1.4. Доменная структура и магнитная анизотропия ферромагнетиков

Все ферромагнетики и ферримагнетики вещества кристаллические. Структура их обычно представляет собой совокупность зерен кристаллов неправильной формы, называемых кристаллитами. Ферромагнетики в основном имеют три типа кристаллических решеток. У железа решетка кубическая объемоцентрированная (рис. 1.2, а), у никеля – кубическая гранецентрированная (рис. 1.2, б), у кобальта – гексогональная (рис. 1.2, в), у ферритов – также кубическая или гексагональная, но более сложной формы (рис. 1.2, г).

Рис.1.2. Кристаллические решетки ферромагнетиков

При температуре ниже точки Кюри ферромагнетики даже в  отсутствие  внешнего поля имеют спонтанную намагниченность .

В то же время даже монокристаллы ферромагнетиков могут быть полностью размагничены или намагничены в различной степени. Объясняется это доменной теорией

ферромагнетиков, согласно которой каждое зерно кристаллита делится на области, называемые доменами, с величиной спонтанной намагниченности , но направление векторов намагниченности соседних домёнов различно. Они взаимно компенсируются, и общая намагниченность в полностью размагниченном материале отсутствует. Такому состоянию соответствует деление монокристалла на домены, при котором магнитные потоки замыкаются внутри кристалла и энергия системы доменов минимальна.

При наличии внешнего магнитного поля происходит увеличение объема доменов, векторы спонтанной намагниченности которых наиболее близки к направлению вектора напряженности  внешнего поля, за счет сокращения объема других доменов. При некоторой напряженности векторы намагниченности всех доменов ориентируются в направлении вектора намагниченности внешнего поля , и намагниченность всего кристалла станет равной спонтанной намагниченности . При этом направление вектора спонтанной намагниченности всегда совпадает с направлением кристаллографических осей, как показано на рис.



1.2 стрелками.

Экспериментально установлено, что энергия намагничивания вдоль различных кристаллографических осей различна. Если энергию намагничивания вдоль ребра куба (см. рис. 1.2, а) условно принять за 100, то по двум другим  осям возможного спонтанного намагничивания она составит 110 и 111. Поэтому направление вдоль ребра куба, а таких направлений у кристалла железа шесть, называют направлением легкого намагничивания. Следовательно, у ферромагнитных материалов имеет место магнитная анизотропия, т.е. неодинаковость магнитных свойств в разных направлениях.

Для уменьшения потерь на перемагничивание некоторые материалы подвергают специальной обработке, чтобы одноименные кристаллографические оси отдельных зерен располагались параллельно. Такие материалы называют текстурованными. Листовой материал прокатывают в холодном состоянии. Затем листы нагревают выше точки Кюри. Появляется четко выраженная однонаправленная ориентация кристаллов, и направление легкого намагничивания совпадает с направлением прокатки. При другом способе нагретый выше точки Кюри материал охлаждают в постоянном магнитном поле.

В целом, нетекстурованный материал магнитоизотропен. Отметим некоторые другие свойства магнитных элементов.

Магнитострикция – относительное изменение размеров и формы тела под действием внешнего магнитного поля. Так, Fe удлиняется под влиянием внешнего поля вдоль оси легкого намагничивания и укорачивается при воздействии вдоль оси тяжелого намагничивания.

Магнитоупругий эффект – изменение магнитных свойств тела под воздействием механической деформации: магнитная проницаемость, петля гистерезиса, иногда даже под воздействием намотанных витков провода.