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.  — индукция насыщения, — остаточная намагниченность,  — 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

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

Магнитомягкие и магнитотвёрдые ферромагнетикиПравить

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, бариевыеи 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.

Формальное определениеПравить

 
Семейство петель гистерезиса в координатах   (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.   обозначена остаточная намагниченность,   — коэрцитивное поле.

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

Соответственно рассматривают коэрцитивную силу  , полученную по циклу  , или по циклу  [прояснить]. Обозначается соответственно   и  .

Коэрцитивная сила   всегда больше  . Этот факт объясняется тем, что в правой полуплоскости графика гистерезиса значение   больше, чем  , на величину  :

 

В левой полуплоскости, наоборот,   меньше, чем  , на величину  . Соответственно, в первом случае кривые   будут располагаться выше кривых  , а во втором — ниже[прояснить]. Это делает цикл гистерезиса   уже цикла  .

ПрименениеПравить

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

ПримечанияПравить

  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.
  3. [1] Архивировано 4 февраля 2008 года.
  4. 1 2 3 Magnetic Properties of Solids. Hyperphysics.phy-astr.gsu.edu. Дата обращения 22 ноября 2014.
  5. timeout. 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.
  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. http://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. Wondermagnet.com. Дата обращения 22 ноября 2014.
  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. 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.
  21. ГОСТ 19693-74. — Материалы магнитные. Термины и определения. Дата обращения 5 октября 2010. Архивировано 17 июня 2012 года.

См. такжеПравить

ЛитератураПравить

  • Лившиц Б. Г., Крапошин В. С, Линецкий Я. Л. Физические свойства металлов и сплавов. — 2-е. — М.: Металлургия, 1980. — С. 86—89. — 318 с.