Феромагнетики

Тип: Реферат.
Наука: Фізика.
Формат: docx.
К-сть сторінок: 24.
Короткий опис:

Зміст
Вступ
Феромагнетики. Антиферомагнетики. Феримагнетики
Елементарна теорія феромагнетизму
Магнітомеханічні (гіромагнітні) явища
Рух парамагнітних і діамагнітних тіл у магнітному полі
Висновки
Список використаної літератури

Вступ

Феромагнетизм, один з магнітних станів кристалічних, як правило, речовин, що характеризується рівнобіжною орієнтацією магнітних моментів атомних носіїв магнетизму. Рівнобіжна орієнтація магнітних моментів установлюється при температурах Т нижче критичної Q і обумовлена позитивним значенням енергії міжелектронної обмінної взаємодії.

Феромагнітна упорядкованість магнітних моментів у кристалах (атомна магнітна структура – колінеарна або неколінеарна) безпосередньо спостерігається і досліджується методами магнітної нейтронографії.

Речовини, у яких встановився феромагнітний порядок атомних магнітних моментів, називають феромагнетиками. Магнітна сприйнятливість ферромагнетиків позитивна (с > 0) У магнітному відношенні всі речовини можна розділити на слабомагнітні ( парамагнетики й діамагнетики) і сильнонамагнічені (феромагнетики).

Феромагнітні речовини відрізняються від парамагнітних не тільки дуже великим значенням магнітної проникності і її залежністю від напруженості поле, але і дуже своєрідним зв’язком між намагнічуванням і напруженістю що намагнічує поле. Ця особливість знаходить своє вираження в явищі гистерезиса з усіма його наслідками: наявністю залишкового намагнічування і коерцитивної сили.

Пара- і діамагнетики при відсутності магнітного поля ненамагнічені і характеризуються однозначною залежністю J від Н.

Феромагнетиками називають речовини (тверді), що можуть мати спонтанну намагніченість, тобто намагнічені вже при відсутності зовнішнього магнітного поля. Типові представники феромагнетиків – це залізо, кобальт і багато їхніх сплавів.

Феромагнетики. Антиферомагнетики. Феримагнетики

Сильномагнітні властивості спостерігаються в речовинах лише в твердому стані, які складаються переважно з атомів із незабудованими внутрішніми електронними оболонками. Це в першу чергу феромагнітні матеріали: залізо (Fe), кобальт (Co), нікель (Nі) та їхні сплави. При низьких температурах феромагнітні властивості мають також чисті хімічні елементи групи лантанідів (гадоліній, тербій, диспрозій, гольмій, ербій і тулій). Атоми феромагнетиків мають нескомпенсовані власні магнітні моменти, які внаслідок внутрішніх взаємодій можуть набувати певної впорядкованої просторової орієнтації, тобто намагніченості. Речовини, які за певних умов мають самодовільну (спонтанну) намагніченість, а величина магнітної сприйнятливості залежить від напруженості зовнішнього магнітного поля та попередньої історії, називають феромагнетиками. Цей термін походить від латинської назви основного їх представника — заліза. Особливістю феромагнетиків є те, що вони можуть мати макроскопічну намагніченість без зовнішнього магнітного поля. В цьому відношенні магнітні властивості феромагнетиків значною мірою подібні до електричних властивостей сегнетоелектриків. Тому і загальнотеоретичні уявлення про ці два класи речовин подібні. Проте необхідно мати на увазі, що феромагнітні властивості речовин почали вивчатись значно раніше сегнетоелектричних і теорія сегнетоелектриків розроблялась подібно до теорії феромагнетиків. Магнітна сприйнятливість феромагнетиків х>0 і може досягати значень 100—105. Зовнішнє магнітне поле всередині феромагнетиків підсилюється в сотні і тисячі разів.

Дослідження феромагнетиків почалося з експериментальних робіт, які провів, починаючи з 1871 p., російський фізик О. Г. Столетов. Перші ідеї про механізм намагнічування висловлював ще в 1892 р. російський фізик Б. Л. Розінг, однак першу напівфеноменологічну кількісну теорію розробив французький фізик П. Вейсс у 1907 р. Явище гістерезису відкрив у 1880 р. Варбург.

Розглянемо основні властивості феромагнетиків та механізм намагнічування їх на основі феноменологічних уявлень. Як зазначалося, намагнічування діамагнетиків полягає у виникненні мікроскопічних індукційних струмів і відповідно додаткових магнітних моментів частинок речовини, напрямлених проти зовнішнього магнітного поля. У парамагнетиках хаотично орієнтовані власні моменти частинок речовини в зовнішньому магнітному полі набувають переважаючої орієнтації в напрямі поля. Значно складніший механізм намагнічування феромагнетиків. За гіпотезою Вейсса, яка пізніше підтвердилася експериментальне, завдяки наявності внутрішнього молекулярного поля в стані повного розмагнічення феро-мегнетики розпадаються на велику кількість малих, розмірами від тисячних до десятих долей міліметра, мікроскопічних областей спонтанного намагнічення (доменів або областей Вейсса), кожна з яких намагнічена до насичення. Магнітний момент доменів в середньому в 1016 разів більший від магнітного момента атома. Якщо немає зовнішнього магнітного поля, магнітні моменти різних доменів напрямлені в просторі хаотично. Тому феромагнетик в цілому ненамагнічений. Розпад феромагнетика на домени енергетичне вигідний. Наявність доменів підтверджується експериментально за допомогою магнітних порошків, які після нанесення на поліровану поверхню феромагнетика осідають переважно на межах доменів, окреслюючи їхні розміри і форму. Намагнічення феромагнетиків у зовнішньому полі полягає в переорієнтації векторів намагніченості доменів у напрямі прикладеного поля, яке включає зміщення, обертання і пара процес.

Зміщення полягає у зміні меж між доменами. Ті домени, напрям орієнтації магнітного моменту яких близький до напряму зовнішнього магнітного поля, починають збільшуватись за рахунок доменів, енергетичне менш вигідних. При такому зміщенні домени можуть змінювати розміри, форму і власну енергію. Перешкоджають процесу зміщення дислокації, дефекти кристалічної решітки, домішки, макротріщини та ін. Процес обертання полягає в повороті вектора намагнічення М. окремих доменів у напрямі поля. Фактором протидії таким поворотам може бути магнітна анізотропія феромагнетика, яка полягає в залежності магнітних властивостей кристалів від напряму намагнічення. Спочатку магнітні моменти доменів напрямлені вздовж осей легкого намагнічення, які взагалі можуть не збігатися з напрямом зовнішнього поля. Поворот намагніченості доменів пов’язаний з затратою енергії за рахунок енергії зовнішнього поля.

Парапроцес (або справжнє намагнічування) полягає у збільшенні абсолютної величини спонтанної намагніченості Ms феромагнетиків під дією зовнішнього магнітного поля Н. Парапроцес настає при Н >Я5 і зумовлений орієнтацією в полі Н елементарних носіїв магнетизму (спінових і орбітальних магнітних моментів атомів або іонів), які залишились незорієнтованими в напрямі зовнішнього магнітного поля внаслідок дії теплового руху. Пара¬процес є завершальним у намагнічуванні феромагнетиків, на якому із збільшенням Я намагнічення Ms прямує до абсолютного насичення, тобто до намагніченості, яку мав би феромагнетик при абсолютному нулі температури, коли всі носії магнетизму повністю зорієнтовані. Взагалі парапроцес дає малий вклад у намагнічування феромагнетиків.

При внесенні ненамагніченого феромагнетика в наростаюче зовнішнє магнітне поле Н його вектор намагнічення М змінюється нелінійно (рис. 9.5). Криву М (Н) називають кривою першого намагнічення. На ній можна виділити п’ять ділянок. Ділянка І — це область оборотного намагнічення. Вона зумовлена пружним зміщенням меж доменів. Ділянка ІІ — зумовлена оборотним і необоротним зміщенням меж доменів. Для неї спостерігається квадратична залежність М (Н). Ділянка ІІІ — зумовлена лише необоротним зміщенням меж доменів і тут спостерігається швидкий ріст М(Н), що відповідає найбільшій магнітній проникності феромагнетика. В області IV відбувається перехід до насичення намагнічення. Ця область зумовлена переважно обертанням магнітних моментів доменів. Область V називають областю парапроцесу, в якій спостерігається дуже слабке наростання кривої М (Н). Отже, намагнічення феромагнетиків не збільшується безмежно при збільшенні напруженості поля, а має межу, яку називають намагніченістю насичення. Існування такої межі свідчить проте, що намагніченість феромагнетиків, як і парамагнетиків, пов’язана з переорієнтацією магнітних моментів структурних одиниць речовини.

Завантажити  Завантажити