Страница:
m— напряженность перемагничивающего поля; Н
c— коэрцитивная сила.
Ферритовый сердечник
Ферриттранзисторная ячейка
Ферриты
Ферро (остров)
Ферро Сципион
Ферро..., ферр...
Ферробор
Феррованадий
Ферровольфрам
Феррография
Феррод
Ферродинамический прибор
Феррозонд
Феррозондовая дефектоскопия
Ферромагнетизм
Ферритовый сердечник
Ферри'товый серде'чник,магнитопровод из
.Благодаря очень малой удельной электропроводности ферритов в материале Ф. с. при перемагничивании практически не возникают вихревые токи и, следовательно, отсутствуют потери энергии, что обусловливает возможность использования Ф. с. в радиоэлектронной аппаратуре, работающей в диапазоне радиочастот. Основные области применения Ф. с. – радиотехника, автоматика, телемеханика и вычислительная техника. Технология производства Ф. с. основана на методах
.Из смеси порошков исходных веществ прессуют сердечники нужной формы. Спекание производят при температуре 850–1500 °С в воздушной среде с последующим медленным (в течение нескольких
ч)
охлаждением. Магнитные и диэлектрические свойства Ф. с. зависят от состава смеси, процентного содержания исходных компонентов в ней и режима термической обработки, меняя которые можно получать Ф. с. с заданными свойствами, например с высокой начальной магнитной проницаемостью (для использования в высокочастотных и
)
,или с прямоугольной петлей магнитного
(для использования в
)
.
Методы порошковой металлургии позволяют изготовлять Ф. с. разных форм (П- и Ш-образные; кольцевые, или броневые; сложной конфигурации, с несколькими отверстиями в одной или разных плоскостях и др.) и различных размеров (от нескольких смдо десятых долей мм) .Наиболее распространены кольцевые Ф. с. с прямоугольной петлей гистерезиса, у которых после намагничивания и снятия намагничивающего поля сколь угодно долго сохраняется одно из двух возможных устойчивых магнитных состояний, соответствующих двум значениям остаточной магнитной индукции (+ Brи – Br) .Это свойство Ф с. обусловило их преимущественное использование как элементов памяти в запоминающих устройствах и логических элементах (например, в , ) .Перемагничивание Ф. с. (его перевод из одного магнитного состояния в другое) производится магнитным полем тока, пропускаемого по обмоткам Ф. с. Время перемагничивания зависит от амплитуды и фронта импульса тока, коэрцитивной силы, прямоугольности петли гистерезиса и от геометрических размеров сердечника; оно лежит в пределах от десятых долей мксекдо нескольких мксек.Кольцевые Ф. с. с непрямоугольной петлей гистерезиса применяют главным образом в импульсных трансформаторах и ВЧ дросселях.
Лит.:Пирогов А. И., Шамаев Ю. М., Магнитные сердечники для устройств автоматики и вычислительной техники, 3 изд., М., 1973; Бардиж В. В., Магнитные элементы цифровых вычислительных машин, 2 изд., М., 1974.
А. В. Гусев.
Методы порошковой металлургии позволяют изготовлять Ф. с. разных форм (П- и Ш-образные; кольцевые, или броневые; сложной конфигурации, с несколькими отверстиями в одной или разных плоскостях и др.) и различных размеров (от нескольких смдо десятых долей мм) .Наиболее распространены кольцевые Ф. с. с прямоугольной петлей гистерезиса, у которых после намагничивания и снятия намагничивающего поля сколь угодно долго сохраняется одно из двух возможных устойчивых магнитных состояний, соответствующих двум значениям остаточной магнитной индукции (+ Brи – Br) .Это свойство Ф с. обусловило их преимущественное использование как элементов памяти в запоминающих устройствах и логических элементах (например, в , ) .Перемагничивание Ф. с. (его перевод из одного магнитного состояния в другое) производится магнитным полем тока, пропускаемого по обмоткам Ф. с. Время перемагничивания зависит от амплитуды и фронта импульса тока, коэрцитивной силы, прямоугольности петли гистерезиса и от геометрических размеров сердечника; оно лежит в пределах от десятых долей мксекдо нескольких мксек.Кольцевые Ф. с. с непрямоугольной петлей гистерезиса применяют главным образом в импульсных трансформаторах и ВЧ дросселях.
Лит.:Пирогов А. И., Шамаев Ю. М., Магнитные сердечники для устройств автоматики и вычислительной техники, 3 изд., М., 1973; Бардиж В. В., Магнитные элементы цифровых вычислительных машин, 2 изд., М., 1974.
А. В. Гусев.
Ферриттранзисторная ячейка
Ферриттранзи'сторная яче'йка,импульсный элемент устройств автоматики и вычислительной техники, выполненный на одном или нескольких кольцевых
с прямоугольной петлей
и
.Простейшая Ф. я. (
рис.
) содержит один ферритовый сердечник. На сердечник намотаны: одна или несколько обмоток записи, на которые поступают входные электрические импульсы; одна или несколько обмоток считывания, на которые подаются импульсы опроса; выходная обмотка, на которой при перемагничивании сердечника появляется считанный сигнал. Транзистор усиливает сигнал и обеспечивает разделение цепей, что устраняет возможность нежелательного прохождения сигналов в обратном направлении при последовательном соединении нескольких Ф. я. В статическом состоянии транзистор заперт напряжением смещения. При записи сигнал, возникающий на выходной обмотке, ещё больше запирает транзистор. При считывании сигнал на выходной обмотке компенсирует действие напряжения смещения, транзистор отпирается и усиливает считанный сигнал. Ф. я. конструктивно выполняют в отдельном корпусе как самостоятельный модуль.
Ф. я. лишены ряда недостатков, присущих ,они просты, надёжны, имеют хорошие эксплуатационные характеристики, но обладают сравнительно малым быстродействием (~10 5переключений в сек) .На базе Ф. я. в 60-х гг. 20 в. разработаны для специализированных ЦВМ; Ф. я. получили применение также в устройствах автоматики (делители частоты, сдвигающие регистры и т.п.) и телемеханики. Однако технологическая сложность изготовления Ф. я. ограничила масштабы их производства; с появлением интегральных микросхем Ф. я. стали применяться редко.
Лит.:Ионов И. П., Магнитные элементы дискретного действия, М., 1968; Тутевич В. Н., Телемеханика, М,, 1973; Бардиж В. В., Магнитные элементы цифровых вычислительных машин, 2 изд., М., 1974.
А. В. Гусев.
Схема простейшей ферриттранзисторной ячейки: ФС — ферритовый сердечник; Т — транзистор; w
з— обмотка записи; w
с— обмотка считывания; w
б— выходная обмотка; Е
см— напряжение смещения; Е
п— напряжение питания; R
к— сопротивление в цепи коллектора; R
н— нагрузка.
Ф. я. лишены ряда недостатков, присущих ,они просты, надёжны, имеют хорошие эксплуатационные характеристики, но обладают сравнительно малым быстродействием (~10 5переключений в сек) .На базе Ф. я. в 60-х гг. 20 в. разработаны для специализированных ЦВМ; Ф. я. получили применение также в устройствах автоматики (делители частоты, сдвигающие регистры и т.п.) и телемеханики. Однако технологическая сложность изготовления Ф. я. ограничила масштабы их производства; с появлением интегральных микросхем Ф. я. стали применяться редко.
Лит.:Ионов И. П., Магнитные элементы дискретного действия, М., 1968; Тутевич В. Н., Телемеханика, М,, 1973; Бардиж В. В., Магнитные элементы цифровых вычислительных машин, 2 изд., М., 1974.
А. В. Гусев.
Ферриты
Ферри'ты,химические соединения окиси железа Fe
2O
3с окислами других металлов. У многих Ф. сочетаются высокая намагниченность и полупроводниковые или диэлектрические свойства, благодаря чему они получили широкое применение как
в радиотехнике, радиоэлектронике, вычислительной технике.
В состав Ф. входят кислорода O 2-, образующие остов их кристаллической решётки; в промежутках между ионами кислорода располагаются Fe 3+, имеющие меньший радиус, чем анионы O 2- ,и катионы Me k+металлов, которые могут иметь радиусы различной величины и разные валентности k.Существующее между катионами и анионами кулоновское (электростатическое) взаимодействие приводит к формированию определённой кристаллической решётки и к определённому расположению в ней катионов. В результате упорядоченного расположения катионов Fe 3+и Me k+Ф. обладают и для них характерны достаточно высокие значения намагниченности и точек Кюри. Различают Ф.-шпинели, Ф.-гранаты, ортоферриты и гекса ферриты.
Ферриты-шпинел и имеют структуру минерала собщей формулой MeFe 2O 4 ,где Me – Ni 2+, Co 2+, Fe 2+, Mn 2+ ,Mg 2+ ,Li 1+, Cu 2+. Элементарная ячейка Ф.-шпинели представляет собой куб, образуемый 8 молекулами MeOFe 2O 3и состоящий из 32 анионов O 2-, между которыми имеется 64 тетраэдрических ( А) и 32 октаэдрических ( В) промежутков, частично заселённых катионами Fe 3+и Me 2+( рис. 1 ). В зависимости от того, какие ионы и в каком порядке занимают промежутки Аи В,различают прямые шпинели (немагнитные) и обращенные шпинели (ферримагнитные). В обращенных шпинелях половина ионов Fe 3+находится в тетраэдрических промежутках, а в октаэдрических промежутках – 2-я половина ионов Fe 3+и ионы Me 2+. При этом намагниченность M Aоктаэдрической подрешётки больше тетраэдрической M B,что приводит к возникновению ферримагнетизма.
Ферриты-гранаты редкоземельных элементов R 3+(Gd 3+, Tb 3+, Dy 3+, Ho 3+, Er 3+, Sm 3+, Eu 3+) и иттрия Y 3+имеют кубическую структуру граната с общей формулой R 3Fe 5O 12. Элементарная ячейка Ф.-гранатов содержит 8 молекул R 3Fe 5O 12; в неё входит 96 ионов O 2-, 24 иона R 3+и 40 ионов Fe 3+. В Ф.-гранатах имеется три типа промежутков, в которых размещаются катионы: большая часть ионов Fe 3+занимает тетраэдрические ( d) ,меньшая часть ионов Fe 3+– октаэдрические (я) и ионы R 3+ –додекаэдрические места (с). Соотношение величин и направлений намагниченностей катионов, занимающих промежутки d, а, с,показано на рис. 2.
Ортоферритами называют группу Ф. с орторомбической кристаллической структурой. Их образуют редкоземельные элементы или иттрий по общей формуле RFeO 3-. Ортоферриты изоморфны минералу (см. ) .По сравнению с Ф.-гранатами они имеют небольшую намагниченность, т.к. обладают неколлинеарным антиферромагнетизмом ( ) и только при очень низких температурах (порядка нескольких К и ниже) – ферримагнетизмом.
Ферриты гексагональной структуры (гексаферриты) имеют общую формулу MeO (Fe 2O 3), где Me – ионы Ba, Sr или Pb. Элементарная ячейка кристаллической решётки гексаферритов состоит из 38 анионов O 2-, 24 катионов Fe 3+и 2 катионов Me 2+(Ba 2+, Sr 2+или Pb 2+). Ячейка построена из двух шпинельных блоков, разделённых между собой ионами Pb 2+(Ba 2+или Sr 2+), O 2-и Fe 3+. Если окиси железа и бария спекать совместно с соответствующими количествами следующих металлов: Mn, Cr, Со, Ni, Zn, то можно получить ряд новых оксидных ферримагнетиков.
Некоторые гексаферриты обладают высокой и применяются для изготовления постоянных магнитов. Большинство Ф. со структурой шпинели, феррит-гранат иттрия и некоторые гексаферриты используются как .
При введении примесей и создании нестехеометричности состава (переменности состава как по катионам, так и по кислороду) электрическое сопротивление Ф. изменяется в широких пределах. Ф. в полупроводниковой технике не применяются из-за низкой подвижности носителей тока. Синтез поликристаллических Ф. осуществляется по технологии изготовления .Из смеси исходных окислов прессуют изделия нужной формы, которые подвергают затем спеканию при температурах от 900 °С до 1500 °С на воздухе или в специальных газовых средах.
Монокристаллические Ф. выращиваются методами Чохральского, Вернейля и др. (см. ) .
Лит.:Рабкин Л. И., Соскин С. А., Эпштейн Б. Ш., Ферриты. Строение, свойства, технология производства, Л., 1968; Смит Я., Вейн Х. Ферриты, пер. с англ., М., 1962; Гуревич А. Г., Магнитный резонанс в ферритах и антиферромагнетиках, М., 1973.
К. П. Белов.
Рис. 2. Схематическое изображение величин и направлений векторов намагниченности катионов, образующих магнитные подрешётки d, а и c в ферритах-гранатах.
Рис. 1. Кристаллическая структура ферритов-шпинелей: а — схематическое изображение элементарной ячейки шпинельной структуры (ее удобно делить на 8 равных частей — октантов); б — расположение ионов в смежных октантах ячейки (заштрихованном и белом), белые кружки — ионы О
2-, чёрные — ионы металла в октаэдрических и тетраэдрических промежутках; в — ион металла в тетраэдрическом промежутке; г — ион металла в октаэдрическом промежутке.
В состав Ф. входят кислорода O 2-, образующие остов их кристаллической решётки; в промежутках между ионами кислорода располагаются Fe 3+, имеющие меньший радиус, чем анионы O 2- ,и катионы Me k+металлов, которые могут иметь радиусы различной величины и разные валентности k.Существующее между катионами и анионами кулоновское (электростатическое) взаимодействие приводит к формированию определённой кристаллической решётки и к определённому расположению в ней катионов. В результате упорядоченного расположения катионов Fe 3+и Me k+Ф. обладают и для них характерны достаточно высокие значения намагниченности и точек Кюри. Различают Ф.-шпинели, Ф.-гранаты, ортоферриты и гекса ферриты.
Ферриты-шпинел и имеют структуру минерала собщей формулой MeFe 2O 4 ,где Me – Ni 2+, Co 2+, Fe 2+, Mn 2+ ,Mg 2+ ,Li 1+, Cu 2+. Элементарная ячейка Ф.-шпинели представляет собой куб, образуемый 8 молекулами MeOFe 2O 3и состоящий из 32 анионов O 2-, между которыми имеется 64 тетраэдрических ( А) и 32 октаэдрических ( В) промежутков, частично заселённых катионами Fe 3+и Me 2+( рис. 1 ). В зависимости от того, какие ионы и в каком порядке занимают промежутки Аи В,различают прямые шпинели (немагнитные) и обращенные шпинели (ферримагнитные). В обращенных шпинелях половина ионов Fe 3+находится в тетраэдрических промежутках, а в октаэдрических промежутках – 2-я половина ионов Fe 3+и ионы Me 2+. При этом намагниченность M Aоктаэдрической подрешётки больше тетраэдрической M B,что приводит к возникновению ферримагнетизма.
Ферриты-гранаты редкоземельных элементов R 3+(Gd 3+, Tb 3+, Dy 3+, Ho 3+, Er 3+, Sm 3+, Eu 3+) и иттрия Y 3+имеют кубическую структуру граната с общей формулой R 3Fe 5O 12. Элементарная ячейка Ф.-гранатов содержит 8 молекул R 3Fe 5O 12; в неё входит 96 ионов O 2-, 24 иона R 3+и 40 ионов Fe 3+. В Ф.-гранатах имеется три типа промежутков, в которых размещаются катионы: большая часть ионов Fe 3+занимает тетраэдрические ( d) ,меньшая часть ионов Fe 3+– октаэдрические (я) и ионы R 3+ –додекаэдрические места (с). Соотношение величин и направлений намагниченностей катионов, занимающих промежутки d, а, с,показано на рис. 2.
Ортоферритами называют группу Ф. с орторомбической кристаллической структурой. Их образуют редкоземельные элементы или иттрий по общей формуле RFeO 3-. Ортоферриты изоморфны минералу (см. ) .По сравнению с Ф.-гранатами они имеют небольшую намагниченность, т.к. обладают неколлинеарным антиферромагнетизмом ( ) и только при очень низких температурах (порядка нескольких К и ниже) – ферримагнетизмом.
Ферриты гексагональной структуры (гексаферриты) имеют общую формулу MeO (Fe 2O 3), где Me – ионы Ba, Sr или Pb. Элементарная ячейка кристаллической решётки гексаферритов состоит из 38 анионов O 2-, 24 катионов Fe 3+и 2 катионов Me 2+(Ba 2+, Sr 2+или Pb 2+). Ячейка построена из двух шпинельных блоков, разделённых между собой ионами Pb 2+(Ba 2+или Sr 2+), O 2-и Fe 3+. Если окиси железа и бария спекать совместно с соответствующими количествами следующих металлов: Mn, Cr, Со, Ni, Zn, то можно получить ряд новых оксидных ферримагнетиков.
Некоторые гексаферриты обладают высокой и применяются для изготовления постоянных магнитов. Большинство Ф. со структурой шпинели, феррит-гранат иттрия и некоторые гексаферриты используются как .
При введении примесей и создании нестехеометричности состава (переменности состава как по катионам, так и по кислороду) электрическое сопротивление Ф. изменяется в широких пределах. Ф. в полупроводниковой технике не применяются из-за низкой подвижности носителей тока. Синтез поликристаллических Ф. осуществляется по технологии изготовления .Из смеси исходных окислов прессуют изделия нужной формы, которые подвергают затем спеканию при температурах от 900 °С до 1500 °С на воздухе или в специальных газовых средах.
Монокристаллические Ф. выращиваются методами Чохральского, Вернейля и др. (см. ) .
Лит.:Рабкин Л. И., Соскин С. А., Эпштейн Б. Ш., Ферриты. Строение, свойства, технология производства, Л., 1968; Смит Я., Вейн Х. Ферриты, пер. с англ., М., 1962; Гуревич А. Г., Магнитный резонанс в ферритах и антиферромагнетиках, М., 1973.
К. П. Белов.
Ферро (остров)
Фе'рро,Иерро (Ferro, Hierro), остров в Атлантическом океане, в группе Канарских островов. Территория Испании. Площадь 275 км
2
.Население 5,5 тыс. чел. (1970). Высота до 1501
м.Горячие источники. Климат тропический сухой. Растительность с преобладанием эндемичных видов (канарская сосна, дикая финиковая пальма). Земледелие, виноградарство; разводят коз, овец, крупный рогатый скот. Главный город – Вальверде. До 1884 через Ф. (около 18° з. д.) проводили меридиан, который в ряде стран был принят за начальный.
Ферро Сципион
Фе'рро,Даль Ферро (Dal Ferro) Сципион (1465, Болонья, – 1526, близ Болоньи), итальянский математик. С 1496 профессор Болонского университета. С именем Ф. связано открытие правила решения в радикалах кубических уравнений вида:
x
3
+
px=
q.
Лит.:Стройк Д. Я., Краткий очерк истории математики, пер. с нем., 2 изд., М., 1969.
Лит.:Стройк Д. Я., Краткий очерк истории математики, пер. с нем., 2 изд., М., 1969.
Ферро..., ферр...
Ферро..., ферр...(от лат. ferrum – железо), в химических, технических и др. терминах составная часть, означающая отношение к
,см., например,
,
.
Ферробор
Ферробо'р,
,содержащий 10–25% В, по 2–5% Si и Al (остальное Fe); получают в руднотермических печах алюминотермическим способом (см.
) из боратовой руды или борного ангидрида. Ф. и др. сплавы Fe с В (ферроборал, грейнал) используются для легирования, раскисления и модифицирования стали.
Феррованадий
Феррована'дий,
,содержащий 35–45% V, 1–3% Si, 0,5–1,5% Al (остальное Fe и примеси); выплавляют в электропечах силикотермическим способом (см.
) из пятиокиси ванадия (85–95% VaOs), получаемой химико-металлургической переработкой железованадиевого концентрата. Ф. применяют главным образом для легирования стали. Наряду с Ф. выпускаются силикованадий, выплавляемый в электропечах, а также металлический ванадий и богатый Ф. (до 80% V), получаемые внепечным алюминотермическим способом (см.
)
.
Ферровольфрам
Ферровольфра'м,
,содержащий 68–72% или 78–86% W, до 7% Mo (остальное Fe и примеси); выплавляют в руднотермических печах комбинированным силикотермическим (см.
) и углевосстановительным (см.
) процессом из вольфрамитового и шеелитового концентратов. Готовый Ф. вычерпывают стальными ложками специальной машиной; более богатый Ф. плавят «на блок», который после остывания разбивают. Ф. применяется главным образом при производстве инструментальных сталей (например, быстрорежущей) и жаропрочных сплавов.
Феррография
Феррогра'фия,то же, что
.
Феррод
Ферро'д[англ. ferrod, от fer (rit) –
и rod – стержень], бесконтактный электромагнитный телефонный коммутационный прибор, действие которого основано на использовании
ферромагнетика (т. е. по принципу действия подобный трансформатору с подмагничиванием). Служит для реализации логических функций в управляющих устройствах
(например, для индикации состояния абонентской линии). Основные элементы Ф. (см.
рис.
): сердечник, выполненный в виде бруска или стержня из феррита с прямоугольной петлей
и низкой
,две последовательно соединённые обмотки управления (ОУ); обмотка возбуждения (0В); обмотка считывания (ОС). На ОВ по цепи запроса подаются двуполярные импульсы тока (обычно амплитудой 0,5
aи длительностью 3–5
мксек)
.Если ток в ОУ отсутствует, то под действием импульсов возбуждения сердечник перемагничивается и в ОС индуцируются импульсы напряжения (амплитудой около 0,2
в)
,поступающие в оперативное запоминающее устройство автоматической телефонной станции. Если по ОУ протекает постоянный ток, достаточный для намагничивания сердечника до насыщения (обычно от нескольких
мадо нескольких десятков
ма)
,то импульсы в ОС не индуцируются.
М. Ф. Дутов
Схема феррода: ФС — ферритовый стержень; ОУ — обмотка управления (знаками + и - обозначены клеммы, к которым подключается источник постоянного тока); ОВ — обмотка возбуждения; ОС — обмотка считывания; К — эквивалентная цепь с контактом, состояние которого (замкнут либо разомкнут) условно отражает состояние, например, абонентской линии ( занята либо свободна); I
в— двуполярные импульсы тока возбуждения.
М. Ф. Дутов
Ферродинамический прибор
Ферродинами'ческий прибо'ризмерительный, см. в ст.
измерительный.
Феррозонд
Феррозо'нд,феррозондовый магнитометр, прибор для измерения и индикации магнитных полей (в основном постоянных или медленно меняющихся) и их градиентов. Действие Ф. основано на изменении магнитного состояния ферромагнетика под воздействием двух магнитных полей разных частот. В простейшем варианте Ф. состоит из стержневого ферромагнитного сердечника и находящихся на нём двух катушек: катушки возбуждения, питаемой переменным током, и измерительной (сигнальной) катушки. В отсутствие измеряемого магнитного поля сердечник под действием переменного магнитного поля, создаваемого током в катушке возбуждения, перемагничивается по симметричному циклу. Изменение магнитного потока, вызванное перемагничиванием сердечника по симметричной кривой, индуцирует в сигнальной катушке эдс, изменяющуюся по гармоническому закону. Если одновременно на сердечник действует измеряемое постоянное или слабо меняющееся магнитное поле, то кривая перемагничивания изменяет свои размеры и форму и становится несимметричной. При этом изменяется величина и гармонический состав эдс индукции в сигнальной катушке. В частности, появляются чётные гармонические составляющие эдс, величина которых пропорциональна напряжённости измеряемого поля и которые отсутствуют при симметричном цикле перемагничивания.
Как правило, Ф. состоит из двух сердечников с обмотками, которые соединены так, что нечётные гармонические составляющие практически компенсируются. Тем самым упрощается измерительная аппаратура и повышается чувствительность Ф. Наиболее распространённые феррозондовые установки имеют следующие основные узлы: генератор переменного тока, питающий обмотку возбуждения, фильтр для нечётных гармонических составляющих эдс, подключенный на выходе измерительной катушки, усилитель чётных гармоник и выходной измерительный прибор. Ф. обладают очень высокой чувствительностью к магнитному полю (до 10 -4–10 -5 а/м) .
Ф. применяют для измерения земного магнитного поля и его вариаций (в частности, при поисках полезных ископаемых, создающих локальные аномалии геомагнитного поля); для измерения магнитных полей Луны, планет, межпланетного пространства; для обнаружения ферромагнитных предметов и частиц в неферромагнитной среде (в частности, в хирургии); в системах контроля за качеством выпускаемой продукции (магнитная и др.).
Лит.:Афанасьев Ю. В., Феррозонды, Л., 1969; Афанасьев Ю. В., Студенцов Н. В., Щелкин А. П., Магнитометрические преобразователи, приборы, установки, Л., 1972; Кифер И. И., Испытания ферромагнитных материалов, 3 изд., М., 1969; Чечурина Е. Н., Приборы для измерения магнитных величин, М., 1969.
И. И. Кифер.
Как правило, Ф. состоит из двух сердечников с обмотками, которые соединены так, что нечётные гармонические составляющие практически компенсируются. Тем самым упрощается измерительная аппаратура и повышается чувствительность Ф. Наиболее распространённые феррозондовые установки имеют следующие основные узлы: генератор переменного тока, питающий обмотку возбуждения, фильтр для нечётных гармонических составляющих эдс, подключенный на выходе измерительной катушки, усилитель чётных гармоник и выходной измерительный прибор. Ф. обладают очень высокой чувствительностью к магнитному полю (до 10 -4–10 -5 а/м) .
Ф. применяют для измерения земного магнитного поля и его вариаций (в частности, при поисках полезных ископаемых, создающих локальные аномалии геомагнитного поля); для измерения магнитных полей Луны, планет, межпланетного пространства; для обнаружения ферромагнитных предметов и частиц в неферромагнитной среде (в частности, в хирургии); в системах контроля за качеством выпускаемой продукции (магнитная и др.).
Лит.:Афанасьев Ю. В., Феррозонды, Л., 1969; Афанасьев Ю. В., Студенцов Н. В., Щелкин А. П., Магнитометрические преобразователи, приборы, установки, Л., 1972; Кифер И. И., Испытания ферромагнитных материалов, 3 изд., М., 1969; Чечурина Е. Н., Приборы для измерения магнитных величин, М., 1969.
И. И. Кифер.
Феррозондовая дефектоскопия
Феррозо'ндовая дефектоскопи'я,метод магнитной
,при котором измерение искажений магнитного поля, возникающих в местах дефектов в изделиях из ферромагнитных материалов, осуществляется
.Ф. д. применяется для обнаружения внутренних дефектов (на глубине до 10, иногда 20
мм) обычно в изделиях правильной формы.
Ферромагнетизм
Ферромагнети'зм,одно из магнитных состояний кристаллических, как правило, веществ, характеризуемое параллельной ориентацией
атомных носителей магнетизма. Параллельная ориентация магнитных моментов (
рис. 1
) устанавливается при температурах
Тниже критической Q (см.
) и обусловлена положительным значением энергии межэлектронного
(см.
)
.Ферромагнитная упорядоченность магнитных моментов в кристаллах (атомная
магнитная структура –коллинеарная или неколлинеарная) непосредственно наблюдается и исследуется методами магнитной
.Вещества, в которых установился ферромагнитный порядок атомных магнитных моментов, называют
.Магнитная восприимчивость (ферромагнетиков положительна (c > 0) и достигает значений 10
4–10
5
гс/э,их
J(или индукция
В=
Н+
4p
J) растет с увеличением напряжённости магнитного поля
Ннелинейно (
рис. 2
) и в полях 1–100
эдостигает предельного значения
Js –магнитного насыщения. Значение
Jзависит также от «магнитной предыстории» образца, это делает зависимость
Jот
Ннеоднозначной (наблюдается магнитный
)
.
Проявления Ф. в монокристаллах и поликристаллах могут существенно различаться. В ферромагнитных монокристаллах наблюдается ( рис. 3 ) – различие магнитных свойств по разным кристаллографическим направлениям. В поликристаллах с хаотическим распределением ориентаций кристаллических зёрен анизотропия в среднем по образцу отсутствует, но при неоднородном распределении ориентаций она может наблюдаться (магнитная текстура).
Магнитные и другие физические свойства ферромагнетиков обладают специфической зависимостью от температуры Т.Намагниченность насыщения Jsимеет наибольшее значение при Т= 0 К и монотонно уменьшается до нуля при Т= Q ( рис. 4 ).
Выше Q ферромагнетик переходит в парамагнитное состояние (см. ) ,а в некоторых случаях (редкоземельные металлы) – в антиферромагнитное. При Н= 0 этот переход, как правило, является 2-го рода. Температурный ход m (или восприимчивости c) ферромагнетиков имеет явно выраженный максимум вблизи Q. При Т> Q восприимчивость (обычно следует .При намагничивании ферромагнетиков изменяются их размеры и форма (см. ) .Поэтому кривые намагничивания и петли гистерезиса зависят от внешних напряжений. Наблюдаются также аномалии в величине и температурной зависимости упругих постоянных, коэффициентов линейного и объёмного расширения. При адиабатическом намагничивании и размагничивании ферромагнетики изменяют свою температуру (см. ) .Специфические особенности немагнитных свойств ферромагнетиков наиболее ярко проявляются вблизи Т= Q.
Поскольку самопроизвольная намагниченность ферромагнетиков сохраняется до Т= Q ,а в типичных ферромагнетиках температура (может достигать ~ 10 3К, то kQ » 10 -13 эрг( k – ) .Это означает, что энергия взаимодействия, которая ответственна за существование ферромагнитного порядка атомных магнитных моментов в кристалле, тоже должна быть порядка 10 -13 эрг на каждую пару соседних магнитно-активных атомов. Такое значение энергии может быть обусловлено только электрическим взаимодействием между электронами, ибо энергия магнитного взаимодействия электронов двух соседних атомов ферромагнетика не превышает, как правило, 10 -16 эрг,и поэтому может обеспечить температуру Кюри лишь ~ 1 К (такие ферромагнетики с т. н. дипольным магнитным взаимодействием тоже существуют). В общем случае магнитные взаимодействия в ферромагнетиках определяют их магнитную анизотропию. Классическая физика не могла объяснить каким образом электрическое взаимодействие может привести к Ф. Только позволила понять тесную внутреннюю связь между результирующим магнитным моментом системы электронов и их электростатическим взаимодействием, которое принято называть обменным взаимодействием.
Необходимым условием Ф. является наличие постоянных (независящих от Н) магнитных (спиновых или орбитальных, или обоих вместе) моментов электронных оболочек атомов ферромагнетиков. Это выполняется в кристаллах, построенных из атомов переходных элементов (атомов с недостроенными внутренними электронными слоями). Различают 4 основных случая:
1) металлические кристаллы (чистые металлы, сплавы и интерметаллические соединения) на основе переходных элементов с недостроенными d-cлоями (в первую очередь 3 d-cлоем у элементов группы железа); 2) металлические кристаллы на основе переходных элементов с недостроенными f-cлоями (редкоземельные элементы с недостроенным 4 f-cлоем); 3) неметаллические кристаллические соединения при наличии хотя бы одного компонента из переходных d-или f-элементов; 4) сильно разбавленные растворы атомов переходных d-или f-металлов в диамагнитной металлической матрице. Появление в этих четырёх случаях атомного магнитного порядка обусловлено обменным взаимодействием.
В неметаллических веществах (случай 3) это взаимодействие чаще всего носит косвенный характер, при котором магнитный порядок электронов недостроенных d-или f-cлоев в ближайших соседних парамагнитных ионах устанавливается при активном участии электронов внешних замкнутых слоев магнитно-нейтральных ионов (например, O 2-, S 2-, Se 2-и т.п.), расположенных обычно между магнитно-активными ионами (см. ) .Как правило, здесь возникает антиферромагнитный порядок, который приводит либо к компенсированному антиферромагнетизму, если в каждой элементарной ячейке кристалла суммарный магнитный момент всех ионов равен нулю, либо к ферримагнетизму – если этот суммарный момент не равен нулю. Возможны случаи, когда взаимодействие в неметаллических кристаллах носит ферромагнитный характер (все атомные магнитные моменты параллельны), например EuO, Eu 2SiO 4, CrBr 3и др.
Общим для кристаллов типа 1, 2, 4 является наличие в них системы коллективизированных электронов проводимости. Хотя в этих системах и существуют подмагничивающие обменные взаимодействия, но, как правило, магнитного порядка нет, а имеет место парамагнетизм паулевского типа, если он сам не подавлен более сильным ионной решётки. Если всё же магнитный порядок возникает, то в случаях 1, 2 и 4 он различен по своему происхождению. Во втором случае магнитно-активные 4 f'-cлои имеют очень малый радиус по сравнению с параметром кристаллической решётки. Поэтому здесь невозможна прямая обменная связь даже у ближайших соседних ионов. Такая ситуация характерна и для четвёртого случая. В обоих этих случаях обменная связь носит косвенный характер, осуществляют её электроны проводимости. В четвёртом типе ферромагнетиков (в отличие от случаев 1, 2, 3) магнитный порядок не обязательно связан с кристаллическим атомным порядком. Часто эти ферромагнетики представляют собой в магнитном отношении аморфные системы с неупорядоченно распределёнными по кристаллической решётке ионами, обладающими атомными магнитными моментами (т. н. спиновые стекла).
Наконец, в кристаллах 1-го типа электроны, принимающие участие в создании атомного магнитного порядка, состоят из бывших 3 d-и 4 s-электронов изолированных атомов. В отличие от 4 f'-cлоёв редкоземельных ионов, имеющих очень малый радиус, более близкие к периферии 3 d-электроны атомов группы Fe испытывают практически полную коллективизацию и совместно с 4 s-электронами образуют общую систему электронов проводимости. Однако в отличие от нормальных (непереходных) металлов, эта система в
Проявления Ф. в монокристаллах и поликристаллах могут существенно различаться. В ферромагнитных монокристаллах наблюдается ( рис. 3 ) – различие магнитных свойств по разным кристаллографическим направлениям. В поликристаллах с хаотическим распределением ориентаций кристаллических зёрен анизотропия в среднем по образцу отсутствует, но при неоднородном распределении ориентаций она может наблюдаться (магнитная текстура).
Магнитные и другие физические свойства ферромагнетиков обладают специфической зависимостью от температуры Т.Намагниченность насыщения Jsимеет наибольшее значение при Т= 0 К и монотонно уменьшается до нуля при Т= Q ( рис. 4 ).
Выше Q ферромагнетик переходит в парамагнитное состояние (см. ) ,а в некоторых случаях (редкоземельные металлы) – в антиферромагнитное. При Н= 0 этот переход, как правило, является 2-го рода. Температурный ход m (или восприимчивости c) ферромагнетиков имеет явно выраженный максимум вблизи Q. При Т> Q восприимчивость (обычно следует .При намагничивании ферромагнетиков изменяются их размеры и форма (см. ) .Поэтому кривые намагничивания и петли гистерезиса зависят от внешних напряжений. Наблюдаются также аномалии в величине и температурной зависимости упругих постоянных, коэффициентов линейного и объёмного расширения. При адиабатическом намагничивании и размагничивании ферромагнетики изменяют свою температуру (см. ) .Специфические особенности немагнитных свойств ферромагнетиков наиболее ярко проявляются вблизи Т= Q.
Поскольку самопроизвольная намагниченность ферромагнетиков сохраняется до Т= Q ,а в типичных ферромагнетиках температура (может достигать ~ 10 3К, то kQ » 10 -13 эрг( k – ) .Это означает, что энергия взаимодействия, которая ответственна за существование ферромагнитного порядка атомных магнитных моментов в кристалле, тоже должна быть порядка 10 -13 эрг на каждую пару соседних магнитно-активных атомов. Такое значение энергии может быть обусловлено только электрическим взаимодействием между электронами, ибо энергия магнитного взаимодействия электронов двух соседних атомов ферромагнетика не превышает, как правило, 10 -16 эрг,и поэтому может обеспечить температуру Кюри лишь ~ 1 К (такие ферромагнетики с т. н. дипольным магнитным взаимодействием тоже существуют). В общем случае магнитные взаимодействия в ферромагнетиках определяют их магнитную анизотропию. Классическая физика не могла объяснить каким образом электрическое взаимодействие может привести к Ф. Только позволила понять тесную внутреннюю связь между результирующим магнитным моментом системы электронов и их электростатическим взаимодействием, которое принято называть обменным взаимодействием.
Необходимым условием Ф. является наличие постоянных (независящих от Н) магнитных (спиновых или орбитальных, или обоих вместе) моментов электронных оболочек атомов ферромагнетиков. Это выполняется в кристаллах, построенных из атомов переходных элементов (атомов с недостроенными внутренними электронными слоями). Различают 4 основных случая:
1) металлические кристаллы (чистые металлы, сплавы и интерметаллические соединения) на основе переходных элементов с недостроенными d-cлоями (в первую очередь 3 d-cлоем у элементов группы железа); 2) металлические кристаллы на основе переходных элементов с недостроенными f-cлоями (редкоземельные элементы с недостроенным 4 f-cлоем); 3) неметаллические кристаллические соединения при наличии хотя бы одного компонента из переходных d-или f-элементов; 4) сильно разбавленные растворы атомов переходных d-или f-металлов в диамагнитной металлической матрице. Появление в этих четырёх случаях атомного магнитного порядка обусловлено обменным взаимодействием.
В неметаллических веществах (случай 3) это взаимодействие чаще всего носит косвенный характер, при котором магнитный порядок электронов недостроенных d-или f-cлоев в ближайших соседних парамагнитных ионах устанавливается при активном участии электронов внешних замкнутых слоев магнитно-нейтральных ионов (например, O 2-, S 2-, Se 2-и т.п.), расположенных обычно между магнитно-активными ионами (см. ) .Как правило, здесь возникает антиферромагнитный порядок, который приводит либо к компенсированному антиферромагнетизму, если в каждой элементарной ячейке кристалла суммарный магнитный момент всех ионов равен нулю, либо к ферримагнетизму – если этот суммарный момент не равен нулю. Возможны случаи, когда взаимодействие в неметаллических кристаллах носит ферромагнитный характер (все атомные магнитные моменты параллельны), например EuO, Eu 2SiO 4, CrBr 3и др.
Общим для кристаллов типа 1, 2, 4 является наличие в них системы коллективизированных электронов проводимости. Хотя в этих системах и существуют подмагничивающие обменные взаимодействия, но, как правило, магнитного порядка нет, а имеет место парамагнетизм паулевского типа, если он сам не подавлен более сильным ионной решётки. Если всё же магнитный порядок возникает, то в случаях 1, 2 и 4 он различен по своему происхождению. Во втором случае магнитно-активные 4 f'-cлои имеют очень малый радиус по сравнению с параметром кристаллической решётки. Поэтому здесь невозможна прямая обменная связь даже у ближайших соседних ионов. Такая ситуация характерна и для четвёртого случая. В обоих этих случаях обменная связь носит косвенный характер, осуществляют её электроны проводимости. В четвёртом типе ферромагнетиков (в отличие от случаев 1, 2, 3) магнитный порядок не обязательно связан с кристаллическим атомным порядком. Часто эти ферромагнетики представляют собой в магнитном отношении аморфные системы с неупорядоченно распределёнными по кристаллической решётке ионами, обладающими атомными магнитными моментами (т. н. спиновые стекла).
Наконец, в кристаллах 1-го типа электроны, принимающие участие в создании атомного магнитного порядка, состоят из бывших 3 d-и 4 s-электронов изолированных атомов. В отличие от 4 f'-cлоёв редкоземельных ионов, имеющих очень малый радиус, более близкие к периферии 3 d-электроны атомов группы Fe испытывают практически полную коллективизацию и совместно с 4 s-электронами образуют общую систему электронов проводимости. Однако в отличие от нормальных (непереходных) металлов, эта система в