
Jiang, H.; Evans, J.; O'Shea, M.J.; Du, Jianhua (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. Bibcode:2001JMMM..224..233J. DOI:10.1016/S0304-8853(01)00017-8.
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:10.1109/TJMJ.1992.4565502.
High coercivity Sm2Fe17Nx and related phases in sputtered film samples (неопр.). Cat.inist.fr. Дата обращения: 22 ноября 2014.
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:1998JAP....84..368D. DOI:10.1063/1.368075.
ГОСТ 19693-74 (неопр.). — 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.
Chen, Min; Nikles, David E. (2002). “Synthesis, self-assembly, and magnetic properties of Fe_xCo_yPt_100-x-y nanoparticles”. Nano Letters. 2 (3): 211—214. Bibcode:2002NanoL...2..211C. DOI:10.1021/nl015649w.

This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.

[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:1997JAP....81.4122A. DOI:10.1063/1.365100.

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

[Magnetic_Properties_of_Solids-4] Magnetic Properties of Solids (неопр.). Hyperphysics.phy-astr.gsu.edu. Дата обращения: 22 ноября 2014.

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

[6] Thompson, Silvanus Phillips. Dynamo-electric machinery. — 1896.

[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:1994JAP....75.5779M. DOI:10.1063/1.355560.

[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:1997ITM....33.3748Q. DOI:10.1109/20.619559.

[9] Orloff, Jon. Handbook of Charged Particle Optics, Second Edition. — 2017-12-19. — ISBN 9781420045550.

[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:10.1021/jp045554t. PMID 16851175.

[11] ttp://www.arnoldmagnetics.com/wp-content/uploads/2017/10/Cast-Alnico-Permanent-Magnet-Brochure-101117-1.pdf

[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:1991ITM....27.5052Y. DOI:10.1109/20.278737.

[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:1993JAP....73.5751F. DOI:10.1063/1.353563.

[14] WONDERMAGNET.COM - NdFeB Magnets, Magnet Wire, Books, Weird Science, Needful Things (неопр.) (недоступная ссылка). Wondermagnet.com. Дата обращения: 22 ноября 2014. Архивировано 11 февраля 2015 года.

[15] Chen & Nikles, 2002

[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:2007JMMM..308...20B. DOI:10.1016/j.jmmm.2006.04.029.

[17] Jiang, H.; Evans, J.; O'Shea, M.J.; Du, Jianhua (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. Bibcode:2001JMMM..224..233J. DOI:10.1016/S0304-8853(01)00017-8.

[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:10.1109/TJMJ.1992.4565502.

[19] High coercivity Sm2Fe17Nx and related phases in sputtered film samples (неопр.). Cat.inist.fr. Дата обращения: 22 ноября 2014.

[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:1998JAP....84..368D. DOI:10.1063/1.368075.

[gost-21] ГОСТ 19693-74 (неопр.). — Материалы магнитные. Термины и определения. Дата обращения: 5 октября 2010. Архивировано 17 июня 2012 года.