В) ферити

Ферити

Існують матеріали з більш складною спіновою структурою, ніж антиферомагнетики. У них спіни іонів у кожній підґратці виявляються неоднаковими, рис. 11.8.3. в. Такі частково компенсовані антиферомагнетики називаються феримагнетиками або феритами. Причиною нееквівалентності

підґраток у феритів є існування в кожній з них іонів одного й того ж хімічного елемента, які мають різні валентності або знаходяться в різному кристалічному оточенні, або ж ці іони мають різну

хімічну природу.

Найбільш знаним представником феритів є магнетит або ще магнітний залізняк

Fe 3O 4.

Точніше його хімічну будову передає формула

Fe 2 O 3 ⋅ FeO. Тобто – це окис-закис заліза із

валентностями

Fe3+, Fe2+, відповідно. Іон

Fe3+

має 5 d- електронів (із 10 можливих). В основному

стані іона цій сукупності електронів відповідає максимальне для d -підоболонки значення спінового

числа

S = 5 2, тобто паралельна орієнтація усіх спінових моментів. Іонові

Fe2+, який має 6 d-

електронів, відповідає значення S = 2. Аналіз показує, що спіни Fe3+

утворюють антиферомагнітну

структуру, тоді як спіни

Fe2+

паралельні до одної із двох орієнтацій спінів

Fe3 +. Отже, спонтанна

намагніченість магнетиту визначається орієнтацією спінів іонів Fe2+.

Ферити зі складнішою хімічною структурою, як правило, мають формулу

MeO ⋅ Fe2 O3, де

Me позначає який-небудь метал: Mn, Ni, Mg, Ba

та ін., тобто не обов’язково з групи заліза. Цінною

в технічному відношенні властивістю феритів є їх мала, по суті, напівпровідникова

електропровідність.

Застосування феромагнетиків

Унікальні властивості феромагнетиків знаходять широке технічне застосування. Феромагнітні матеріали зі значною залишковою намагніченістю використовуються для виготовлення постійних магнітів. Для цих матеріалів характерна наявність широкої петлі гістерезису, тому їх важко

розмагнітити. Це – магнітно-жорсткі феромагнетики. Наприклад, коерцитивна сила сплаву

Алніко, який використовується у динамічних гучномовцях, складає

H k ~ 600 E. В окремих

матеріалах вона доходить до 20000 E

(сплави Fe - Pt).

Здатність феромагнетика зберігати спонтанне намагнічення та можливість його зміни під впливом зовнішнього магнітного поля використовується у пристроях зовнішньої магнітної пам’яті комп’ютерів. До них відносяться гнучкі магнітні диски (ГМД) або дискети, жорсткі магнітні диски (ЖМД) або вінчестери, накопичувачі на магнітних стрічках та ін.

Розглянемо основні принципи роботи магнітного накопичувача на прикладі дискети. Це пластмасовий гнучкий диск, на обидві поверхні якого наноситься тонкий шар лаку з феритовим порошком, рис. 11.8.4. При звертанні до дисководу дискета починає обертатися зі сталою швидкістю. З обох сторін її розміщуються універсальні головки запису/зчитування, які притискаються до магнітних поверхонь по вміщенні дискети в дисковод. Обидві головки можуть переміщуються вздовж радіуса дискети за допомогою черв’ячного механізму, який обертається кроковим двигуном. Кроковий двигун живиться імпульсами струму; кожний імпульс обертає ротор двигуна на цілком визначений кут, наприклад, на 1,8 град, викликаючи переміщення головки вздовж радіуса дискети.

На рис. 11.8.5 зображено схему кодування числової інформації на магнітному носії. У верхній частині зображено періодичні імпульси синхронізації, які виробляються апаратурою дисковода.

Нижче зображена ділянка намагніченої доріжки, яка відповідає закодованому числу 203. У

двійковій системі

203 = 27 + 26 + 23 + 21 + 20 → 11001011. При кожному проходженні імпульсу

синхронізації на дискету записується чи зчитується з неї один розряд двійкового числа – біт. При записуванні числа магнітне поле розсіяння, утворене струмом, що проходить по обмотці головки, викликає намагнічування ділянки дискети вздовж її поверхні. В момент записування одиниці напрямок струму в котушці, тобто й напрямок намагнічування змінюється на протилежний. При записуванні нуля напрямок струму не змінюється.

Рис. 11.8.4. Схема запису/читання цифрової інформації з дискети.

В процесі зчитування в момент проходження головки над областю, де змінюється на протилежний напрямок намагніченості, у котушці індукується імпульс струму. Апаратура дисководу сприймає імпульси струму, незалежно від його полярності, як двійкову одиницю, а відсутність його в момент проходження імпульсу синхронізації як нуль.

Рис. 11.8.5. Принцип запису/читання цифрової інформації на феромагнітному носії.

Матеріали з вузькою петлею гістерезису – магнітом’які феромагнетики використовуються для виготовлення осердь трансформаторів, електромагнітів, електродвигунів. В цих випадках для збільшення магнітного потоку необхідно вибирати матеріал із значною магнітною проникністю. Для зменшення втрат на перемагнічування необхідні матеріали з малим значенням коерцитивної сили. Втрати на перемагнічування пропорційні площі петлі гістерезису і є одним із типів утрат у

сталі. Для виготовлення магнітопроводів використовуються спеціальні трансформаторні сталі з

вузькою петлею гістерезису. Коерцитивна сила сплаву

Fe − Si

складає

0, 5 E. Сплав пермалой має

ще менше її значення –

0, 004E, у зв’язку з чим він застосовується для виготовлення осердь

імпульсних трансформаторів. Для зменшення втрат на вихрові струми (другий тип утрат у сталі)

магнітопроводи набирають з окремих пластин, ізольованих між собою лаком.

Для виготовлення малопотужних електромагнітних приладів, призначених для роботи в області високих частот, застосовуються ферити. Електропровідність феритів мізерна, тому в них практично відсутні втрати на вихрові струми. Частоти, на яких можуть працювати феритові магнітопроводи, сягають десятків мегагерців і більше.