Закон намагничивания Рэлея - установленная эмпирически Дж. У. Рэлеем зависимость намагниченности М (или магнитной индукции В) ферромагнетика от напряжённости внешнего магнитного поля Н в области Н <<Н_c (где H_c — коэрцитивная сила материала) Для кривой начального намагничивания закон намагничивания Рэлея имеет вид

где х_обр — обратимая магнитная восприимчивость, R — постоянная Рэлея, знак «+» соответствует H > О, знак «—» H < 0.

Установившаяся петля магнитного гистерезиса, согласно закону намагничивания Рэлея описывается уравнением

где знак "+" перед вторым слагаемым соответствует восходящей ветви гистерезиса, а знак "—“ — нисходящей, Н_m — максимальное значение магнитного поля. Эти закономерности выполняются не только вблизи размагниченного состояния, но и любого другого состояния на плоскости (M, H) при условии, что H, Н_m < H_c. При этом параметры х_обр и R для разных состояний имеют разные значения. Коэффициент х_обр характеризует линейную, обратимую часть процесса намагничивания, связанную с обратимыми смещениями доменных стенок. Для размагниченного состояния х_обр совпадает с обратимой начальной восприимчивостью х_а. Постоянная R определяет вклад в намагниченность необратимых смещений доменных стенок. Необходимое условие для выполнения закона намагничивания Рэлея — медленное, квазистатическое изменение магнитного поля, сводящее к минимуму эффекты, связанные с магнитным последействием (магнитной вязкостью). Закон намагниченности Рэлея, как показал Е. И. Коидорский (1938), может быть выведен теоретически из рассмотрения процессов намагничивания с учётом статистического распределения критических полей смещения доменных стенок.

 

Теория ферромагнетизма (кривых намагничивания, петель гистерезиса) имеет важное значение для разработки новых и улучшения существующих магнитных материалов. Ферромагнетики используются в электротехнической и радиотехнической промышленности, для магнитной дефектоскопии и структурного анализа, при конструировании элементов памяти ЭВМ, ускорительных секций. Часто они используются в качестве промежуточных запоминающих устройств в ядерной электронике. Мягкие ферромагнетики (мягкое железо, сплав пермолой), обладающие малым значением коэрцитивной силы (малыми потерями энергии), используют для изготовления сердечников трансформаторов, статоров и роторов генераторов.Жесткие ферромагнетики (углеродистые стали, специальные сплавы), обладающие большим значением коэрцитивной силы, используют для изготовления постоянных магнитов.

Закон намагничивания Рэлея устанавливает зависимость намагниченности ферромагнетика от напряженности магнитного поля при первичном намагничивании.
Область применимости закона намагничивания Рэлея для различных ферромагнетиков может составлять от нескольких мэ (ферриты) до нескольких э (перминвары).

 

Для измерения магнитных характеристик применяют следующие методы: баллистический, магнитометрический, электродинамический, индукционный, пондеромоторный, мостовой, потенциометрический, ваттметровый, калориметрический, нейтронографический и резонансный.
Баллистический метод основан на измерении баллистическим гальванометром количества электричества, индуктируемого в измерительной катушке при быстром изменении сцепленного с ней магнитного потока. Кроме баллистических гальванометров, для измерения магнитного потока применяют веберметры (флюксметры) — магнитоэлектрические и фотоэлектрические. Веберметрами можно измерять медленно меняющиеся потоки. Баллистическим методом определяют основную кривую индукции В (Н), кривую намагничивания J (H), петлю гистерезиса, различные виды проницаемости и размагничивающий фактор ферромагнитных образцов.

Магнитометрический метод основан на воздействии исследуемого намагниченного образца на расположенную вблизи него магнитную стрелку. По углу отклонения магнитной стрелки от начального положения определяют магнитный момент образца. Далее можно вычислить J, В и Н. Таким образом, метод даёт возможность найти зависимости В (Н) и J (H), петлю гистерезиса и магнитную восприимчивость. Благодаря высокой чувствительности магнитометрического метода его широко применяют для измерений геомагнитного поля и для решения ряда метрологических задач.

Иногда для определения характеристик магнитного поля, в частности в промышленных условиях, применяют электродинамический метод, при котором измеряют угол поворота катушки с током под действием магнитного поля намагниченного образца. К преимуществам метода относится возможность градуирования шкалы прибора непосредственно в единицах измеряемой величины (В или Н).

Для исследования ферромагнитных веществ в широком интервале значений Н используются индукционный и пондеромоторный методы. Индукционный метод позволяет определять кривые В (Н), J (H), петлю гистерезиса и различные виды проницаемости. Он основан на измерении эдс индукции, которая возбуждается во вторичной обмотке при пропускании намагничивающего переменного тока через первичную обмотку образца. Метод может быть также использован для измерения намагниченности в сильных импульсных магнитных полях и магнитной восприимчивости диа- и парамагнитных веществ в радиочастотном диапазоне.

Пондеромоторный метод состоит в измерении механической силы, действующей на исследуемый образец в неоднородном магнитном поле. Особенно широко метод применяется при исследовании магнитных свойств слабомагнитных веществ. На основе этого метода созданы разнообразные установки и приборы: маятниковые, крутильные и рычажные магнитные весы, весы с использованием упругого кольца и другие. Метод применяется также при измерении магнитной восприимчивости жидкостей и газов, намагниченности ферромагнетиков и магнитной анизотропии.

 

Для определения параметров ферромагнетика используется петля гистерезиса, которая наблюдается на экране осциллографа при перемагничивании данного ферромагнитного образца внешним переменным магнитным полем.
Схема измерительной установки показана на рис.1. Она содержит следующие элементы: генератор переменного напряжения; ФО - ферромагнитный образец (сердечник трансформатора); N1 - намагничивающая обмотка; N2 - измерительная обмотка; R и С - резистор и конденсатор RC - цепочки; R1 - резистор для получения напряжения Ux, электронный осциллограф.

В соответствии с показанной на рис. 1 схемой на вход осциллографа подается напряжение U_y, пропорциональное магнитной индукции В поля в исследуемом образце, на вход «Х» - напряжения U_x пропорциональное напряженности Н поля, намагничивающего образец (внутренний генератор горизонтальной развертки луча осциллографа при этом выключается). За один период Т изменения напряжений U_x и U_у, характеризующий полный цикл перемагничивания образца, электронный луч на экране осциллографа описывает петлю гистерезиса, повторяя ее в точности за каждый следующий период. Поэтому изображение петли гистерезиса на экране будет неподвижным.