ЧТО ТАКОЕ МАГНЕТИЗМ

ВЛИЯНИЕ НАМАГНИЧИВАНИЯ НА ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ФЕРРОМАГНЕТИКОВ

Учёные давно заметили, что при намагничивании фер­ромагнетиков изменяются и другие физические свойства этих веществ, такие, как теплопроводность, электрическое сопротивление и т. д. Изменяются также размеры и форма тела: это явление называется магнитострикцией (от ла­тинского слова-«стриктус» — натяжение, сжатие). Это яв­ление наблюдается не только в ферромагнетиках, но и в парамагнитных и диамагнитных телах, однако, оно в них ничтожно мало. При нагревании ферромагнитных мате­риалов наблюдается также магнитострикционное измене­ние размеров, хотя нагревание происходит в отсутствие магнитного поля. Это объясняется тем, что при нагрева­нии ферромагнитного тела изменяется его самопроизволь­ная намагниченность. Знание теории ферромагнетизма позволяет понять природу необычных физических свойств ферромагнитных материалов.

Возьмём, например, магнитострикцию. Это явление было открыто около ста лет назад и до сих пор привле­кает к себе внимание многочисленных исследователей. Изменение размеров тела при намагничивании очень мало по величине и носит различный характер для разных фер­ромагнетиков. Так, стержень никеля при намагничивании укорачивается на небольшую долю своей первоначальной длины. Стержень из пермаллоя при намагничивании вы­тягивается, но и здесь удлинение крайне мало (тысячные доли процента). В железе магнитострикция носит более сложный характер. При наложении небольшого поля же­лезный стержень удлиняется, а при более сильных полях начинает укорачиваться. Наибольшей магнитострикцией обладают некоторые железо-кобальтовые и железо-пла- тиновые сплавы, а также кобальтовые ферриты. Измене­ния длины достигают в них сотых долей процента. Про­стым глазом, однако, и такие изменения заметить невоз­можно. Поэтому для измерения магнитострикции обычно прибегают к различным приспособлениям, одно из кото­рых показано на рис. 24.

Ферромагнитный стержень, закреплённый одним кон­цом, лежит на тонком валике с маленьким зеркальцем. Концы валика находятся в подшипниках (на чертеже не показаны). Против зеркальца на некотором расстоянии устанавливаются линейка с делениями и зрительная тру­ба. Если смотреть через трубу на зеркальце, то в нём бу­дет видно отражение линейки. Поместим стержень в маг­нитное поле, например внутрь намагничивающей катушки.

Вследствие магнитострикции стержень изменит свою длину и повернёт валик, а вместе с ним и зеркальце. При этом деления, видимые через трубу, переместятся. Зная диаметр валика и расстояние от трубы до зеркальца, можно по смещению делений линейки рассчитать магнито - стрикцию.

Почему же происходит изменение размеров тела при намагничивании.? Рассмотрим в веществе два соседних атома. Мы уже говорили, что между ними существует магнитное взаимодействие, так же как между двумя маг­нитиками, расположенными на некотором расстоянии друг от друга (рис. 25). При наложении магнитного поля направление магнитных моментов атомов меняется, как если бы мы изменили расположение магнитиков. Это при­водит к изменению силы их отталкивания или притяже­ния, и их взаимные расстояния изменяются. Последнее же в свою очередь приводит к изменению размеров кристал­лической решётки, а следовательно, и всего тела. Так как
в кристалле магнитные силы по разным направлениям различны, то и магнитострикция в разных направлениях будет неодинакова. Действительно, тщательными опы­тами учёные обнаружили такую анизотропию магнито - стрикции в ферромагнитных кристаллах.

Подробное теоретическое объяснение явлению анизо­тропии магнитострикции было дано в 1928 г. русским учёным Н. С. Акуловым.

Как уже говорилось, магнитострикция возникает не только при наложении магнитного поля, но и при нагре­вании ферромагнетика. Эта магнитострикция, однако, обязана своим происхождением не магнитным силам,
подобного рода материалах обычное тепловое расширение почти полностью компенсируется магнитострикционным сжатием и изменение размеров получается очень малень­ким. Сплавы типа инвар широко применяются в часовой и приборостроительной промышленности для изготовления деталей точных приборов, где большое тепловое рас­ширение недопустимо.

Очень интересно и другое явление. Оно заключается в том, что при намагничивании изменяется сопротивление ферромагнетика электрическому току. Такое изменение имеет место во всех веществах, но оно особенно велико в ферромагнитных материалах. Например, при намагничи­вании никелевой проволоки её сопротивление возрастает на 1,5—2%, а проволоки из пармаллоя — на 4—5%.

Явление изменения электросопротивления при намаг­ничивании было открыто более ста лет назад английским учёным В. Томсоном (1824—1907) и подробно исследо­вано ещё в прошлом веке русским учёным Д. А. Гольдгам - мером (1860—1922); поэтому его часто называют явле­нием Томсона — Гольдгаммера. Результаты исследований этого явления помогают выяснить поведение электронов (обусловливающих электрический ток) в различных фер­ромагнетиках, и поэтому они представляют большой теоре­тический интерес. Природу явления Томсона — Гольдгам­мера, а также других физических явлений (световых, теп­ловых и т. д.) в ферромагнетиках вскрыл в своих работах член-корр. АН СССР С. В. Вонсовский.