Sistem de Măsurare a Zgomotului Barkhausen

Capitolul 1

Structura materialelor feromagnetice

1.1 Introducere

In lucrarea sa Ferromagnetismus, E.Kneller defineste magnetii ca fiind corpuri care interactioneaza intr-un mod aparent analog interactiunii electrostatice, dar care la un studiu mai atent se observa ca interactioneza prin alt tip de forte. De fapt, corpurile de acest fel, care au proprietatea de a creea câmp magnetic în jurul lor sunt constituite din materiale cu proprietati magnetice deosebite, numite materiale feromagnetice.

Faraday a fost primul care a propus o clasificare a materialelor din punct de vedere al comportarii lor magnetice. Clasificarea lui Faraday împarte materialele în:

-diamagnetice-materiale care la introducerea în câmp magnetic îsi maresc energia interna;

-paramagnetice-materiale care la introducerea în câmp magnetic îsi micsoreaza energia interna;

Desi clasificarea lui Faraday este completa si cele doua categorii nu se suprapun, aceasta clasificare nu este suficient de comoda în folosire. Mai exact, exista o multiudine de materiale cu proprietati magnetice exceptionale, astfel încât se impune introducerea de noi categorii de materiale feromagnetice. Aceste categorii se introduc pe baza unor proprietati de ordonare spontana a spiniilor elementari ce le compun: materialele feromagnetice, materiale antiferomagnetice, materiale ferimagnetice etc..

Cea mai importanta dintre aceste categorii, prin multitudinea de materiale de interes tehnologic ce le cuprinde, este categoria materialelor feromagnetice. Materialele din aceasta categorie au proprietatea ca pe domenii de dimensiuni variabile (10-6 m) dipolii elementari ce le compun se orienteaza paralel. Ca urmare, rezulta o structura microscopica de domenii, numite domenii Weiss, în care orientare dipolilor variaza relativ brusc pe grosimea peretiilor. Din datele experimentale obtinute pana în prezent, orice modificare a starii macroscopice a materialului determina modificarea structurii de domenii a materialului feromagnetic. Ca urmare, modelele matematice de studiu ale feromagneticilor trebuie sa tina cont de structura de domenii.

Pentru studiul materialelor feromagnetice s-au elaborat mai multe modele matematice dar nici unul n-a reusit sa explice pe deplin proprietatiile constatate experimental, fie datorita neajunsurilor modelului, fie datorita dificultatiilor de calcul care apar. De aceea in continuare vom prezenta pe scurt fiecare model, împreuna cu rezultatele pe care le furnizeaza si care sunt de interes pentru precizarile ce vor fi facute în lucrarea de fata.

În general, pentru studiul unui fenomen anume se folosesc rezultatele obtinute prin mai multe metode care se combina dupa necesitati. De exemplu, pentru studiul efectului Barkhausen 1 din punct de vedere teoretic se folosesc rezultate obtinute pe cale cuantica privind magnetostrictiunea si rezultatele deduse pe baza modelului micromagnetic care apoi sunt introduse în modelul de domenii Weiss, care la rândul sau este tratat pe baza unor ecuatii furnizate din termodinamica.

1.2 Modele matematice ale feromagnetismului

1.2.1 Modelul de domenii a lui Weiss

Aceasta modalitate de abordare a feromagneticilor este cea mai veche. Pe baza acestui model se poate explica destul de bine comportamentul unui material feromagnetic, dar trebuiesc folosite marimi introduse empiric, ca atare acest model este un model fenomenologic.

Weiss a presupus ca în interiorul unui feromagnetic nemagnetizat exista domenii în interiorul carora toti dipolii elementari sunt orientati paralel (domenii Weiss), delimitate de zone inguste în care magnetizarea variaza brusc pe grosimea zonei (pereti Bloch).(vezi figura 1).

Într-o stare ne magnetica, datorita orientarii haotice a domeniilor, magnetizarea medie este nula. În cazul cazul aplicarii unui câmp magnetic extern, au loc procese de modificare a acestei structuri, ceea ce face ca dupa întreruperea câmpului corpul feromagnetic sa aibe o magnetizare nenula.