Разбор явления остаточной намагниченности

Остаточная намагниченность, или остаточная магнитная индукция — это намагниченность, сохраняемая материалом, ранее намагниченным внешним магнитным полем, после пропажи этого поля, т. е. снижения его напряженности до нуля. Данная характеристика материала зависит от его магнитных свойств, а также от характера предыдущих воздействий магнитного поля на него.

Особенности явления остаточной магнитной индукции

Максимальное значение остаточной индукции определяется видом материала и может быть оценено по его петле гистерезиса. Петлей гистерезиса называется кривая намагничивания ферромагнитного материала, выражающая зависимость магнитной индукции от напряженности магнитного поля. Слово «гистерезис» означает запаздывание, поскольку намагниченность, как правило, отстает от магнитного потока.

Остаточная магнитная индукция исчезает, когда намагниченное тело сильно нагревается или резко встряхивается. Но устранить остаточную намагниченность можно и путем приложения внешнего магнитного поля, направленность которого противоположна направленности поля, вызвавшего намагничивание. Это поле называется коэрцитивным, а его напряженность, необходимая для размагничивания предварительно намагниченного до полного насыщения ферромагнетика, называется коэрцитивной силой.

Остаточная намагниченность определяется плотностью магнитного потока (магнитной индукцией), измеряемой в физических единицах системы СИ Тесла (Тл) или устаревшей единицей Гаусс (Гс): 1 Тл = 10 000 Гс.

Магнито-твердые и магнито-мягкие материалы

Остаточная намагниченность свойственна всем ферромагнитным материалам, но в зависимости от назначения устройства, в котором это явление встречается, приветствуется или является нежелательной.

При комнатной температуре ферромагнитными являются только такие химические элементы, как железо, никель и кобальт. Существуют еще ферромагнитные сплавы и соединения, а также элементы, которые становятся ферромагнитными при низких температурах. Остаточная намагниченность выше у магнито-твердых и ниже у магнито-мягких материалов.

Остаточная намагниченность как полезное явление

Без остаточной намагниченности не могли бы существовать постоянные магниты, используемые во множестве распространенных устройств, таких как динамические головки (громкоговорители), наушники или велосипедные динамо-машины.

Сильный постоянный магнит может быть сделан только из магнито-твердого материала. К таким относятся сплавы на основе железа или других магнитных материалов, а также порошковые материалы (ферриты). Самые мощные магниты — неодимовые. Они изготавливаются из сплава дорогого редкоземельного металла неодима, бора и железа.

На явлении остаточного магнетизма основываются все способы хранения данных. Запись магнитным способом производится на жесткие диски компьютеров, устаревшие дискеты и магнитные ленты (в аудиокассетах, компакт-кассетах, стримерах).

При записи магнитные материалы, такие как кристаллы оксида железа или оксида хрома, намагничиваются записывающей головкой. При этом они сохраняют намагниченность после пропажи магнитного поля.

Остаточная намагниченность как нежелательное явление

Остаточная намагниченность нежелательна в режущих инструментах, например, ножницах, ножах и токарных резцах. Случайное соприкосновение инструментов с постоянными магнитами, намагниченными предметами или даже удары по инструменту (в магнитном поле Земли) могут привести к их постоянной намагниченности и, как результат, к ним будет прилипать стальная стружка или мелкие стальные предметы.

Электромагнитное реле в обесточенном состоянии катушки может на основе остаточной намагниченности сердечника реле не отпустить якорь. Поэтому для надежного отпускания в конструкции реле предусматривается воздушный зазор (на практике немагнитный материал, например, достаточно поставить на якорь латунную заклепку).

Подъемные магниты магнитных подъемных кранов также могут не «отпустить» намагнитившийся груз, что также требует воздушного зазора между магнитом и грузом.

Магнитные головки меняют характеристики воспроизведения или записи, будучи намагниченными. Намагнитившаяся маска в некогда популярных цветных кинескопах приводит к ошибкам и ведет к искажениям при передаче цветов.

В трансформаторах и электрических машинах большая остаточная магнитная индукция нежелательна. При их производстве используется специальная магнито-мягкая электротехническая сталь.

Размагничивание намагнитившегося предмета (инструмента, носителя информации, магнитной головки) достигается посредством переменных магнитных полей с непрерывным плавным  затуханием. Этой цели служат специальные размагничивающие дроссели.

Природная остаточная намагниченность

В природе остаточно намагниченный материал представлен горными породами, в составе которых содержатся ферромагнитные минералы, например, магнетит. Внешним магнитным полем, некогда намагнитившим породу, является магнитное поле Земли. Остаточная намагниченность ферромагнитных минералов горных пород используется как источник информации о прошлом магнитного поля Земли в научной дисциплине палеомагнетизме.

Магнитные горные породы сохраняют, в виде остаточной индукции, информацию об ориентации и силе магнитного поля Земли. Эта информация позволяет построить шкалу времени, используемую для датировки событий. В частности, методами палеомагнетизма совместно с калий-аргоновым радиометрическим методом была установлена хронология переворотов магнитного поля Земли, когда Северный и Южный магнитные полюса меняются местами.

Видео по теме