Koertsitiivväli

Üks magnetiseeritud ferromagnetiline materjal saab erinevate toimingute käigus demagnetiseeritud olla. Näiteks tugeva löögi või kuumuse mõjul. Demagnetiseerimine toimub aga ka välises vastassuunalises magnetväljas. Demagnetiseerimiseks vajaliku vastuvälja tugevust nimetatakse koersitiivvälja tugevuseks.

Koersitiivvälja eksperimentaalne kontroll

Selle väite eksperimentaalseks kontrollimiseks tuleb ferromagnetiline materjal esmalt magnetiseerida. Selleks võib rauasisaldusega materjali, näiteks kruvi, hoida kahe põhjapooluse ja lõunapooluse vahele kaht püsimagnetit ning seejärel tõmmata need ettevaatlikult kruvist eemale mõlemas suunas. Nii muutub kruvi magnetiseerituks ja tõmbab seejärel magnetiliselt ligi, nt nööpnõelu.

Kruvi magnetiseeritus kaob, kui seda tugevalt kuumutada või tugevalt raputada (nt tugeva haamilöögiga). Teine võimalus kruvi demagnetiseerimiseks on see, kui ta allutada vastupidise polaarsusega magnetväljale. Sellel peab olema niinimetatud koersitiivvälja tugevus. Kui kruvi magnetiseeriti nii, et kruvi pea oli kontaktis püsimagneti põhjapoolusega ja ots vastas lõunapoolusele, siis saab kruvi demagnetiseerida, allutades selle nõrgemale ja vastassuunalisele magnetväljale. Seejuures peab kruvi pea olema kontaktis püsimagneti lõunapoolusega ja kruvi ots põhjapoolusega, täpselt vastupidi magnetiseerimisele. Kui demagnetiseerimiseks kasutataks sama tugevaid magneteid kui neid, millega magnetiseeriti, magnetiseeruks kruvi uuesti, ainult vastupidiste poolustega.

Kuidas mõõta koertsitiivvälja tugevust?

Koertsitiivvälja tugevus (Hc) on mõõt magnetmaterjali vastupanuvõime kohta demagnetiseerimisele. See määratakse hüstereesikõvera mõõtmise abil (vt joonis 1). Selleks puututatakse materjal kokku välise magnetväljaga, mille tugevust suurendatakse samm-sammult ja vähendatakse seejärel uuesti nullini. Koertsitiivvälja tugevus vastab magnetväljatugevusele, mille juures materjali magnetisatsioon langeb nulli. See väärtus on hüstereesikõveral loetav kui kõvera lõikepunkt horisontaalteljega, mille juures magnetisatsioon on null (joonisel 1 on see lõikepunkt tähistatud Hc-ga).

Eksperimentaalne seadistus hüstereesikõvera mõõtmiseks hõlmab tavaliselt uuritava materjali proovi, mähist magnetvälja tekitamiseks, magnetomeetrit proovi magnetiseerituse mõõtmiseks ning juhtseadet, mis muudab välist magnetvälja. Proov asetatakse mähisesse ning juhtseade suurendab samm-sammult mähisest läbivat voolutugevust, muudab voolu suunda ja vähendab seda taas, et tekitada tsükliline magnetväli. Proovi magnetiseeritust mõõdetakse pidevalt ja seostatakse rakendatud magnetväljaga, et koostada hüstereesikõver (joonis 2).

Joonisel 2 on kujutatud eksperimentaalne seadistus koertsitiivvälja tugevuse mõõtmiseks. Kõigepealt rakendatakse pinge U ja selle tulemusel suurendatakse mähisest läbivat voolu I järk-järgult. See viib magnetilise vootiheduse B tekkeni, mis magnetiseerib mähises oleva ferromagnetilise materjali ja põhjustab magnetvälja H, mida saab mõõta Hall-ondiga. Kui pinge U keerata nüüd nulli, ei voola mähisest enam voolu ning väline vootihedus B on null. Hall-ondi peal mõõdetud allesjäänud välitugevus Hc on siis koertsitiivvälja tugevus (vt joonis 1).

Koertsitiivväljade tugevuste bH_c ja jH_c erinevus

Selleks, et lasta materjali sees olev magnetiline vootihedus täielikult kaduda, tuleb rakendada välist magnetvälja koertsitiivvälja tugevusega H_c.

Seejuures eristatakse kahte erinevat koertsitiivvälja tugevust:

• Koertsitiivvälja tugevus bH_c on vootiheduse koertsitiivväli.
• Koertsitiivvälja tugevus jH_c, mida nimetatakse magnetiseerituse (st. magnetilise polarisatsiooni) koertsitiivväljaks.

Järgnevalt selgitatakse seda lähemalt:

Kui magnetiseeritud materjal (lühidalt: magnet) puutub kokku välja tugevusega bH_c, kaob magneti sees magnetiline vootihedus. Magneti sees on magnetiline vootihedus siis null. Seda aga ainult seetõttu, et allesjäänud magnetiseeritus kompenseeritakse täpselt vastassuunalise välise väljaga. Mõlemad väljad tühistavad teineteist materjali sees. Materjal ise on seega endiselt magnetiline. See selgub kohe, kui väline vastuväli jälle välja lülitatakse. Materjalist lähtuvad siis endiselt magnetilised jõud.

Kui välise välja tugevust suurendada kuni jH_c-ni, s.t suurendada vastassuunalise välja tugevust, siis magnet demagnetiseeritakse püsivalt.

Ülaloleval joonisel 1 on H_c-na märgitud välja tugevus bH_c. Magneti sees olev magnetiline vootihedus B on null ainult seni, kuni bH_c on rakendatud. Püsivalt demagnetiseeriv välja tugevus jH_c ei ole joonisel näidatud ja on absoluutväärtuselt suurem kui bH_c. See magnetiseerituse koertsitiivväli jH_c ei kompenseeri sugugi üksnes materjalis joondunud aatomspinide magnetvälja, vaid põhjustab ka vahetusvastastikmõju toel saavutatud spinijoondatuse stabiliseerituse kadumise. Magnetväli magneti sees on vastuväljade korral, mis ületavad bH_c, mitte null, vaid omab kindlat suurust. See on aga joondunud aatomspinidele täpselt vastassuunaline ja püüab neid ümber pöörata. Välja tugevusel jH_c suudab magnetväli ületada vahetusvastastikmõju ning viib tegelikult selleni, et aatomspinnid pööratakse ümber. Materjal on sellega demagnetiseeritud. Magnetvälja tugevuse edasisel suurendamisel joondatakse aatomspinnid uuesti vastupidises suunas. Täheldada saab uut magnetiseerumist, kuid vastupidise magnetilise polarisatsiooniga, st magneti algse polaarse jaotuse suhtes pöördpolaarsetena.