Коэрцитивная сила

У этого термина существуют и другие значения, см. Сила (значения).

Коэрцити́вная си́ла (тж.: коэрцити́вное по́ле, от лат. coercitio «удерживание») — значение напряжённости внешнего магнитного поля, необходимое для полного размагничивания ферро- или ферри- магнитного вещества. Обозначается: ${\displaystyle H_{c}}$.

Предельная петля гистерезиса ферромагнетика или ферримагнетика. По оси абсцисс отложена напряжённость магнитного поля, по оси ординат — индукция в материале. ${\displaystyle B_{sat}}$ — индукция насыщения (строго говоря, насыщения нет и пунктирные прямые наклонены, но при реальных параметрах они почти горизонтальны), ${\displaystyle B_{r}}$ — остаточная намагниченность, ${\displaystyle H_{c}}$ — коэрцитивная сила.

Единица измерения коэрцитивной силы в магнетиках совпадает с единицей напряжённости магнитного поля — в Международной системе единиц (СИ): ампер/метр, в СГС: эрстед.

Чем большей коэрцитивной силой обладает постоянный магнит, тем он устойчивее к размагничивающим воздействиям.

Понятие «коэрцитивное поле» также используется в физике электретов в значении напряжённости внешнего электрического поля (В/м), необходимой для полной деполяризации сегнетоэлектрического вещества.

Формальное определение

Семейство петель гистерезиса в координатах ${\displaystyle H-B}$ (напряжённость магнитного поля — магнитная индукция) для (анизотропной? текстурированной) (англ. grain-oriented) электротехнической стали при синусоидальном изменении полей со временем с амплитудами от 0,3 Tл до 1,7 Tл. ${\displaystyle B_{R}}$ обозначена остаточная намагниченность, ${\displaystyle H_{C}}$ — коэрцитивное поле.

Коэрцитивная сила — такое размагничивающее внешнее магнитное поле напряжённостью ${\displaystyle H}$, которое необходимо приложить к ферромагнетику, предварительно намагниченному до насыщения, чтобы довести до нуля его намагниченность ${\displaystyle M}$ или индукцию магнитного поля ${\displaystyle B}$ внутри.

Соответственно, коэрцитивная сила ${\displaystyle H_{C}}$ может определяться из кривых ${\displaystyle M(H)}$ или из кривых ${\displaystyle B(H)}$ (обозначения: ${\displaystyle H_{C}^{M}}$ или ${\displaystyle H_{C}^{B}}$). Рисунок справа отвечает варианту ${\displaystyle H_{C}=H_{C}^{B}}$.

Коэрцитивная сила ${\displaystyle H_{C}^{M}}$ всегда по модулю больше, чем ${\displaystyle H_{C}^{B}}$. Действительно, при ${\displaystyle H=H_{C}^{B}}$ вследствие соотношения

${\displaystyle B=\mu _{0}H+\mu _{0}M}$

(где ${\displaystyle \mu _{0}}$ — магнитная постоянная; записано в СИ), имеем ${\displaystyle M=-H_{C}^{B}>0}$, то есть намагниченность ${\displaystyle M}$ в этом состоянии положительна. Значит, чтобы её обнулить (для попадания в состояние ${\displaystyle H=H_{C}^{M}}$), необходимо подальше сместиться в область отрицательных ${\displaystyle H}$, по сравнению с ${\displaystyle H_{C}^{B}}$.

Магнитомягкие и магнитотвёрдые ферромагнетики

Коэрцитивная сила некоторых ферромагнитных материалов

Материал	Коэрцитивная сила (кА/м)
Супермаллой (16Fe:79Ni:5Mo)	0,0002[1]:131,133
Пермаллой (Fe:4Ni)	0,0008—0,08[2]
Железные опилки (чистота железа 0,9995 по массе)	0,004-37,4[3][4]
Электротехническая сталь (11Fe:Si)	0,032—0,072[5]
Низкоуглеродистая конструкционная сталь (1896)	0,16[6]
Ni (чистота 0,99 по массе)	0,056—23[4][7]
Магнитотвёрдый феррит (ZnxFeNi1−xO3)	1,2—16[8]
Сплав 2Fe:Co[9]	19[4]
Кобальт (чистота 0,99 по массе)	0,8—72[10]
Алнико	30—150[11]
Металлическое покрытие поверхности магнитных дисков (Cr:Co:Pt)	140[12]
Неодимовый магнит (NdFeB)	800—950[13][14]
12Fe:13Pt (Fe48Pt52)	≥980[15]
Сплав (Dy,Nb,Ga,Co:2Nd:14Fe:B)	2040—2090[16][17]
Самарий-кобальтовый магнит (2Sm:17Fe:3N, при 10 K)	<40—2800[18][19]
Самарий-кобальтовый магнит	3200[20]

По величине коэрцитивной силы магнитные материалы условно разделяются на:

• Магнитомягкие материалы — материалы с низкой коэрцитивной силой, которые намагничиваются до насыщения и перемагничиваются в относительно слабых магнитных полях напряжённостью до 4 кА/м^[21]. После перемагничивания внешне они не проявляют магнитных свойств, так как состоят из хаотически ориентированных намагниченных до насыщения областей. Примером могут служить различные стали.
• Магнитотвёрдые материалы — материалы с высокой коэрцитивной силой, которые намагничиваются до насыщения и перемагничиваются в сравнительно сильных магнитных полях напряжённостью в тысячи и десятки тысяч ампер на метр. После намагничивания магнитнотвёрдые материалы остаются постоянными магнитами из-за высоких значений коэрцитивной силы и магнитной индукции. Примерами являются редкоземельные магниты NdFeB и SmCo, бариевые и стронциевые магнитотвёрдые ферриты.

Значения коэрцитивной силы некоторых ферромагнитных материалов приведены в таблице. Коэрцитивная сила сильно зависит от текстурованности материала, режима его термообработки, направления намагничивающего поля для текстурованных и анизотропных материалов, поэтому в таблице для некоторых материалов приведены диапазоны изменения коэрцитивной силы.

Применение

Коэрцитивная сила — сильно структурно-чувствительная характеристика, и она часто используется для анализа структурных и фазовых превращений, а также для изучения дефектов кристаллической решётки, образующихся при тех или иных воздействиях на металл (пластическая деформация, облучение и др.)

Петля гистерезиса сегнетоэлектрика. По оси абсцисс отложена напряжённость электрического поля, по оси ординат — электрическое смещение в материале, ${\displaystyle D_{r}}$ — остаточная поляризованность, ${\displaystyle E_{C}}$ — коэрцитивная сила.

Аналог в сегнетоэлектриках

Существуют материалы — сегнетоэлектрики — электрические свойства которых во многом подобны магнитным свойствам ферромагнетиков. А именно, зависимость величины электрического смещения ${\displaystyle D(E)}$ от наложенного поля ${\displaystyle E}$ в них аналогична зависимостям ${\displaystyle B(H)}$ в ферромагнитной среде. Она характеризуется гистерезисом и рядом других деталей. При этом, ${\displaystyle {\vec {E}}}$ выступает эквивалентом ${\displaystyle {\vec {H}}}$, вектор поляризованности ${\displaystyle {\vec {P}}}$ — эквивалентом ${\displaystyle {\vec {M}}}$, а ${\displaystyle {\vec {D}}}$ — вместо ${\displaystyle {\vec {B}}}$. Напряжённость магнитного поля ${\displaystyle H_{C}}$ имеет аналогом ${\displaystyle E_{C}}$; он несёт смысл напряжённости внешнего электрического поля, необходимой для полной деполяризации сегнетоэлектрического вещества, и тоже именуется коэрцитивным полем. Представленные выше рассуждения о вариантах коэрцитивных сил ${\displaystyle H_{C}^{M}}$ и ${\displaystyle H_{C}^{B}}$ вполне могут быть переадресованы к ${\displaystyle E_{C}^{P}}$ и ${\displaystyle E_{C}^{D}}$.