Видове магнетизъм

Всеки   атом   притежава   атомен 
магнитен   момент   Мат,   който 
представлява   векторна   сума   от 
спиновете  

М

с

 

и   орбиталните 

Морб магнитни моменти
на   всички   електрони   в   атома. 
Прецесионните

 

магнитни 

моменти Мпрец   на електроните 
се проявяват само при внасяне на 
атома   във   външно   магнитно 
поле,   поради   което   те   не   се 
явяват компоненти на Мат. Най-
голям дял в Мат 
имат   спиновите   магнитни 
м

оменти и затова много често 

Мат се определя
като произведение на  

М

с

 

и броя 

на електроните в атома.
      В твърдите тела различаваме 
три

 

вида

 

магнетизъм: 

диамагнетизъм,   парамагнетизъм 
и   кооперативен   магнетизъм. 
Последният   от   своя   страна   има 
три

 

разновидности

 

- 

феромагнетизъм, 
антиферомагнетизъм

 

и 

феримагнетизъм.
       Диамагнетизмът е присъщ на 
всички  тела.   Той   се   проявява 
само при внасяне на тялото  във 
външно   магнитно   поле,   под 
действие   на   което   започват   да 
действат

 

прецесионните 

магнитни моменти  

(М

преи

 

# 0). В 

чист   вид   се   среща,   когато 
атомният момент е равен на нула 

(Мат  

= 0), тъй като само в този 

случай не се припокрива от М

ат

. 

По  знак диамагнетизмът е отри-
цателен,   което   означава,   че 
магнитната   индукция

 

В, 

респективно  намагнитността  

М, 

са   по-малки   в   сравнение   с 
тяхната   стойност,   когато   тялото 
се   намира   вън   от   магнитното 
поле. Коефициентът на магнитна 
възприемчивост

 

χм

 

за 

диамагнетиците е отрицателен и 
сравнително

 

малък

 

по 

стойност(от   -0,00005   до   0). 
Аустенитът   в   стоманите   е 
диамагнитен.

Парамагнетизмът  

е слаб 

положителен   магнетизъм.   В 
отсъствие   на   външно   магнитно 
поле (Н = 0) атомните магнитни 
моменти  

(М

ат  

#0)на   различните 

атоми

 

са

 

произволно 

ориентирани в кристала, така че 
общата   им   сума   в   кристала   е  0 
(фиг.   8.1   а)[1].При   внасяне   на 
кристала   във   външно   магнитно 
поле   атомните   магнитни 
моменти

 

се

 

ориентират 

паралелно   на   полето,   поради 
което сумата е по-голяма от нула. 
Диамагнетизмът,

 

който 

съпътства   парамагнетизма   при 
внасяне   във   външно   поле,   е 
много   слаб   и   напълно   се 
припокрива   от   парамагнитния 
ефект.   Коефициентът   на 
магнитна   възприемчивост   χм     е 
положителен   и   се   променя   в 
границите от 0,0001 до 0,01.

Кооперативният магнетизъм 

се 

проявява в онези твърди тела, в 
които атомите с 

М

ат

 

# 0 са близко 

разположени един до друг, така 
че е възможно, самоволно

 

без 

външно магнитно поле 

(Н= 

0), 

кооперативно завъртване и 
ориентиране на последните в 
една посока. Това се дължи на 
възникващите обменни сили 
(обмен на "магнитни" електрони) 
между атомите. Различаме 
няколко вида кооперативен 
магнетизъм.
а) 

Феромагнетизъм. 

Изразява се 

в самоволно ориентиране на 
всички атомни магнитни 
моменти на кристала или част от 
него (домен) в една посока. 
Резултантният магнитен момент 
на кристала (домена) е много 
голям ∑ 

М

ат

»0 

(фиг. 8.1 б). 

Доменът е магнит, а не субзърно 
на структурата

б)  

Антиферомагпетизъм.  

Проявява   се   при   самоволно 
ориентиране   на   половината   от 
атомните   магнитни   моменти   на 
кристала (или на част от него) в 
една   посока,   а   на   останалата 
половина   -   в   противоположна 
посока   (фиг.   8.1   в)
[ Резултантният магнитен момент 
в   кристала   (домена)   е   равен   на 
нула - ∑ 

М

ат

  =0, тъй като  

М

ат

 

за 

всички   атоми   е   еднакъв   по 
абсолютна

в) 

Феримагнетизъм.  

Изразява се също така в 
самоволно ориентиране на 
половината от атомните 
магнитни моменти на кристала 
(или на част от него) в една 
посока, а на останалата половина 
- в противоположна посока (фиг. 
8.1 г). В този случай обаче 
резултантният магнитен момент 
е отличен от кула, тъй като 
големината на М

ат

 в двете 

противоположни посоки е 
различна - ∑ 

М

ат 

> 0.

От

 

трите

 

вида 

кооперативен

 

магнетизъм 

феромагнетизмът  

е  

най-силен 

(χм  

=

  10

2

  -10

6

).   Проявява   се   в 

металите   Ре,   Со,  Ni  и   някои 
сплави.

 

Самоволното 

ориентиране   в   една   посока   се 
извършва   в   пределите   на 
отделния   магнитен   домен. 
Монокристалите обаче се състоят 
от   няколко   домена,   чиито 
сумарни   магнитни   моменти   са 
противо   положно   насочени   по 
такъв   начин,   че   като   цяло 
монокристалите   са   магнитно 
неутрални   (фиг.   8.2).   Това   са 
т.иар.  

меки  

магнитни   материали 

В   някои   случаи   обаче   по 
различни   причини   преобладават 
домени   с   еднаква   ориентация, 
вследствие

 

на

 

което 

монокристалът   има   резултантен 
магнитен   момент   различен   от 
нула.   Тези   феромагнетици 
означаваме   като

 

твърди 

(например   постоянни   магнити). 
Казаното   за   монокристалите 
важи   и   за   поликристални 
материали,   където   става 
сумиране на магнитните моменти 
н всички кристали (зърна).

При прилагане на външно 

магнитно поле 

Н 

протича 

ориентиране н магнитните 
домени на монокристала (респ. 
поликристала) в една посока и 
тяхното уедряване (фиг. 8.3). 
Достигането на състоянието на 
пълна ориентация се означава 
като "насищане". При следващо 
намаляване на 

Н

 до нула или в 

отрицателна посока магнитната 
индукиия 

В 

не следва 

първоначалната крива на 
намагнитване, вследствие на 
което се образува т.нар 
хистерезисна бримка (фиг. 8.3). 
При магнитно меките 
феромагнетици площта на тази 
бримка е нулева (или 
минимална), а при твърдите — 
значително отличаваща се от 
нула. В последния случай върху 
бримката се появяват точките B

r 

(остатъчна индукиия) и 

Н

с 

(коерцитивна сила). "Силата" на 
един твърд феромаганетик се 
определя от стойността на 

Н

с

 

или 

от произведението 

(ВН)

max  

във 

втория квадрант на диаграмата 

В-Н. 

Намагнитеността при 

насищане 

Мs (Мs 

отговаря на т. 

С от хистерезисната бримка) е 
температурно зависима. При 
понижаване на температурата 

Мs 

пада, като при достигане на 
точката на Кюри  

Т

с 

намагнитеността става 0 (фиг. 
8.4). За чистото желязо  

Т

е

 

е 

768°С, за кобалта - 1120°С, а за 
никела - 358°С.

Антиферомагнетиците 

(напр. МnО) имат слабо 
приложение. Много 
перспективни обаче са 

феримагнетиците 

(керамични 

материали, предимно окиси, 
сулфиди), които имат голямо 
приложение във 
високочестотните електрически 
апарати (трансформатори, 
магнитни бобини и др.) Това се 
дължи на високото им 
електросъпротивление (ρ = 10

2

-

10

6

 Ωcm) в сравнение с 

феромагнетиците (за чистото 
желязо (ρ = 10

-5

 Ωcm). По тази 

при- чина загубите на енергия от 
вихрови токове са много малки.

Основни величини и 
зависимости

В магнитния анализ се 

борави с величините магнитна 
индукция B [T], напрегнатост 
(интензивност) на външното 
магнитно поле H[A/m], 
коефициент на абсолютна 
магнитна проницаемост μ

0

[4π.10

-

7

.Н/m), коефициент на 

относителна магнитна 
проницаемост μ

r

,

коефициент на 

магнитна възприемчивост χм , 
намагнитеност М[A/m] и др.Тези 
вели4ини са свързани със 
следните зависимости:

За среда вакуум 

В =

 μ

0

Н.

За среда, отлична от 

вакуум, 

В =

 μ

0 

μ

rН       

и 

М = (

μ

r 

-1)

 Н

 

=

 χм

 Н , 

където х

м

 

=Рг~1-

За 

М 

можем да напишем 

още                 

Видове магнитен анализ

Магнитният анализ се основава 
на факта, че магнитните свойства 
на металите (намагнитеност 

М, 

магнитна проницаемост μ, 
коерцитивна сяла 

Н

с

 

и други) се 

изменят от температурата или 
във времето (при дадена тем- 
пература), както и на 
възможността магнитната 
структура на материала да се 
"проявява" върху шлиф и 
наблюдава визуално.

Магнитен 

металографски   анализ.  

При 

този   анализ   с   металографски 
микроскоп   се   наблюдават 
магнитните   домени   върху 
метален   шлиф   на   магнитен 
материал

 

(обикновено 

феромагнитен).   За   целта   върху 
полираната   повърхност   на 
образеца   се   нанася   колоидна 
суспензия   от   Ре

3

О

4

-Магнитните 

полета по границите на домените 
привличат   магнитните   частички 
на  суспензията,     вследствие     на 
което   се   образуват   фигури, 
очертаващи домените.
Възможно е металографски да се 
определи и направлението на 
намагнитване домена  Това става 

чрез нанас

яне на драскотина 

върху повърхността на домена. 
Ако драскотината е по посока на 
намагнитването, върху шлифа не 
се забелязва промяна в 
подреждането на суспензията. 
Ако драскотината е 
перпендикулярна на посоката на 
намагнитване, около нея се 
получава разсейване на 
магнитните линии, което води до 
натрупване на частици от Fe

3

О

4 

около драскотината (фиг. 8.5) [1].

 

            Магнитен   фазов   анализ. 

Всяка   фаза   в   една   метална 
система   има   свои   магнитни 
характеристики,   което   дава 
възможност да я разпознаваме от 
другите,   т.е.   да   провеждаме 
фазов анализ.

    а) 

Термомагнитен анализ. 

При 

този метод се използва 
изменението при нагряване на 
някоя структурно 
нечувствителна магнитна 
характеристика (например 
относителната  намагнитеност 

при   насищане 

   

или

точката   на   Кюри    

Т

с

). 

Величините σ

м

 и   

Т

с

 

зависят 

само от състава на сплавта, но не 
и от структурата и Тук 

т 

е 

масата на образеца.
За провеждане на фазов анализ 
(качествен или количествен) е 
необходимо да се знаят 
поотделно за всяка фаза 
зависимостите σ

м

 - 

Т 

и поло-

жението на точката на Кюри 

Т

с 

от състава. При двуфазна 
система кривите σ

м

-

Т 

за двете 

фази се наслагват (фиг. 8.6)[1]. 
Намирайки по каталожни данни 
точките 

Т

с1

 

и 

Т

с2

, 

ние разпоз-

наваме по вид двете фази. Тъй 
като големината на σ

м 

 е 

пропорционална на количеството 
на дадената фаза то чрез 
измерване на  σ

м 1

 и σ

м 2

   можем 

да определим количествата на 
двете фази.

Термомагнитният фазов 

анализ се използва успешно и за 
изучаване кикетиката на 
разпадаме на преситени твърди 
разтвори. Например при 
непрекъснато отделяне в сплавта 
Ni-Аu преситената феромагнитна 
матрица ά

прес

 постепенно мени 

състава си във времето 

t 

(намалява се съдържанието на Аu 
в Ni). Следователно изменя се и 
точката на Кюри от 

Т

с1

ά

 

до 

Т

с4

 ά

 . 

В същото време новоотделената 
магнитна фаза β запазва строго 
определен състав, респ. 
определена точка на Кюри 

Т

с

 β 

(фиг, 8.7 а). Когато отделянето е 
прекъснато (например в сплавта 
Ni - Ве), матрицата а

прес

 запазва 

химичния си състав, като 
едновременно от нея се отделят 
две нови фази (α

равн

 и β) с 

постоянен състав. Ако матрицата 
а

прес

 и фазата β са феромагнитни, 

съответните им точки на Кюри 

Т

с

ά

 и 

Т

с

 β

 

ще бъдат строго 

фиксирани, докато количеството 
им във времето ще се изменя 
(фиг. 8.7 б).
б) 

Изотермичен магнитен фазов 

анализ. 

Когато фазовият анализ 

се извършва при постоянна 
температура (например стайна), 
говорим за изотер-мичен 
магнитен фазов анализ или само 
за магнитен фазов анализ. При 
този метод трябва предварително 
да познаваме вида на фазите, а 
целта е определяне на тяхното 
количество, т.е. провеждане на 
количествен фазов анализ. 
Количеството на фазата е 
пропорционално на 
намагнитеността и при насищане 

М

s

 .

Намагнитеността не зависи от 

структурата на фазата, а само от 
нейния химичен състав и 
количество.

При закаляване на 

стомана например част от 
аустенита (диамагнитен) се 
превръща в мартензит 
(феромагнитен). При аустенит-
перлитното разпадане 
отделилият се ферит е също 
феромагнитен. И в двата случая 

М

s

 

зависи от количеството на 

феромагнитната фаза, 
приемайки, че термообработката 
слабо влияе върху химичния и 
състав.

Количеството

 

на 

феромагнитната   фаза  

Кф  

(%)   в 

двуфазна   сплав,   съставена   от 
една   феромагнитна   и   една 
диамагнитна   фаза,   може   да   се 
получи от израза