А зависят ли магнитные свойства ферромагнетика от величины приложенного магнитного поля? Оказывается, зависят, и очень сильно. Эту зависимость лучше всего изобразить — графически. Отметим по горизонтали напряженность внешнего магнитного поля Н. Она пропорциональна силе тока в катушке. А по вертикали отложим магнитную индукцию в магнитопроводе В. На начальном участке кривой при малом токе в катушке индукция возрастает не очень быстро. Домены поворачиваются в направлении поля как бы нехотя. Затем магнитная индукция возрастает быстрее. В этой части кривая намагничивания идет круто вверх. Наконец, все домены поворачиваются по полю и индукция перестает расти. Кривая намагничивания теперь идет почти горизонтально, и магнитная проницаемость резко падает. Это явление называется насыщением, а предельная величина индукции в магнитопроводе — индукцией насыщения В_НАС. То, что у нас получилось, называется основной кривой намагничивания.

Магнитное поле кругового тока.

Еще более интересные явления произойдут, если мы доведем ферромагнетик до насыщения и будем уменьшать внешнее поле. В этом случае разные ферромагнетики ведут себя по-разному. У магнитомягких материалов, к которым относится, например, железо, индукция будет уменьшаться и исчезнет вместе с внешним полем. Из магнитомягких материалов делают сердечники электромагнитов, используемых, например в реле. Пока в обмотке течет ток, магнитопровод намагничен и притягивает магнитные предметы. Но стоит ток выключить, как все магнитные свойства сердечника исчезают, и он остается таким же простым куском железа, каким и был раньше. Иначе обстоят дела у магнитотвердых материалов. Ток в катушке можно уменьшить до нуля, но намагниченность магнитопровода не исчезает! Он продолжает притягивать ферромагнитные предметы. Собственно, именно так и изготавливают постоянные магниты в форме подковы, бруска или магнитной стрелки компаса.

Круговые токи в атомах приводят к намагничиванию тела, как целого.

Магнитное поле катушки.

На нашей кривой линия раздваивается: при увеличении напряженности магнитного поля мы движемся по уже знакомой кривой намагничивания, а при уменьшении — по другой кривой, проходящей заметно выше. И когда ток в катушке, а следовательно, и Н обращаются в нуль, индукция магнитопровода не исчезает, а остается равной некоторой величине В_ост, которая так и называется — остаточная индукция. Чтобы размагнитить сердечник, надо пустить ток противоположного направления. Напряженность поля, при которой индукция В обратится в нуль, называется коэрцитивной силой Н_с. Чем больше коэрцитивная сила, тем труднее размагнитить данный ферромагнетик.

Кривая намагничивания.

Если еще увеличить в катушке ток противоположного направления, мы снова намагнитим магнитопровод, но его полюсы поменяются местами. Опять можно прийти к индукции насыщения В_нас, уменьшив ток до нуля, — к остаточной индукции В_ост, и т. д. Периодически перемагничивая магнитопровод, мы получаем некоторую замкнутую кривую, называемую петлей гистерезиса. Чем больше площадь петли, тем большую работу надо затратить на перемагничивание ферромагнетика.

Петля гистерезиса.

Доменная теория легко объясняет все описанные явления. Первоначально домены — элементарные магнитики вещества — расположены хаотично. Внешнее поле ориентирует их, и уже повернувшиеся домены помогают своим полем и остальным повернуться в том же направлении. Этим объясняется возрастание крутизны кривой намагничивания при умеренных полях. При насыщении все домéны повернулись по направлению поля и индукция возрастать более не может. Ну а когда внешнее поле исчезает, домены магнитотвердого ферромагнетика сохраняют свою ориентацию, создавая остаточную индукцию.

Теперь становится ясно, какой материал нужен для рабочего ферромагнитного слоя магнитной ленты. Магнитомягкий материал не подходит: запись на нем исчезает сразу, как только данный участок ленты пройдет мимо головки. Нужен магнитотвердый материал с большой остаточной индукцией. Чем она больше, тем большим может быть уровень записи.

Для стирания записи используют высокочастотный способ размагничивания ленты. В стирающую головку подается переменный ток высокой частоты 40… 100 кГц. Каждый участок ленты, проходя мимо зазора головки, несколько раз перемагничивается от насыщения до насыщения. Но затем, по мере удаления этого участка от зазора, перемагничивание будет происходить все в меньших пределах. На графике это можно изобразить спиралью сложной формы, состоящей из ряда все уменьшающихся петель гистерезиса. Для хорошего стирания необходимо, чтобы за время прохождения зазора головки пленка перемагнитилась много раз (не менее 100… 200). В результате остаточная индукция ленты станет равной нулю.

Запись с высокочастотным подмагничиванием.

Запись с подмагничиванием постоянным током.

Стереть запись с магнитной ленты можно и не перематывая ее лентопротяжным механизмом. Для этого достаточно поместить ленту (на катушке или в кассете) в сильное магнитное поле. Поэтому остерегайтесь оставлять кассету рядом с источниками постоянных или переменных магнитных полей: трансформаторами, магнитами, стабилизаторами напряжения, двигателями.

Теперь мы подошли к обсуждению самых главных процессов в магнитной записи — процессов собственно записи и воспроизведения. Казалось бы, чего проще — подать ток звуковой частоты в обмотку головки и получить запись. Запись, конечно, получится, но качество ее будет очень низким. Чтобы понять, в чем здесь дело, достаточно посмотреть на основную кривую намагничивания материала пленки.

Она показана для намагничивания в обоих направлениях. Поскольку начальный участок кривой пологий, намагничивание пленки при слабых сигналах происходит плохо. Если на головку подается синусоидальный звуковой сигнал, то остаточная индукция пленки оказывается далеко не синусоидальной. Исправить положение можно, подав в головку постоянный ток подмагничивания и сместив начальную точку на крутой и более или менее линейный участок кривой. Но это плохой выход, так как динамический диапазон записи получается небольшим, а в паузах записи возникает шум намагниченной пленки. Поэтому во всех современных магнитофонах применяют подмагничивание высокочастотным током, обычно той же частоты, которая используется и для стирания старой записи.

При высокочастотном подмагничивании в обмотку головки подаются сразу два сигнала: один звуковой частоты и переменной амплитуды, а другой — высокочастотный и постоянной амплитуды. Высокочастотное магнитное поле как бы раскачивает домены ферромагнетика, разрушая жесткие связи между ними и облегчая намагничивание пленки. Очень важен правильный выбор тока подмагничивания — высокочастотные колебания должны выводить наложенные на них звуковые на середину крутого участка кривой намагничивания.