Ֆերոմագնիսական հիստերիզիս

Ֆերոմագնիսական հիստերիզիս (մագնիսական հիսթերիզիս),  ֆեռոմագնիսական նյութի մագնիսացվածության փոփոխման ետ ընկնելը արտաքին մագնիսական դաշտի լարվածությունից, որը պայմանավորված է մագնիսացվածության նախնական արժեքով։

Ֆերոմագնիսականություն 

Ֆերոմագնիսականությունը բազում ատոմների կոլեկտիվ երևույթ է և դիտվում է միայն բյուրեղում` որոշակի ջերմաստիճանային միջակայքում: Ֆերոմագնետիկի օրինակ է երկաթը: Կան նաև բաղադրյալ նյութեր՝ պինդ լուծույթներ, միացություններ, որոնց ֆերոմագնիսականությունը երբեմն շատ անգամ գերազանցում է երկաթի ֆերոմագնիսականությանը:

Ֆերոմագնետիկի առանձնահատկությունը՝ առանց արտաքին դաշտի, մինչև հագեցումը, ինքնակամ մագնիսանալն է: Սակայն, ֆերոմագնետիկի մեծ կտորի մագնիսական մոմենտը զրո է, այսինքն մագնիսաթափված է (տես. նկար 1,բ):

Ֆերոմագնետիկի միկրոբյուրեղը մագնիսացնելու, այսինքն` էլեկտրոնների սեփական մոմենտները համուղղելու աշխատանքը կախված է մագնիսացման ուղղությունից: Ըստ ուղղության մագնիսացնելու աշխատանքների տարբերությունը որոշում է բյուրեղի մագնիսական անիզոտրոպիան: Նվազագույն աշխատանքի ուղղությունը կոչվում է հեշտ մագնիսանալու ուղղություն: Ֆերոմագնետիկի մեծ բյուրեղում կամ պոլիբյուրեղում կա մի քանի հեշտ մագնիսանալու ուղղություն: Փոխանակային ուժերը էլեկտրոնների սպինը կողմնորոշում են այդ ուղղություններից մեկին համազուգահեռ (այդ ուժերի մեկնությունը մեր ծրագրից դուրս է): Ֆերոմագնետիկի ծավալում առաջանում են բազմաթիվ առանձին փոքր տիրույթներ, որոնց մագնիսացման  վեկտորների ուղղությունները տարբերվում են: Այդ տիրույթները կոչվում են դոմեններ (տես. նկար 1,ա): Հարևան դոմենների միջև բարակ սահմանային շերտում -ը մի ուղղությունից սահուն փոխվում է մյուսին:

Ջերմային ցնցումները փոխանակային ուժերին հակառակ ձգտում են քայքայել ստեղծված կարգը: Սպինների մի մասը վերադասավորվում է -ին հակազուգահեռ: Դրանից նվազում է նյութի մագնիսական ընկալունակությունը և թափանցելիությունը: Ջերմաստիճանի աճին զուգընթաց, տվյալ նյութին խիստ յուրահատուկ -ում հակազուգահեռ և համազուգահեռ սպինների թիվը հավասարվում է: Ինքնակամ մագնիսացումը վերանում է և ֆերոմագնետիկը թռիչքով վերափոխվում է պարամագնետիկի:

Դրանից հետո մագնիսական ընկալունակությունը որոշվում է Կյուրի-Վեյսի օրենքով`

,

որտեղ -n` Կյուրիի ջերմաստիճանն է, -ն՝ բացարձակ ջերմաստիճանն է, իսկ -ն՝ տվյալ նյութի հաստատունն է:

Հիստերիզիս 
Հիստերիզիսը (հուն. ὑστέρησις — ետ ընկնող) համակարգերի (ֆիզիկական, կենսաբանական և այլն) հատկություն  է, ըստ որի ակնթարթային արձագանքը արտաքին ազդակներին կախված է նաև համակարգի ներկա վիճակից, և հետագա պահվածքը կախված է համակարգի նախապատմությունից:

Ֆիզիկական բացատրություն 

Ֆերոմագնետիկի լրիվ մագնիսական էներգիան դոմենների ներսում միկրոդիպոլների փոխազդեցության, հարևան դոմենների փոխազդեցության, դրանց մագնիսական դաշտի և այլ էներգիաների գումարն է: Բյուրեղի կայուն վիճակին համապատասխան է լրիվ էներգիայի նվազագույնը: Այս պայմանը որոշում է դոմենների չափը (  մետր) և բևեռացման վեկտորի ուղղությունը (տես. նկար 1,ա): Դրանք ինքնակամ բաշխվում են այնպես, որ արտաքին դաշտից դուրս ֆերոմագնետիկի հանրագումարյին մագնիսական մոմենտը հավասարվի զրոյի (բացառությամբ «կաշտ» ֆերոմագնետիկի` հաստատուն մագնիսի): Արտաքին դաշտում ֆերոմագնետիկը բևեռանում է (տես. նկար 1 բ,գ): Այդ երևույթը քննարկելու համար ենթադրենք, որ սկզբում ֆերոմագնետիկը մագնիսաթափված է, իսկ արտաքին դաշտը զրոյից է աճում (տես. նկար 2, 0-1 կորը): Սահմանային շերտի միկրոդիպոլները ենթակա են երկու հարևան դոմենների ազդեցությանը: Թույլ դաշտում դրանք համեմատաբար հեշտ են վերակողմնորոշվում: Դրա հետևանքով աճում են այն դոմենները, որոնց բևեռացման  վեկտորի և արտաքին  դաշտի միջև անկյունը փոքր է, իսկ մյուսները` նվազում են: Դաշտի հետագա աճը վերացնում է դոմենային կառուցվածքը` բոլոր  վեկտորները համուղղվում են և -ի հետ նվազագույն անկյուն են կազմում (տես. նկար 1,գ):

Ավելի ուժեղ դաշտում ամբողջ նմուշի բևեռացման վեկտորը ընդունում է -ի ուղղությունը՝ ֆերոմագնետիկը հագենում է (տես. նկար 2, 1 կետը): Այդ վիճակում մագնիսացումն առավելագույնն է և այլևս կախված չէ արտաքին դաշտից: Լրիվ դաշտն աճում է միայն արտաքին դաշտի շնորհիվ` , իսկ մագնիսական թափանցելիությունը ձգտում է մեկի`

Երկաթի և դրա համաձուլվածքների հագեցման դաշտի ինդուկցիան ~2 ܶ(Տեսլա) է: Եթե էլեկտրամագնիսի դաշտը դրանից ավելի է, ապա երկաթե միջուկն անօգուտ, երբեմն նաև վնասարար է:

Երբ արտաքին դաշտը հագեցման վիճակից նվազում է ֆերոմագնետիկը սկսում է ապամագնիսանալ, որի ընթացքում մագնիսացման քայլերը կրկնվում են հակառակ հաջորդականությամբ: Սակայն կարգավորված միկրոդիպոլների համակարգն իր ներքին փոխազդեցության ուժերով ձգտում է պահպանել նախկին կարգը: Դրանք նման են մածուցիկ շփման ուժերին: Դրա հետևանքով ապամագնիսացումն ընթանում է 1-2 կորով: Երբ արտաքին դաշտը նվազում է մինչև զրո` = 0, ֆերոմագնետիկը մնում է մագնիսացված`  մնացորդային ինդուկցիայով: Ֆերոմագնետիկը նորից տրոհվում է դոմենների, քանի որ այդ վիճակն ավելի կայուն է:

Հակառակ ուղղված -ն ձգտում է դոմենների  մագնիսացումը շրջել 180°-ով: Դրանից այնքան է թուլանում հարևան դոմենների փոխազդեցությունը, որ ջերմային ցնցումների հետևանքով դոմենների մագնիսացման վեկտորների ուղղությունները քաոսային են բաշխվում: Երբ  մնացորդային մագնիսացումը վերանում է: -ն կոչվում է ֆերոմագնետիկի կոերցիտիվ ուժ (զսպող ուժ):

Եթե -ն բացասական իմաստով շարունակում է աճել, ապա ֆերոմագնետիկը մինչև հագեցումը մագնիսանում է նախկինին հակառակ ուղղությամբ (տես. նկար 2, 3-4 ):

Եթե նորից -ն աճում է` անցնելով (0;0) կետով, ապա ֆերոմագնետիկը մինչև հագեցումը մագնիսանում է դրական ուղղությամբ (տես. նկար 2, 5-1), իսկ (, ) կամ (, ) կոորդինատական հարթության վրա մագնիսացման կորը փակվում է:

Այդ կորի ընթացքից հետևում է.

ա) Ֆերոմագնետիկի մագնիսացումը կախված է ոչ միայն տվյալ պահին նրա վրա ազդող  արտաքին դաշտից, այլ նաև նախկին մագնիսացման վիճակից: Ուրեմն` ֆերոմագնետիկը «հիշում» է իր մագնիսացման նախապատմությունը: Դրա համար մագնիսացման կորը կոչվում է հիսթերիզիսի օղակ կամ մերակ:

բ) Ֆերոմագնետիկի մագնիսացման կախումն արտաքին դաշտից բազմարժեք է: Օրինակ, որևէ -ի կարող է համապատասխանել [, ] միջակայքի ցանկացած արժեք:

գ) Արտաքին դաշտից մագնիսացման կախումը ոչ գծային է`

, կամ 

այսինքն մագնիսական թափանցելիությունը կախված է դաշտից`  (տես. նկար 3):

Փակ կորով մագնիսացման ընթացքում արտաքին մագնիսական դաշտն աշխատանք է կատարում դաշտի ինդուկցիան փոփոխելու համար: Այդ աշխատանքը կատարվում է կոերցետիվ ուժերի դեմ, որոնք շփման (դիսիպատիվ) բնույթ ունեն: Դրա հետևանքով վերամագնիսացման աշխատանքը փոխարկվում է ֆերոմագնետիկի ներքին էներգիայի, որը կոչվում է վերամագնիսացման կորուստ: Ֆերոմագնետիկը տաքանում է:

Մագնիսական դաշտի էներգիայի խտության բանաձևից`

,

հետևում է, որ (, ) կոորդինատական հարթության վրա էներգիայի խտությունը մակերեսի երկրաչափական իմաստ ունի: Դա նշանակում է, որ ֆերոմագնետիկի վերամագնիսացման աշխատանքը համեմատական է հիսթերիզիսի կորով ընդգրկված մակերեսին`

Այդ աշխատանքը հաշվելու համար անհրաժեշտ է իմանալ ֆերոմագնետիկը բնութագրող -ի անալիտիկ տեսքը, որը B-ից բարդ կախում ունի (տես. նկար 3): Ավելի հարմար է նախապես կառուցել հիսթերիզիսի մերակը և աշխատանքը որոշել գրաֆիկական եղանակով:

Հիսթերիզիսի մերակի մակերեսը կախված է ֆերոմագնետիկի տեսակից, μաղադրությունից և ջերմաստիճանից: Փոփոխական մագնիսական դաշտում մագնիսացման վրա ազդում են նաև տարբեր ռելաքսային երևույթներ, որոնք փոխում են մերակի ձևը:

Ընդհանուր առմամμ ֆերոմագնետիկները բաժանվում են երկու դասի` փափուկ և կոշտ:

Փափուկ ֆերոմագնետիկ 

Փափուկ ֆերոմագնետիկի հիսթերիզիսի մերակն այնքան նեղ է, որ երμեմն մագնիսացման կորը կարելի է միարժեք համարել (Նկար 4): Հեշտ ապամագնիսանում է: Դրանք կիրառվում են փոփոխական մագնիսական դաշտում, քանի որ վերամագնիսացման կորուստը փոքր է: Փափուկ ֆերոմագնետիկի օրինակը մաքուր երկաթն է:

Կոշտ ֆերոմագնետիկ 

Կոշտ ֆերոմագնետիկի հիսթերիզիսի մերակը լայն է, իր տեսքով հիշեցնում է ուղղանկյունի, օժտված է մեծ զսպող ուժով (նկ. 5): Մագնիսացման էներգիան մեծ է: Մագնիսացված վիճակը պահպանում է հարյուրամյակներ: Դրանցից պատրաստում են հաստատուն մագնիսներ: Կոշտ ֆերոմագնետիկի օրինակ են երկաթի որոշ կարծր համաձուլվածքներ:

Մեծ կիրառություն ունեն μաղադրյալ կոշտ ֆերոմագնետիկներ` գերմագնիսներ , ,  և այլն, որոնց մագնիսացման էներգիան բազմակի

գերազանցում է երկաթե մագնիսին` ~52(մեգաջոուլ/մետր):

Գրականություն 
 Ս. Մխիթարյան, «Էլեկտրականություն և մագնիսականություն», ԵՊՀ, Երևան-2013:
 Դ. Սեդրակյան, Ա. Պապոյան, «Էլեկտրականություն և մագնիսականություն», Էդիթ Պրինտ, Երևան-2010:

Ֆիզիկա
Մագնիսականություն
Էլեկտրամագնիսականություն