Феромагнетики — Магнітні властивості речовини
Феромагнетики — сильно магнітні речовини, здатні намагнічуватися навіть у слабких магнітних полях. Деякі метали (залізо, нікель, кобальт, гадоліній, манган, хром та їхні сплави) з великою магнітною проникністю, що проявляють явище гістерезису; розрізняють м’які феромагнетики з малою коерцитивною силою та тверді феромагнетики з великою коерцитивною силою. Феромагнетики використовуються для виробництва постійних магнітів, осердь електромагнітів та трансформаторів.Відео YouTube
Найтиповішою властивістю є нелінійний характер процесу намагнічення
- Феромагнетики сильно втягуються в область сильнішого магнітного поля.
- Магнітна сприйнятливість феромагнетиків позитивна і значно більше одиниці.
- При не дуже високих температурах феромагнетики характеризуються спонтанною намагніченістю, яка сильно змінюється під впливом зовнішніх дій.
Властивості феромагнетиків пов’язані з наявністю у їхній структурі груп атомів, які називаються доменами, котрі вже мають узгоджену орієнтацію елементарних магнітних полів. Орієнтація полів самих доменів, яка відбувається при намагнічуванні, створює власне поле речовини значно сильніше, ніж у інших магнетиків, у яких відбувається лише часткова орієнтація елементарних полів атомів речовини. Орієнтація полів доменів значною мірою зберігається і після припинення дії зовнішнього поля. Така суть залишкового намагнічування. Проте інтенсивний тепловий рух може зруйнувати цю орієнтацію, тому за високої температури феромагнітні речовини втрачають свої магнітні властивості.
Також ферромагнетикам притаманний Ефект Барнета — намагнічування під час обертання навіть у відсутності зовнішнього магнітного поля.
Феромагнетизм виникає в речовинах, у яких як наслідок обмінної взаємодії, спінам електронів вигідно орієнтуватися паралельно. В результаті такої узгодженої орієнтації спінів виникає макроскопічний магнітний момент, який може існувати навіть без зовнішнього магнітного поля. При температурі, яка перевищує певну критичну (температура Кюрі), зумовлене тепловим рухом хаотичне розупорядкування бере гору над обмінною взаємодією й феромагнетик переходить в парамагнітний стан.
Завдяки спін-орбітальній взаємодії орієнтація спінів у неізотропних середовищах не є довільною. Кристали феромагнітних речовин характеризуються так званими осями легкого намагнічення — кристалографічними напрямками, в яких орієнтується магнітний момент феромагнетика при відсутності зовнішнього магнітного поля. У слабкому магнітному полі, якщо його напрямок не збігається з віссю легкого намагнічування, індукований магнітний момент може не збігатися з напрямком магнітного поля. В сильних магнітних полях вплив осі легкого намагнічування повністю придушується. При температурі, нижчій за температуру Кюрі, магнітні моменти електронів сусідніх атомів у феромагнетику орієнтовані паралельно, проте зазвичай ця орієнтація не поширюєтwww.sites.google.com
2. Діамагнетики, парамагнетики і феромагнетики
В залежності від значень магнітної сприятливості або магнітної проникності речовини за своїми магнітними властивостями діляться на три основні групи.
а) Діамагнетики,для яких магнітна сприятливість від’ємна і дуже мала за абсолютним значенням (порядку 10-4— 10-6). Це значить, що в діамагнетиках виникає дуже слабе намагнічення, яке має напрям протилежний зовнішньому полю. Згідно (49.5) для діамагнетиків<1.
Діамагнітними властивостями володіють азот, вода, срібло та ряд органічних сполук, наприклад вуглеводні нафти.
б) Парамагнетики, в яких магнітна сприятливість додатна, але теж мала за абсолютним значенням (10-3– 10-6). В парамагнетиків виникає слабе намагнічення в напрямі зовнішнього намагнічуючого поля. Для парамагнетиків>1.
До парамагнетиків відноситься кисень, алюміній, платина та ряд рідкоземельних елементів.
в) Феромагнетики,для яких магнітна сприятливість додатна і приймає великі значення (103– 105). Відповідно такого ж порядку буде і магнітна проникність, тобто >>1. В першу чергу феромагнітними властивостями володіє залізо (звідси і назва “феромагнетик” —Fe). До феромагнетиків відноситься ряд інших елементів: нікель, кобальт, гадоліній та окремі сплави. Для феромагнетиків магнітна сприйнятливість залежить від напруженості магнітного поля та температури.
3. Природа феромагнетизму
Р
яд
магнітних властивостей феромагнетиків
було встановлено ще в минулому столітті,
але розуміння цих властивостей дає лише
сучасна квантова фізика.
Особливі властивості феромагнетиків зумовлені наявністю в них областей спонтанного (самовільного) намагнічення, які отримали назву доменів (від французького — володіння). Домени мають розміри порядку 10-2– 10-3мм, в яких величезна кількість спінових магнітних моментів електронів строго орієнтованими в одному напрямі і причиною цього є квантові ефекти. В спонтанній орієнтації спінових моментів електронів основну роль відіграють особливі взаємодії, які в квантовій механіці називається обмінними. Обмінна взаємодія приводить до того, що в феромагнетиках енергетично вигідним є стан, при якому спіни електронів в незаповнених оболонках сусідніх атомів є паралельними в зв’язку з чим і виникає спонтанне намагнічення. Напрям спонтанного намагнічення визначається внутрішньою будовою феромагнетика. Наприклад, чисте залізо має внутрішню будову з об’ємноцентрових кубічних кристалічних решіток (рис. 49.2). Встановлено, що в такому залізі вісями найбільш легкого намагнічення є вісі куба. Це значить, що спінові магнітні моменти електронів можуть орієнтуватись в одному з шести напрямів:X;Y;Z, ці напрямки мають “перевагу” над іншими можливими напрямами в кристалі заліза.
С
прощено
механізм виникнення самих доменів можна
пояснити таким чином. Нехай весь
феромагнетик являє собою один великий
домен, в якому внаслідок обмінної
взаємодії всі спінові магнітні моменти
орієнтувались в одному напрямі вздовж
“найлегшого” намагнічення, наприклад
вздовж вісі Y (рис. 49.3а). Такий великий
домен по суті, являє собою постійний
магніт і в зовнішньому просторі існує
магнітне поле, яке володіє певною
енергією.
Відомо, що будь-яка система намагається зайняти стан з мінімальною енергією. Тому, якщо даний феромагнетик буде являти собою сукупність двох доменів з протилежними напрямами намагнічення (рис. 49.3б), то зовнішнє магнітне поле буде меншим, відповідно такий стан феромагнетика буде більш енергетично вигідним, ніж попередній. На (рис. 49.3в) вказаний такий випадок, коли взагалі зовнішнє магнітне поле відсутнє. Тут феромагнетик “розбився” на такі окремі домени, де їх магнітні поля замикаються і даний стан феромагнетика стає найбільш енергетично вигідним.
Існування
доменів в феромагнетиках експериментально
доведено різними дослідами. Наприклад,
один з методів полягає в утворенні
порошкових структур. Так, якщо на
відполіровану поверхню феромагнетика
нанести шар рідини, в якій знаходиться
надзвичайно дрібні крупинки феромагнітного
порошку Fe
studfile.net
Ферромагнетики — Википедия. Что такое Ферромагнетики
Ферромагнетик — упорядочивание магнитных моментов.Ферромагне́тики — вещества (как правило, в твёрдом кристаллическом или аморфном состоянии), в которых ниже определённой критической температуры (точки Кюри) устанавливается дальний ферромагнитный порядок магнитных моментов атомов или ионов (в неметаллических кристаллах) или моментов коллективизированных электронов (в металлических кристаллах). Иными словами, ферромагнетик — такое вещество, которое (при температуре ниже точки Кюри) способно обладать намагниченностью в отсутствии внешнего магнитного поля.
Свойства ферромагнетиков
- Магнитная восприимчивость ферромагнетиков положительна и значительно больше единицы.
- При не слишком высоких температурах ферромагнетики обладают самопроизвольной (спонтанной) намагниченностью, которая сильно изменяется под влиянием внешних воздействий.
- Для ферромагнетиков характерно явление гистерезиса.
- Ферромагнетики притягиваются магнитом.
Представители ферромагнетиков
Среди химических элементов
Среди химических элементов ферромагнитными свойствами обладают переходные элементы Fe, Со и Ni (3d-металлы) и редкоземельные металлы Gd, Tb, Dy, Ho, Er (см. Таблицу 1).
Таблица 1. — Ферромагнитные металлы
|
|
Js0 — величина намагниченности единицы объёма при абсолютном нуле температуры, называемая спонтанной намагниченностью. Tc — точка Кюри (критическая температура, выше которой ферромагнитные свойства исчезают, и вещество становится парамагнетиком).
Для 3d-металлов и для гадолиния (Gd) характерна коллинеарная ферромагнитная атомная структура, а для остальных редкоземельных ферромагнетиков — неколлинеарная (спиральная и др.; см. Магнитная структура).
Среди соединений
Ферромагнитны также многочисленные металлические бинарные и более сложные (многокомпонентные) сплавы и соединения упомянутых металлов между собой и с другими неферромагнитными элементами, сплавы и соединения хрома (Cr) и марганца (Mn) с неферромагнитными элементами (так называемые гейслеровы сплавы), например, сплав Cu2MnAl, соединения ZrZn2 и ZrxM1−xZn2 (где М — это Ti, Y, Nb или Hf), Au4V, Sc3In и др. (Таблица 2), а также некоторые соединения металлов группы актиноидов (например, UH3).
| Соединение | Tc, К | Соединение | |
|---|---|---|---|
| Fe3AI | 743 | TbN | 43 |
| Ni3Mn | 773 | DyN | 26 |
| FePd3 | 705 | EuO | 77 |
| MnPt3 | 350 | MnB | 578 |
| CrPt3 | 580 | ZrZn2 | 35 |
| ZnCMn3 | 353 | Au4V | 42—43 |
| AlCMn3 | 275 | Sc3ln | 5—6 |
Другие известные
Особую группу ферромагнетиков образуют сильно разбавленные растворы замещения парамагнитных атомов (например, Fe или Со) в диамагнитной матрице Pd. В этих веществах атомные магнитные моменты распределены неупорядоченно (при наличии ферромагнитного порядка отсутствует атомный порядок). Ферромагнитный порядок обнаружен также в аморфных (метастабильных) металлических сплавах и соединениях, аморфных полупроводниках, в обычных органических и неорганических стёклах, халькогенидах (сульфидах, селенидах, теллуридах) и т. п. Число известных неметаллических ферромагнетиков пока невелико. Это, например, оксид хрома(IV) и ионные соединения типа La1−xCaxMnO3(0,4 > x > 0,2), EuO, Eu2SiO4, EuS, EuSe, EuI2, CrB3 и т. п. У большинства из них точка Кюри лежит ниже 1 К. Только у соединений Eu, халькогенидов, CrB3 значение Q составляет порядка 100 К.
См. также
Примечания
Литература
wiki.sc
Діамагнетики — Магнітні властивості речовини
Діамагнетик намагнічуються в напрямку, зворотному полю, і виштовхуються з областей з більш сильним полем. Для них х1 і мають мінусові значення. Парамагнетики також мають дуже низькі значення х, але вони намагнічуються в напрямку,паралельному полю. Феромагнітні тіла при температурах точки Кюрі (фазовий перехід II роду) втрачають свій феромагнетизм. Для Fe, Co і Ni ця температура відповідно дорівнює 770; 1150 і 360 С.Діамагнетик підрозділяються на класичні, аномальні і надпровідники. Допершої підгрупи відносять інертні гази, деякі метали (цинк, золото, ртуть і ін), елементи типу кремнію і фосфору, багато органічні сполуки.
Діамагнетик і парамагнетики мають магнітну проникність, близьку до одиниці, і за магнітними властивостями знайшлисобі обмежене застосування в техніці.
Діамагнетик — це речовини, атоми, іони або молекули яких не мають результуючого магнітного моменту при відсутності зовнішнього поля.Діамагнетик і парамагнетики іноді об’єднують під назвою слабомагнітнихречовин, що не володіють атомною магнітним порядком, а феромагнетики і феррімагнетіках — під назвою сільномагнітних речовин, що володіють атомною магнітним порядком; для антиферомагнетиків характерний атомний магнітний порядок, але кількісно цей ефект дуже малий.
Діамагнетик і парамагнетики поводяться в зовнішньому магнітному полі по-різному. Стерженек з діамагнітного речовини встановлюється в сильному однорідному зовнішньому магнітному полі перпендикулярно лініям магнітної індукції, а в неоднорідному магнітному полівиштовхується з області більш сильного поля. Стерженек з парамагнітного речовини встановлюється в сильному однорідному зовнішньому магнітному полі паралельно лініям магнітної індукції, а в неоднорідному магнітному полі втягується в область більш сильногополя. Від чого залежить настільки різне поведінка пара-і діамагнетиків.
Діамагнетик і парамагнетики мають магнітну проникність, близьку до одиниці, і за магнітними властивостями знайшли собіобмежене застосування в техніці.
На Діамагнетик в магнітному полі діє сила, яка майже не залежить від температури. У практичних цілях ця незалежність від температури може бутивикористана для ідентифікації тієї частини сили, що виникає в магнітному полі, яка відповідальна за діамагнетизм.
Порівнюючи Діамагнетик і парамагнетики, ми легко виявляємо, чим вони відрізняються: парамагнетики складаються з атомів або молекул, що маютьмагнітні моменти, а Діамагнетик — з атомів або молекул, магнітні моменти яких дорівнюють нулю. Тепер ми покажемо, що наше спостереження зафік
www.sites.google.com
Ферромагнетик — это… Что такое Ферромагнетик?
Определение
Ферромагнетики — вещества (как правило, в твёрдом кристаллическом или аморфном состоянии), в которых ниже определённой критической температуры (точки Кюри) устанавливается дальний ферромагнитный порядок магнитных моментов атомов или ионов (в неметаллических кристаллах) или моментов коллективизированных электронов (в металлических кристаллах). Ландау предсказал существование диамагнетизма свободных электронов.
Свойства ферромагнетиков
- Ферромагнетики сильно втягиваются в область более сильного магнитного поля.
- Магнитная восприимчивость ферромагнетиков положительна и значительно больше единицы.
- При не слишком высоких температурах ферромагнетики обладают самопроизвольной (спонтанной) намагниченностью, которая сильно изменяется под влиянием внешних воздействий.
Представители ферромагнетиков
Среди химических элементов
Среди химических элементов ферромагнитны переходные элементы Fe, Со и Ni (3 d-металлы) и редкоземельные металлы Gd, Tb, Dy, Er. (См. Таблицу 1)
Таблица 1. — Ферромагнитные металлы
|
|
¹ Js0 — величина намагниченности единицы объёма при абсолютном нуле температуры, называемая спонтанной намагниченностью.
² Tc — критическая температура, связанная с фазовым переходом из парамагнитного в ферромагнитное состояние, называемая точкой Кюри.
Для 3d-металлов и Gd характерна коллинеарная ферромагнитная атомная структура, а для остальных редкоземельных ферромагнетиков — неколлинеарная (спиральная и др.; см. Магнитная структура).
Среди соединений
Ферромагнитны также многочисленные металлические бинарные и более сложные (многокомпонентные) сплавы и соединения упомянутых металлов между собой и с другими неферромагнитными элементами, сплавы и соединения Cr и Mn с неферромагнитными элементами (так называемые Гейслеровы сплавы), соединения ZrZn2 и ZrxM1-xZn2 (где М — это Ti, Y, Hf), Au4V, Sc3In и др. (Таблица 2), а также некоторые соединения металлов группы актиноидов (например, UH3).
| Соединение | Tc, К | Соединение | Tc, К |
|---|---|---|---|
| Fe3AI | 743 | TbN | 43 |
| Ni3Mn | 773 | DyN | 26 |
| FePd3 | 705 | EuO | 77 |
| MnPt3 | 350 | MnB | 578 |
| CrPt3 | 580 | ZrZn2 | 35 |
| ZnCMn3 | 353 | Au4V | 42–43 |
| AlCMn3 | 275 | Sc3ln | 5–6 |
Другие известные
Особую группу ферромагнетиков образуют сильно разбавленные растворы замещения парамагнитных атомов, например Fe или Со в диамагнитной матрице Pd. В этих веществах атомные магнитные моменты распределены неупорядоченно (при наличии ферромагнитного порядка отсутствует атомный порядок). Ферромагнитный порядок обнаружен также в аморфных (метастабильных) металлических сплавах и соединениях, аморфных полупроводниках, в обычных органических и неорганических стёклах, халькогенидах (сульфидах, селенидах, теллуридах) и т. п. Число известных неметаллических ферромагнетиков пока невелико. Это, например, ионные соединения типа La1-x CaxMnO5(0,4 > x > 0,2), EuO, Eu2SiO4, EuS, EuSe, EuI2, CrB3 и т. п. У большинства из них точка Кюри лежит ниже 1 К. Только у соединений Eu, халькогенидов, CrB3 значение Q ~ 100 К.
Применение
Литература
См. также
Wikimedia Foundation. 2010.
biograf.academic.ru