Для характеристики явища намагнічування речовини вводиться величина Iназиваемая намагниченностью речовини. Намагніченість в СІ визначається формулою
Для феромагнітних тел намагніченість Iявляется складної нелінійної функцією B0. Залежність I від величини В / μ0 називається кривою на-намагніченість (рис.2). Крива вказує на явище магнітного насичення: починаючи з деякого значення В / μ0 = В0н / μ0. намагніченість практично залишається постійною, рівною Iн (намагніченість насичення).
Магнітним гістерезисом (Від грецького «hysteresis» - відставання слідства від його причини) феромагнетика називається відставання зміни величини намагніченості феромагнітної речовини від зміни зовнішнього магнітного поля, в якому знаходиться речовина. Найважливішою причиною магнітного гістерезису є характерна для феромагнетика залежність його магнітних характеристик (μ, I) не тільки від стану речовини в даний момент, але і від значень величин μ і I в попередні моменти часу. Таким чином, суще-ствует залежність магнітних властивостей від попередньої намагніченості речовини.
Петлею гистерезиса називається крива залежності зміни величини намагніченості феромагнітного тіла, поміщеного в зовнішнє магнітне поле, від зміни індукції цього поля від + В / μ0 до - У / μ0 і назад. Значення + В / μ0 відповідає намагніченості насичення Iн. Для того щоб повністю розмагнітити феромагнітна тіло, необхідно змінити на-правління зовнішнього поля. При деякому зна-чении магнітної індукції - В0к, якої відпо-ветствует величина В0к / μ0. звана коерцитивної (затримує) сілoй, намагнічений-ність I тіла стане рівною нулю.
Коерцитивна сила і форма петлі гистерезиса характеризують властивість феромагнетика зберігати залишкове намагнічування і визначають використан-ня ферромагнетиков для різних цілей. Ферромагнетики з широкою петлею ги-стерезіса називаються жорсткими магнітними матеріалами (вуглецеві, воль-фрамовие, хромові, алюмінієво-нікелеві та інші стали). Вони володіють великою коерцитивної силою і використовуються для створення постійних магнітів різної форми (смугових, підковоподібних, магнітних стрілок). До м'яких магнітним матеріалам, які малої коерцитивної силою і вузькою петлею гистерезиса, відносяться залізо, сплави заліза з нікелем. Ці матеріали викорис-ся для виготовлення сердечників трансформаторів, генераторів і інших пристроїв, за умовами роботи яких відбувається перемагнічування в пере-сних магнітних петлях. Перемагнічування феромагнетика пов'язане з поворотом областей мимовільного намагнічування. Робота, необхідна для це-го, відбувається за рахунок енергії зовнішнього магнітного поля. Кількість теплоти, що виділяється при перемагничивании, пропорційно площі петлі гістерезису.
При температурах менших точки Кюрі будь феромагнітна тіло складається з доменів - малих областей з лінійними розмірами порядку 10 -2 -10 -3 см, всередині яких існує найбільша величина намагніченості, що дорівнює намагніченості насичення. Домени називаються інакше областями самопроіз-вільної намагніченості. Під час відсутності зовнішнього магнітного поля вектори магнітних моментів від-ділових доменів орієнтовані всередині феромагнетика абсолютно безладний-но, так що сумарний магнітний момент всього тіла дорівнює нулю (рис.). Під впливом зовнішнього магнітного поля у феромагнетиках відбувається поворот уздовж поля магнітних моментів не окремих атомів або молекул, як в Парамаг-нетіках, а цілих областей мимовільної намагніченості - будинку-нів. При збільшенні зовнішнього поля розміри доменів, намагні-чинних уздовж зовнішнього поля, ростуть за рахунок зменшення розмірів доменів з дру-шими (не співпадають з напрямком зовнішнього поля) орієнтаціями. При досить сильному зовнішньому магнітному полі все феромагнітна тіло виявляється намагніченим. Величина намагнічений-ності досягає максимального значення - настає магнітне насичення. Під час відсутності зовнішнього поля частина магнітних моментів до-менів залишається орієнтованою, і цим пояснюється існування залишкової намагніченості і можливість створення постійних магнітів.
Парамагнітні речовини характеризуються тим, що намагнічуються у зовнішньому магнітному полі; якщо ж це поле вимкнути, парамагнетики повертаються в ненамагніченого стан. Намагніченість в феромагнетиках зберігається і після виключення зовнішнього поля. На рис. 2 представлена типова петля гистерезиса для магнітно-твердого (з великими втратами) феромагнітного матеріалу. Вона характеризує неоднозначну залежність намагніченості магнітовпорядкованих матеріалу від напруженості намагнічує поле. Зі збільшенням напруженості магнітного поля від вихідної (нульовий) точки (1) намагнічування йде по штриховий лінії 1-2, причому величина m істотно змінюється в міру того, як зростає намагніченість зразка. У точці 2 досягається насичення, тобто при подальшому збільшенні напруженості намагніченість більше не збільшується. Якщо тепер поступово зменшувати величину H до нуля, то крива B (H) вже годі було колишнім шляхом, а проходить через точку 3, виявляючи як би "пам'ять" матеріалу про "минулої історії", звідки і назва "гістерезис". Очевидно, що при цьому зберігається деяка залишкова намагніченість (відрізок 1-3). Після зміни напрямку намагнічує поле на зворотне крива В (Н) проходить точку 4, причому відрізок (1) - (4) відповідає коерцитивної силі, яка перешкоджає розмагнічування. Подальше зростання значень (-H) призводить криву гістерезису в третій квадрант - ділянку 4-5. Наступне за цим зменшення величини (-H) до нуля і потім зростання позитивних значень H призведе до замикання петлі гистерезиса через точки 6, 7 і 2.
Мал. 2. ТИПОВА петлі гістерезису для магнітно-твердого феромагнітного матеріалу. У точці 2 досягається магнітне насичення. Відрізок 1-3 визначає залишкову магнітну індукцію, а відрізок 1-4 - коерцитивної силу, що характеризує здатність зразка протистояти розмагнічування.
Магнітно-тверді матеріали характеризуються широкою петлею гистерезиса, що охоплює значну площу на діаграмі і тому відповідної великим значенням залишкової намагніченості (магнітної індукції) і коерцитивної сили. Вузька петля гистерезиса (мал. 3) характерна для магнітно-м'яких матеріалів - таких, як м'яка сталь і спеціальні сплави з великою магнітною проникністю. Такі сплави і були створені з метою зниження обумовлених гістерезисом енергетичних втрат. Більшість подібних спеціальних сплавів, як і ферити, володіють високим електричним опором, завдяки чому зменшуються не тільки магнітні втрати, а й електричні, обумовлені вихровими струмами.
Мал. 3. ТИПОВА петлі гістерезису для магнітно-м'якого матеріалу (наприклад, заліза). Оскільки площа петлі пропорційна втратам енергії, такі матеріали слабо чинять опір розмагнічування і характеризуються малими втратами енергії.
Магнітні матеріали з високою проникністю виготовляються шляхом відпалу, здійснюваного витримкою при температурі близько 1000 ° С, з подальшим відпуском (поступовим охолодженням) до кімнатної температури. При цьому дуже істотні попередня механічна і термічна обробка, а також відсутність в зразку домішок. Для сердечників трансформаторів на початку 20 ст. були розроблені крем'янисті стали, величина m яких зростала зі збільшенням вмісту кремнію. Між 1915 і 1920 з'явилися пермаллои (сплави Ni з Fe) з характерною для них вузької і майже прямокутною петлею гістерезису. Особливо високими значеннями магнітної проникності m при малих значеннях H відрізняються сплави гіпернік (50% Ni, 50% Fe) і му-метал (75% Ni, 18% Fe, 5% Cu, 2% Cr), тоді як в Пермінвар (45 % Ni, 30% Fe, 25% Co) величина m практично постійна широких межах зміни напруженості поля. Серед сучасних магнітних матеріалів слід згадати супермаллой - сплав з найвищою магнітною проникністю (до його складу входить 79% Ni, 15% Fe і 5% Mo).