Grafika interaktywna

Właściwości ferromagnetyków

Skąd się bierze w ferromagnetykach pamiętanie poprzedniego stanu i opóźnianie reakcji substancji ferromagnetycznej na zmianę pola magnesującego BIndeks dolny 0? Domyślasz się zapewne, tym bardziej, że były wypowiedziane już pewne sugestie, że wszystko zależy od zachowania się momentów magnetycznych wewnątrz domen.

Zostało to przedstawione w formie grafiki interaktywnej.

Polecenie 1

Klikając w kolejne czerwone punkty na wykresie histerezy magnetycznej możesz podejrzeć symboliczny wektor indukcji magnetycznej zewnętrznego pola BIndeks dolny 0, który będzie zmieniał swoją długość i kierunek. Początkowy wygląd domen w krysztale z zaznaczonymi wektorami momentów magnetycznych zobaczysz po kliknięciu w pierwszy punkt wykresu o współrzędnych (0,0). Spróbuj samodzielnie narysować na kartce wygląd domen w kolejnych punktach.

R7jBAIR8oz4xt
Korzystając z pętli histerezy opisanej w Rys. 4 w sekcji Przeczytaj, odpowiedz na pytania: 1. Ferromagnetyk umieszczony jest w zewnętrznym polu magnetycznym. a. Czy można jednoznacznie określić wartość indukcji magnetycznej wewnątrz ferromagnetyka? b. Od czego zależy ta wartość? 2. Gdy zwiększamy wartość zewnętrznego pola magnetycznego, namagnesowanie ferromagnetyka, czyli pole magnetyczne wytwarzane przez ferromagnetyk, osiąga stan nasycenia. Wyjaśnij, dlaczego nie można już bardziej zwiększyć namagnesowania. Odpowiedź: 1. a. nie 1. b. wartość indukcji magnetycznej wewnątrz ferromagnetyka zależy od poprzednich wartości zewnętrznego pola magnetycznego. Gdy indukcja zewnętrznego pola była wcześniej mniejsza i wzrosła, pole wewnątrz ferromagnetyka jest słabsze niż w przypadku, gdy indukcja zewnętrznego pola była wcześniej większa i zmalała. 2. Namagnesowanie osiąga stan nasycenia, gdy momenty magnetyczne wszystkich domen ferromagnetyka ustawione są zgodnie z kierunkiem wektora indukcji zewnętrznego pola magnetycznego. Pole magnetyczne wytwarzane przez ferromagnetyk jest wtedy maksymalne.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

1. 1 B0=0

2. 2 B0

3. 3 B0

4. 4 B0

5. 5 B0

6. 6 B0=0

7. 7 B0

8. 8 B0

9. 9 B0=0

10. 10 Jaki opis odpowiada temu punktowi?

Polecenie 2

Poniżej ta sama krzywa histerezy, ale pod kolejnymi punktami ukryte są rysunki domen. Sprawdź swoje przewidywania - porównaj wykonane rysunki z wyglądem domen ukrytych w kolejnych punktach wykresu.

RDfJdvJ5xW7ZU
Ćwiczenie alternatywne dla całej sekcji Grafika interaktywna powyżej w Poleceniu 1.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

1. 1 Sumaryczny moment magnetyczny domen równy jest zeru – taki kryształ nie wytwarza pola magnetycznego.
B0=0

2. 2 Granice domen nieco przesunęły się. Powiększyła się ta domena, której moment magnetyczny jest ustawiony w podobnym kierunku co wektor indukcji pola zewnętrznego B0.

3. 3 Granice domen znacznie przesunęły się. Rozrosła się ta domena, której moment magnetyczny jest ustawiony w podobnym kierunku co wektor indukcji pola zewnętrznego B0. Ten proces (jak dotąd) jest odwracalny. Zmniejszając indukcję B0 można przejść przez punkt „2” do początku układu współrzędnych.

4. 4 Domena, której moment magnetyczny jest ustawiony w podobnym kierunku co wektor indukcji pola zewnętrznego B0 rozrosła się do maksymalnych rozmiarów. Ten proces już nie jest odwracalny. Defekty sieci krystalicznej utrudniają powrót ścianek domenowych do pozycji pierwotnej.

5. 5 Wszystkie atomowe momenty magnetyczne w krysztale ustawione są w tym samym kierunku co pole magnetyczne B0. Następuje wobec tego maksymalne wzmocnienie tego pola. Mamy do czynienia ze stanem nasyconym. Zwiększenie wartości B0 nie spowoduje większego namagnesowania.

6. 6 Domeny „chcą” ustawić się jak w stanie początkowym (punkt 0,0), ale zostały w pewnym sensie zaklinowane przez defekty sieci krystalicznej. Mamy w tej sytuacji niezerowy, dość znaczny moment magnetyczny i związane z nim pole magnetyczne wewnątrz substancji tzw. pozostałość magnetyczną.

7. 7 Domeny wróciły do swojego pierwotnego stanu. Wypadkowy moment magnetyczny jest równy zeru, wytwarzane pole magnetyczne również. Aby uzyskać taki stan konieczne było zastosowanie przeciwnego pola B0.

8. 8 Próbka została całkowicie przemagnesowana.

9. 9 Sytuacja analogiczna do punktu „6”. Mamy do czynienia z pozostałością magnetyczną, ale moment wypadkowy dla kryształu i pole magnetyczne przez niego wytworzone mają kierunek przeciwny niż w „6”.

10. 10 Czy takie było Twoje rozwiązanie?
B0

R11Vg9VmzT7Bp
Rysunek przedstawia wykres funkcji. Na poziomej osi odłożona jest indukcja zewnętrznego pola magnetycznego, opisana wielką literą B indeks dolny zero z jednostką militesla. Zakres wartości poziomej osi zawiera się między minus 0,7 militesli i plus 0,7 militesli. Na pionowej osi odłożona jest indukcja pola magnetycznego wewnątrz ferromagnetyka, opisana wielką literą B z jednostką militesla. Zakres wartości poziomej osi zawiera się między minus 2000 militesli i plus 2000 militesli. Wykres funkcji zaczyna się w punkcie zero‑zero (na przecięciu osi) i biegnie stromo w górę. Powyżej wartości 1300 na pionowej osi wykres robi się coraz bardziej płaski i przy wartości 1600 na pionowej osi staje się poziomy. To stan nasycenia. Ta część wykresu kończy się w punkcie o współrzędnych 0,6 na poziomej osi i 1600 na pionowej osi i jest oznaczona małą literą a. Dalej wykres przedstawia sytuację, gdy indukcja zewnętrznego pola magnetycznego zmniejsza się, a wraz z nią zmniejsza się indukcja pola magnetycznego wewnątrz ferromagnetyka. Na wykresie poruszamy się w dół i w lewo, zaczynając od punktu, gdzie zakończył się wykres a. Ta część wykresu znajduje się powyżej wykresu oznaczonego małą literą a i przecina oś pionową w punkcie 900 militesli. Następnie przecina oś poziomą w punkcie minus 0,075 militesli i biegnie dalej w dół i w lewo, zmniejszając swoje nachylenie do poziomu i przy wartości minus 1600 militesli na pionowej osi staje się poziomy. Ta część wykresu kończy się w punkcie o współrzędnych minus 0,6 na poziomej osi i minus 1600 militesli na pionowej osi i jest oznaczona małą literą b. Trzecia część wykresu, oznaczona małą literą c, przedstawia sytuację, gdy indukcja zewnętrznego pola magnetycznego zwiększa się, a wraz z nią zwiększa się indukcja pola magnetycznego wewnątrz ferromagnetyka. Na wykresie poruszamy się w górę i w prawo, zaczynając od punktu, gdzie zakończył się wykres b. Wykres ma podobny kształt, jak wykres oznaczony literą b, ale leży poniżej obu wykresów a i b. Pionową oś przecina w punkcie minus 900 militesli, a poziomą oś przecina w punkcie plus 0,075 militesli. Wykres c kończy się w tym samym punkcie, gdzie skończył się wykres a i zaczął wykres b. Wykresy b i c tworzą pętlę, wewnątrz której znajduje się wykres a. Pętlę nazywamy pętlą histerezy.

Korzystając z pętli histerezy opisanej na rysunku, odpowiedz na pytania:

1
Polecenie 1

Ferromagnetyk umieszczony jest w zewnętrznym polu magnetycznym. Czy można jednoznacznie określić wartość indukcji magnetycznej wewnątrz ferromagnetyka? Od czego zależy ta wartość?

uzupełnij treść
1
Polecenie 2

Gdy zwiększamy wartość zewnętrznego pola magnetycznego, namagnesowanie ferromagnetyka, czyli pole magnetyczne wytwarzane przez ferromagnetyk, osiąga stan nasycenia. Wyjaśnij, dlaczego nie można już bardziej zwiększyć namagnesowania.

uzupełnij treść
Przeczytaj
Sprawdź się