8. Для каждого значения тока вычислить значения Н и В.
9. По полученным данным для каждого значения поля вычислить магнитную проницаемость по формуле .
10. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу:
|
№ |
I, А |
nx, дел. |
ny, дел |
H, А/м |
Uy, В |
В, Тл |
μ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11. Построить графики функций: B= f(H) и μ=f(H).
12. С помощью графиков определить остаточную индукцию Bо , коэрцитивную силу Нк .
ПРИМЕЧАНИЕ: для расчётов искомых величин использовать следующие данные: число витков N1= 200, N2 = 600, длина средней линии тороида l = 354 мм, диаметр тороида d= 12мм.
Контрольные вопросы
1. Магнитное поле и его характеристики. Теория магнитных полей
2. Магнитные свойства вещества. Постоянные магниты. Теория магнетизма.
3. Магнетики и их классификация.
4. Теория ферромагнетизма.
5. Кривая намагничивания.
6. Явления магнитного гистерезиса. Петля гистерезиса, физический смысл площади петли.
7. Какова зависимость магнитной проницаемости от .
8. Как на экране осциллографа получить устойчивую петлю гистерезиса.
9. Применение магнитных материалов.
Литература, рекомендуемая к лабораторной работе:
1. Матвеев А.Н. Электричество и магнетизм.- М.: Высшая школа, 1983.
2. Калашников С.Г. Электричество. – М.: Наука, 1977.
3. Савельев И.В. Курс общей физики. Т.2, Т. 3. – М.: Наука, 1977.
4. Телеснин Р.В., Яковлев В.Ф. Курс физики. Электричество.-М.: Просвещение, 1970.
5. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т.3. Электричество.- М.: Физматлит МФТИ, 2002.
6. Иродов И.Е. Электромагнетизм. Основные законы. –М.- С.-П.: Физматлит Невский диалект, 2001
7. Зильберман Г.Е. Электричество и магнетизм. – М.: Наука, 1970.
8. Парсел Э. Курс физики Т.2 Электричество и магнетизм – М.: Наука, 1971.
9. Рублев Ю.В., Куценко А.Н., Кортнев А.В. Практикум по электричеству. – М.: Высшая школа, 1971.
10. Кортнев А.В., Рублев Ю.В., Куценко А.Н.. Практикум по физике. – М.: Высшая школа, 1965.
11. Буравихин В.А., Шелковников В.Н., Карабанова В.П. Практикум по магнетизму. – М.: Высшая школа, 1979.
12. Руководство к лабораторным занятиям по физике. Под редакцией Л.Л. Гольдина, - М.: Наука, 1983.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 13
ДОМЕННАЯ СТРУКТУРА ФЕРРОМАГНЕТИКА
Цель работы:
Изучение доменной структуры и измерение магнитных характеристик тонких ферромагнитных пленок магнитооптическим методом.
Идея эксперимента
При прохождении плоскополяризованного света через ферромагнитную пленку происходит поворот плоскости поляризации на некоторый угол φ=kJd, где k - постоянная Кундта, J –намагниченность вещества, d – толщина пленки. Направление вращения плоскости поляризации зависит от направления намагниченности ферромагнитной пленки, что позволяет использовать этот эффект для наблюдения доменной структуры ферромагнитных образцов. В процессе перемагничения такого образца может оказаться, что вектора намагничения двух соседних доменов антипараллельны. Тогда вращение плоскости поляризации световых пучков, прошедших через домены с разным направлением намагниченности, будут происходить во взаимно противоположных направлениях. Поместив на пути пучка света анализатор, можно наблюдать доменную структуру образца в виде темных и светлых областей. Такой метод исследования доменной структуры ферромагнитного образца позволяет не только изучать процесс перемагничения, но и измерять такие магнитные характеристики тонкопленочных образцов, как поле коэрцитивной силы и поле магнитной анизотропии.
Теоретическая часть
Вещества, для которых магнитная восприимчивость намного больше единицы, называются ферромагнетиками. Ферромагнетики при температурах ниже точки Кюри разбиваются на большое число малых макроскопических областей – доменов, самопроизвольно намагниченных до насыщения. Доменная структура наблюдаются на прозрачных монокристаллических пленках редкоземельных ферритов со структурой граната R3Fe5O12 толщиной h=5—10 мкм, имеющих ось легкого намагничивания, ориентированную по нормали к поверхности пленки. Состояние намагниченности образца выявляется с помощью магнитооптического эффекта Фарадея, заключающегося в том, что при прохождении плоско поляризованного света через намагниченное тело плоскость поляризации поворачивается на угол φ, пропорциональный компоненте намагниченности вдоль светового луча и длине пути h света в магнетике.
Антипараллельно намагниченные соседние домены поворачивают плоскость поляризации на углы +φ и -φ соответственно. Поворотом анализатора можно погасить свет от доменов с одним направлением намагниченности, т. е. получить контрастное изображение доменной структуры. Изменение намагниченности образца вызовет изменение светового потока.
Зависимость намагниченности ферромагнетиков J от приложенного магнитного поля Н имеет нелинейный и неоднозначный характер. Такое поведение ферромагнетиков в магнитном поле обусловлено существованием в них доменов, объем и ориентация намагниченности которых изменяются под действием внешнего поля. Этот процесс называют техническим намагничиванием. Равновесная магнитная структура ферромагнетика определяется из условия минимума энергии тела в целом, с учетом его формы и размеров. Энергия W ферромагнитного тела в магнитном поле Н может быть представлена в виде суммы членов, характеризующих различные виды магнитного взаимодействия
w=wa+wh+wm+wk
Здесь wa — энергия обменного (квантового) взаимодействия между магнитными моментами соседних атомов, ответственная за образование спонтанной намагниченности Js (в ферромагнетиках эта энергия минимальна, когда магнитные моменты всех атомов ориентированы параллельно друг другу); Wн — энергия магнетика во внешнем поле (минимальная при ориентации магнитного момента образца вдоль поля Н); wm — магнитостатическая энергия поля рассеяния, вызванного образованием магнитных полюсов на поверхности намагниченного тела.
На рис 1а изображен ферромагнетик, состоящий из одного домена. В этом случае во внешнем пространстве возникает магнитное поле, которое заключает в себе определенную магнитную энергию. На рис 1б имеются два домена с противоположным направлением намагничения. Внешнее магнитное поле здесь убывает с увеличением расстояния быстрее, чем в случае а, и энергия, заключенная в поле, оказывается меньше. В случае, показанном на рис 1в, магнитное поле практически существует только в непосредственной близости от поверхности магнетика и энергия поле еще уменьшается. На рис 1г изображен случай, когда во внешнем пространстве магнитного поля совсем нет. Здесь имеются «замыкающие» домены в форме трехгранных призм, боковые поверхности которых везде составляют угол 45˚ с вектором намагничения. Вследствие этого магнитный поток проходит исключительно внутри ферромагнетика, он замыкается граничными доменами, чем и обусловлено их название замыкающие домены. Состояние г энергетически более выгодно, чем предыдущее состояние. На рис 1д показана совокупность доменов совместно с замыкающими их доменами, у которых также нет внешнего поля. Таким образом, разбиение ферромагнетика на домены происходит потому, что при образовании доменных структур энергия ферромагнетика уменьшается.
Между соседними доменами имеются сравнительно узкие (порядка 102-103 межатомных расстояний) переходные слои, которые называются доменными границами (или стенками). В этих слоях направление JS постепенно изменяется на противоположное. Толщина граничного слоя определяется условиями равновесия между силами анизотропии, стремящимися сузить стенку, и квантовыми обменными силами, стремящимися расширить ее. В многодоменном образце энергия доменных границ будет тем больше, чем больше общая площадь границ.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25
