Магнитные свойства твердых тел реферат
Обновлено: 07.07.2024
Cамое простое деление тел по магнитным свойствам сводится к выделению слабомагнитных и сильномагнитных тел. известно также деление веществ по магнитным свойствам на диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики, антиферромагнетики и ферримагнетики.
Впервые деление веществ по магнитным свойствам предложил уже более ста лет назад М.Фарадей. Он помещал образцы различных веществ в неоднородное магнитное поле и обнаружил, что часть из них втягивается из области с малой индукцией в область большей индукции и устанавливается вдоль линии индукции поля, а часть выталкивается из области магнитного поля с большим значением индукции, устанавливаясь поперёк линии индукции. первую группу он назвал парамагнетикой(вдоль), вторую- диамагнетикой(поперёк).
Среди парамагнетиков бала обнаружена группа веществ, обладающая особо сильными свойствами, как бы сверхпарамагнетики. К ним в первую очередь относятся железо, никель и кобальт. впоследствии их выделили в особый класс ферромагнитных веществ.
Все эти вещества характеризуются различной магнитной проницаемостью μ: для диамагнетиков μ 1, но и в том и в другом случае μ лишь незначительно отличаются от единицы. для ферромагнетиков μ>>1. Но не только в этом отличие ферромагнитных свойств.
Магнитная проницаемость ферромагнетиков μ не является постоянной величиной, а зависит от индукции внешнего поля В0. Характер данной зависимости приведён на рисунке 45в.
Ферромагнетики обладают остаточным магнетизмом, т.е. могут сохранять намагниченность и при отсутствии внешнего намагничивающего поля.
Для ферромагнетиков характерен магнитный гистерезис - явление, возникающее при перемагничивании ферромагнитного образца. Сущность магнитного гистерезиса состоит в том, что изменение намагничивание образца I отстаёт от изменений индукции магнитного поля В0. При этом I=В-В0=(μ-1)В0. при некоторой температуре, называемой точкой Кюри, ферромагнетик теряет ферромагнитные свойства и превращается в обычный парамагнетик.
6.4. Диамагнетизм. Влияние магнитного поля на орбитальное движение электронов
Атомы диамагнитных веществ, при отсутствии внешнего намагничивающего поля не имеют магнитного момента. Орбитальные и спиновые моменты всех электронов этих атомов скомпенсированы. Если же диамагнитное тело поместить в магнитное поле, то в нём возникнет дополнительный магнитный момент, направленный против поля. Как это объяснить?
Объяснение основано на применении к атому, помещённому в магнитное поле, правило Ленца. В момент включения магнитного поля или внесении диамагнитного вещества в область, где поле уже есть, в атомах должны возникнуть индукционные токи. В действительности в атоме движутся электроны, а магнитное поле как-то изменяет движение этих электронов и эквивалентный этому движению электронов ток. Но для простоты объяснения будем говорить об индукционном токе. Согласно правилу Ленца направление индукционного тока таково, что поле, им созданное, направлено против намагничивание поля В0. Возникший дополнительный орбитальный магнитный момент электрона направлен против поля. Данный эффект продолжается и после исчезновения э.д.с. индукции, когда магнитное поле не меняется. Объясняется это отсутствием сопротивления движению электронов в атоме, вследствие чего индукционный ток в нём не затухнет и после исчезновения э.д.с.
Если орбитальные магнитные моменты разных электронов в атоме могут скомпенсировать друг друга, то дополнительные магнитные моменты электронов, направленные у всех электронов против поля, суммируются, т.е. возникает суммарный дополнительный магнитный момент атома.
Возникновения диамагнетизма можно объяснить ещё и изменением частоты обращения электрона вокруг ядра.
Рассмотрим случай, когда плоскость орбиты электрона перпендикулярна к вектору В0 магнитного поля (рис46). На электрон в этом случае, кроме кулоновской силы Fк, действует сила Лоренца Fл, равная evB0. Равнодействующая сила при этом равна либо сумме, либо разности Fк и Fл, поэтому и центростремительное ускорение в этих двух случаях различно. Оно или увеличится или уменьшится, соответственно изменяется и частота обращения электрона вокруг ядра. Это изменение частоты и обусловливает появления дополнительного магнитного момента, так как изменяется сила эквивалентного тока.
рис. 46
Во всех же других случаях происходит так называемая прецессия электронной орбиты в магнитном поле.
Диамагнитный эффект присущ всем атомам без исключения, но по величине он незначителен. Обнаружить диамагнитный момент удаётся лишь в том случае, когда он не подавляется более сильным парамагнитным эффектом.
Диамагнетиками являются все инертные газы, а также металлы (медь, серебро, золото, бериллий, цинк, кадмий, бор, галлий, свинец, сурьма, висмут и др.).
Цель данной курсовой работы состоит в изучении и анализе состояния и развития в физике твердого тела магнитных свойств твердых тел.
Данная цель была достигнута путем последовательного решения ряда задач, таких как:
- изучение и анализ характеристики магнитного состояния вещества;
- рассмотрение теорий диамагнетизма и парамагнетизма;
- освещение особенностей ферромагнитного состояния вещества и квантовой природы ферромагнетизма.
- объектом изучения в рамках данной проблемы являются твердые тела, а предметом – магнитные свойства данных тел.
Содержание
ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………………………….3
1 ХАРАКТЕРИСТИКИ МАГНИТНОГО СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА……………………5
1.1Характеристика магнитного состояния вещества на основании его внутреннего строения……………………………………………………………………………………….5
1.2 Характеристика веществ по магнитной проницаемости и магнитной
восприимчивости…………………………………………………………………………….6
2ЭЛЕКТРОННАЯ ТЕОРИЯ ДИАМАГНЕТИЗМА………………………………………….8
2.1 Электронная теория Лоренца…………………………………………………………….8
2.2 Крупнейшие открытия ученых в области диамагнетизма конце 19 века………………9
2.3 Описание электронной теории диамагнетизма………………………………………….10 3ПАРАМАГНЕТИЗМ…………………………………………………………………………13
3.1 Понятие парамагнетизма………………………………………………………………….13 3.2 Парамагнетизм свободных атомов и ионов……………………………………………..13 3.3 Парамагнетизм твёрдых диэлектриков…………………………………………………..15
3.4 Ядерный парамагнетизм…………………………………………………………………..18.
4. ОСОБЕННОСТИ ФЕРРОМАГНИТНОГО СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА……………….20
4.1 Понятие ферромагнитного состояния…………………………………………………….20
4.2 Особенности ферромагнитного состояния вещества……………………………………21 4.3 Зависимость намагниченности насыщения от температуры………………………. 21 5КВАНТОВАЯ ПРИРОДА ФЕРРОМАГНЕТИЗМА………………………………………24
5.1 Из истории исследования ферромагнетики…………………………………………….24
5.2 Условия существования ферромагнетизма……………………………………………..24
6 ДОМЕННАЯ СТРУКТУРА ФЕРРОМАГНЕТИКОВ. КРИВАЯ НАМАГНИЧИВАНИЯ. МАГНИТНЫЙ ГИСТЕРЕЗИС………………………………………………………………26
6.1 Доменная структура ферромагнетиков……………………………………………26
6.2 Кривая намагничивания………………………………………………………………….30
6.3 Магнитный гистерезис…………………………………………………………………..32
ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………………………34
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ …………
Работа содержит 1 файл
курсовая по физике 2011.doc
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
ПЕНЗЕНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ
ОБРАЗОВАНИЯ
Кафедра физики
Магнитные свойства твердых тел
Студентка группы 10 ЭП2
Ядренцева Ольга
Научный руководитель:
профессор Чижухина Н.И.
1 ХАРАКТЕРИСТИКИ МАГНИТНОГО СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА……………………5
1.1Характеристика магнитного состояния вещества на основании его внутреннего строения………………………………………………………… …………………………….5
1.2 Характеристика веществ по магнитной проницаемости и магнитной
2ЭЛЕКТРОННАЯ ТЕОРИЯ ДИАМАГНЕТИЗМА…………………………………………. 8
2.1 Электронная теория Лоренца………………………………………… ………………….8
2.2 Крупнейшие открытия ученых в области диамагнетизма конце 19 века………………9
2.3 Описание электронной теории диамагнетизма………………………… ……………….10 3ПАРАМАГНЕТИЗМ………………………………………… ………………………………13
3.1 Понятие парамагнетизма…………………… …………………………………………….13 3.2 Парамагнетизм свободных атомов и ионов……………………………………………..13 3.3 Парамагнетизм твёрдых диэлектриков……………………………………………… …..15
4. ОСОБЕННОСТИ ФЕРРОМАГНИТНОГО СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА……………….20
4.1 Понятие ферромагнитного состояния……………………………………………………. 20
4.2 Особенности ферромагнитного состояния вещества……………………………………21 4.3 Зависимость намагниченности насыщения от температуры………………………. 21 5КВАНТОВАЯ ПРИРОДА ФЕРРОМАГНЕТИЗМА……………………………………… 24
5.1 Из истории исследования ферромагнетики……… …………………………………….24
5.2 Условия существования ферромагнетизма……………………………………… ……..24
6 ДОМЕННАЯ СТРУКТУРА ФЕРРОМАГНЕТИКОВ. КРИВАЯ НАМАГНИЧИВАНИЯ. МАГНИТНЫЙ ГИСТЕРЕЗИС…………………………………………………… …………26
6.1 Доменная структура ферромагнетиков ……………………………………… ……26
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ………………………………………….35
Квантовая физика - современная наука, изучающая состояние материальных объектов, которым одновременно присущи и квантовые и волновые свойства, которые являются и частицами и волнами одновременно.
Объекты изучения квантовой механики – микрочастицы: электроны, протоны, нейтроны и их образования. Поэтому только квантовая физика уже сегодня способна объяснить или объяснит в дальнейшем своем развитии достаточно достоверно внутреннее состояние вещества: процессы, происходящие в полупроводниках, ферромагнетиках и др., а также в самих атомах и ядрах.
Появляющиеся в различных современных отраслях экономики новые материалы требуют изучения их физических свойств, поэтому весьма актуальна тематика, связанная с изучением магнитных свойств твердых тел, нашедших важное практическое значение в народном хозяйстве.
Степень изученности и освещенности темы магнитных свойств твердых тел бизнеса в мировой науке очень велика, что объясняется их ролью в новых технологических процессах. В настоящее время эта тема, несомненно, популярна и у российских физиков. Результатом этого явилось большое количество печатных трудов научного и публицистического толка касательно данной проблемы. Однако изучения процессов в ферромагнетиках продолжают существовать и требуют своего дальнейшего анализа и проработки.
Цель данной курсовой работы состоит в изучении и анализе состояния и развития в физике твердого тела магнитных свойств твердых тел.
Данная цель была достигнута путем последовательного решения ряда задач, таких как:
- изучение и анализ характеристики магнитного состояния вещества;
- рассмотрение теорий диамагнетизма и парамагнетизма;
- освещение особенностей ферромагнитного состояния вещества и квантовой природы ферромагнетизма.
- объектом изучения в рамках данной проблемы являются твердые тела, а предметом – магнитные свойства данных тел.
В качестве используемой методологии изучения данного явления примем системный анализ и синтез.
Данная курсовая работа содержит введение, шесть разделов основной части, заключение с выводами о проделанной работе, а также список используемых литературных источников. В первом разделе дается характеристика магнитного состояния веществ. Второй и третий разделы раскрывают суть электронной теории диамагнетизма и парамагнетизма. Четвертый раздел освещает особенности ферромагнитного состояния вещества. Пятый раздел показывает квантовую природу ферромагнетизма. В шестом разделе рассмотрены вопросы доменной структуры ферромагнетиков, описана кривая намагничивания, раскрыто понятие магнитного гистерезиса.
В работе использованы научные положения из трудов Я.Г. Дорфмана, Г.С. Кринчика, Н.И. Чижухиной и др.
1ХАРАКТЕРИСТИКИ МАГНИТНОГО СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА
1.1Характеристика магнитного состояния вещества на основании его внутреннего строения.
Магнитное состояние вещества может быть объяснено только на основании его внутреннего строения: строения атомов и молекул и их взаимодействия друг с другом. Вещества, заполнение которыми пространства между взаимодействующими токами вызывает изменение магнитных сил взаимодействия этих токов, являются магнитными. В свою очередь, помещение таких веществ в магнитное поле изменяет состояние самого вещества, т.е. магнитное вещество испытывает действие внешнего магнитного поля. Все вещества природы являются магнитными. Действительно, все вещества состоят из атомов и молекул, которые, в свою очередь, состоят из элементарных заряженных частиц (электронов, протонов), находящихся в постоянном движении. А, как известно, на движущиеся электрические заряды в магнитном поле действует сила Лоренца. В частности, на электрон, движущийся в атоме вокруг ядра, также действует сила Лоренца. Следовательно, магнитное поле действует на все без исключения атомы, молекулы и вещества, т.е. все вещества магнитны. Немагнитных веществ в природе не существует. Однако вещества в зависимости от их строения по-разному реагируют на внешнее магнитное поле, намагничиваясь в различной степени. Что позволяет делить их на слабомагнитные и сильномагнитные.
Поведение веществ в магнитном поле определяется их внутренним строением: магнитными моментами атомов и молекул, а также их взаимодействием друг с другом.
Магнитное состояние вещества в целом определяет сумма магнитных моментов. Главной характеристикой магнитного состояния вещества является вектор намагничивания. Вектор намагничивания есть геометрическая сумма магнитных моментов атомов или молекул единицы объема вещества.
Единицей намагничивания является 1А/м. Вектор намагничивания зависит природа вещества и вектора напряженности внешнего магнитного поля.
Магнитная восприимчивость численно равна вектору намагничивания при напряженности внешнего поля, равной единице, и характеризует способность к намагничиванию единицы объема вещества. Магнитная восприимчивость- величина безразмерная. Магнитное состояние веществ принято характеризовать также векторами напряженности и индукции магнитного поля. Магнитное поле в веществе определяется внешним магнитным полем и внутренним макроскопическим полем.
Внешнее поле создается, например, проводниками с током и определяется по закону Био-Савара-Лапласа. Внутреннее макроскопическое поле представляет собой суммарное поле создаваемое частицами вещества (атомами и молекулами) под действием внешнего поля и соответствует вектору намагничивания.
Истинное (микроскопическое) поле частиц в веществе сильно изменяется в пределах межмолекулярных расстояний. Напряженность поля в веществе изменяется по сравнению с напряженностью внешнего поля на величину вектора намагничивания.
Микроскопически наблюдаемой величиной при характеристике магнитного состояния вещества является вектор индукции магнитного поля.
Он зависит от напряженности внешнего магнитного поля и типа вещества.
Магнитная проницаемость показывает, во сколько раз меняется вектор индукции магнитного поля в веществе по сравнению с вектором индукции внешнего магнитного поля.
1.2 Характеристика веществ по магнитной проницаемости и магнитной восприимчивости.
По величине магнитной проницаемости или магнитной восприимчивости вещества делят на три группы:
1). диамагнетики, имеющие отрицательную величину магнитной восприимчивости или магнитной проницаемости;
2). парамагнетики, имеющие положительную величину магнитной восприимчивости или магнитной проницаемости;
3). Ферромагнетики, имеющие большую величину магнитной восприимчивости или магнитной проницаемости.
Диа- и парамагнетики характеризуются малыми величинами магнитной восприимчивости и образуют класс слабомагнитных веществ. Магнитная восприимчивость ферромагнетиков в среднем в миллион раз превышает магнитную восприимчивость диа- и парамагнетиков, поэтому ферромагнетики – сильные вещества. Пара- и ферромагнетики характеризуются положительной величиной магнитной восприимчивости, и это позволяет объединить их в один класс – класс парамагнетиков.
Описание магнитных свойств такого рода по величинам магнитных проницаемости и восприимчивости чисто формально. Магнитные свойства тел обусловлены магнитными свойствами составляющих их частиц и в конечном счете состоянием и движением электрических зарядов в атомах, молекулах, кристаллах. Это и определяет природу диа-, пара- и ферромагнетизма.
Все существующие в природе вещества по своим магнитным свойствам подразделяются на пять видов магнетиков: диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики, антиферромагнетики и ферримагнетики (ферриты).
Диамагне́тики — вещества, намагничивающиеся против направления внешнего магнитного поля. В отсутствие внешнего магнитного поля диамагнетики немагнитны. Под действием внешнего магнитного поля каждый атом диамагнетика приобретает магнитный момент I (а каждая единица объёма — намагниченность M), пропорциональный магнитной индукции B и направленный навстречу полю. Поэтому магнитная восприимчивость χ= M/H у диамагнетиков всегда отрицательна. По абсолютной величине диамагнитная восприимчивость χ мала и слабо зависит как от напряжённости магнитного поля, так и от температуры.
Другими словами, магнитная проницаемость μ≤ 1 и слабо зависит как от напряжённости магнитного поля, так и от температуры.
К диамагнетикам относятся инертные газы, азот, водород, кремний, фосфор, висмут, цинк, медь, золото, серебро, а также многие другие, как органические, так и неорганические, соединения. Человек в магнитном поле ведет себя как диамагнетик.
Физическая природа основана на классической модели атома, в которой считается что электроны движутся вокруг ядра по замкнутым орбиталям. Каждая электронная орбита аналогична витку с током. Согласно закону Ленца, при изменении магнитного потока, пронизывающего контур с током, в контуре возникает ЭДС индукции, в результате чего изменяется ток. Это приводит к появлению дополнительного магнитного момента, направленного так, чтобы противодействовать внешнему магнитному полю. Другими словами, индуцированный магнитный момент направлен против поля. В контуре, образуемом движущимся по орбите электроном, в отличие от обычного витка с током, сопротивление = 0. Вследствие этого индуцированный магнитным полем ток сохраняется до тех пор, пока существует поле. Магнитный момент, связанный с этим током, и есть диамагнитный момент.
Парамагнетики —вещества, которые намагничиваются во внешнем магнитном поле в направлении внешнего магнитного поля (J↑↑H) и имеют положительную магнитную восприимчивость. Парамагнетики относятся к слабомагнитным веществам, магнитная проницаемость незначительно отличается от единицы μ>~1.
Парамагнетическая восприимчивость зависит от температуры: χ=С/Т (закон Кюри).
Природа парамагнетиков: каждый атом обладает определенным магнитным моментом, равным векторной сумме орбитальных и спиновых магнитных моментов электронов. Так как орбитальные и спиновые моменты от внешнего магнитного поля не зависят, то орбитальный магнитный момента также не зависит от магнитного поля. Для некоторых атомов суммарный магнитный момент равняется нулю вследствие взаимной компенсации спиновых и орбитальных моментов. Атомарный водород (электронная конфигурация 1s1) на s-подуровне имеет всего один электрон. Поэтому для атомарного водорода спиновый момент не скомпенсирован, и он является парамагнетиком. Молекулярный водород Н2 в основном состоянии имеет два s-электрона с взаимно противоположными спинами. Суммарный спиновый, следовательно, и магнитный момент равен нулю. Поэтому, молекулярный водород является диамагнетиком. Аналогично, Li является парамагнитным и т.д.
Ферромагнетики.Для некоторых металлов, сплавов и соединений элементарные атомные магнитные моменты без внешнего магнитного поля ориентированы в одном направлении (рис.5). Такие вещества называются ферромагнетиками.
ферромагнетик — такое вещество, которое при температуре ниже точки Кюри, способно обладать намагниченностью в отсутствие внешнего магнитного поля.
Ферромагнетиками являются Fe, Ni, Co, их сплавы, ряд других соединений. Параллельная ориентация элементарных магнитных моментов имеет место не по всему объему ферромагнетика, а только в пределах небольших, макроскопических областей. Эти области, в пределах которых элементарные моменты ориентированы в одном направлении, называются доменами. Домены можно наблюдать под микроскопом при небольшом увеличении. В пределах домена ферромагнетик намагничен до насыщения. Такое намагничивание ферромагнетика происходит самопроизвольно, спонтанно без приложения внешнего поля. Ферромагнетик разбивается на большое число доменов. Направления намагничивания отдельных доменов различны. Поэтому полный магнитный момент ферромагнетика равен нулю.
В некоторых соединениях силы обменного взаимодействия приводят к антипараллельной ориентации магнитных моментов атомов. При этом образуются две подрешетки, магнитные моменты которых направлены встречно друг другу (рис.9а). Соединения, в которых магнитные моменты обеих подрешеток одинаковы по величине и направлены встречно друг другу, называются антиферромагнетиками. Антиферромагнетиками являются MnO, MnS, NiCr, Cr2O3 и другие соединения. При низких температурах суммарный магнитный момент антиферромагнетика равен нулю. При некоторой температуре антипараллельная ориентация магнитных моментов подрешеток разрушается, и антиферромагнетик превращается в парамагнетик. Это температура называется антиферромагнитной температурой Кюри или температурой Неля.
Магнитные свойства веществ: магнетизм, гипотеза Ампера. Магнитная проницаемость вещества. Классификация веществ по действию на них внешнего магнитного поля. Антиферромагнетики и ферримагнетики. Постоянные магниты, точка Кюри и их характеристика.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 13.03.2016 |
| Размер файла | 108,3 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДНИЕ ВЫСШЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
(ГОУ ВПО ВГУ)
Геологический факультет
Кафедра экологической геологии
по теме: Магнитные свойства веществ
Выполнила: студентка I курса, гр. №9
Агошкова Екатерина Владимировна
Доцент, кандидат наук Воронова Т.А.
Магнитные свойства веществ
Магнитная проницаемостью вещества
Классификация веществ по действию на них внешнего магнитного поля
Антиферромагнетики и ферримагнетики
Магнитные свойства веществ
Магнетизм -- форма взаимодействия движущихся электрических зарядов, осуществляемая на расстоянии посредством магнитного поля.
Магнитные свойства вещества объясняются согласно гипотезе Ампера .
Гипотеза Ампера - магнитные свойства тела можно объяснить циркулирующими внутри него токами.
Внутри атомов, вследствие движения электронов по орбитам, существуют элементарные электрические токи, которые создают элементарные магнитные поля.
1. если вещество не обладает магнитными свойствами - элементарные магнитные поля несориентированы (из-за теплового движения);
2. если вещество обладает магнитными свойствами - элементарные магнитные поля одинаково направлены (сориентированы) и образуется собственное внутреннее магнитное поле вещества.
Намагниченным называется то вещество, которое создает собственное магнитное поле. Намагниченность возникает, если вещество поместить во внешнее магнитное поле.
магнетизм ампер антиферромагнетика кюри
Магнитная проницаемостью вещества
Влияние вещества на внешнее магнитное поле характеризуется величиной м, которая называется магнитной проницаемостью вещества.
Магнитная проницаемость -- это физическая скалярная величина, показывающая, во сколько раз индукция магнитного поля в данном веществе отличается от индукции магнитного поля в вакууме.
где B? -- магнитная индукция поля в веществе; B? 0 -- магнитная индукция поля в вакууме.
Классификация веществ по действию на них внешнего магнитного поля
1. Диамагнетики [м 1] - слабомагнитные вещества, внутреннее магнитное поле направлено также, как и внешнее магнитное поле. У этих веществ магнитная восприимчивость тоже не зависит от того, какая напряженность поля существует. Она при этом положительная. То есть при сближении парамагнетика с постоянно действующим магнитом, возникает сила притягивания. К ним можно отнести алюминий, платину, кислород, марганец, железо.
3. Ферромагнетики[м>>1] - сильномагнитные вещества, внутреннее магнитное поле в 100-1000 раз больше внешнего магнитного поля.
У этих веществ, в отличие от диамагнетиков и парамагнетиков, магнитная восприимчивость зависит от температуры и напряженности магнитного поля, причем в значительной мере.
К ним относятся кристаллы никеля и кобальта.
Антиферромагнетики и ферримагнетики
Вещества, у которых во время нагревания совершается фазовый переход данного вещества, сопровождающегося появлением парамагнитных свойств, называются антиферромагнетиками. Если температура становится, ниже какой-то определенной, эти свойства у вещества наблюдаться не будут. Примерами этих веществ будут марганец и хром.
Магнитная восприимчивость ферримагнетиков тоже зависит от температур и напряженности магнитного поля. Но отличия у них все же, есть. К этим веществам можно отнести различные оксиды.
Все вышеперечисленные магнетики можно еще разделить на 2 категории:
Магнитотвердые материалы. Это материалы с высоким значением коэрцитивной силы. Для их перемагничивания необходимо создать мощное магнитное поле. Эти материалы применяются в изготовлении постоянных магнитов.
Магнитомягкие материалы, напротив, имеют маленькую коэрцитивную силу. При слабых магнитных полях они способны войти в насыщение. На перемагничивание у них малые потери. Из-за этого эти материалы применяются для изготовления сердечников для электрических машин, которые работают на переменном токе. Это, например, трансформатор тока и напряжения, или генератор, или асинхронный двигатель.
Постоянные магниты
Постоянные магниты - это тела, длительное время сохраняющие намагниченность.
Постоянный магнит всегда имеет 2 магнитных полюса: северный (N) и южный (S).
Наиболее сильно магнитное поле постоянного магнита у его полюсов.
Постоянные магниты изготавливают обычно из железа, стали, чугуна и других сплавов железа (сильные магниты), а также из никеля, кобальта (слабые магниты). Магниты бывают естественные (природные) из железной руды магнитного железняка и искусственные, полученные намагничиванием железа при внесении его в магнитное поле.
Взаимодействие магнитов: одноименные полюса отталкиваются, а разноимённые полюса притягиваются.
Взаимодействие магнитов объясняется тем, что любой магнит имеет магнитное поле, и эти магнитные поля взаимодействуют между собой.
Магнитное поле постоянных магнитов
В чем причины намагничивания железа? Согласно гипотезе французского ученого Ампера, внутри вещества существуют элементарные электрические токи (токи Ампера), которые образуются вследствие движения электронов вокруг ядер атомов и вокруг собственной оси. При движении электронов возникает элементарные магнитные поля. При внесении куска железа во внешнее магнитное поле все элементарные магнитные поля в этом железе ориентируются одинаково во внешнем магнитном поле, образуя собственное магнитное поле. Так кусок железа становится магнитом.
Как выглядит магнитное поле постоянных магнитов?
Представление о виде магнитного поля можно получить с помощью железных опилок. Стоит лишь положить на магнит лист бумаги и посыпать его сверху железными опилками.
Для постоянного полосового магнита Для постоянного дугообразного магнита
Точка Кюри
Точка Кюри, или температура Кюри, -- температура фазового перехода II рода, связанного со скачкообразным изменением свойств симметрии вещества при изменении температуры, но при заданных значениях других термодинамических параметров (давлении, напряженности электрического или магнитного поля). Фазовый переход второго рода при температуре Кюри связан с изменением свойств симметрии вещества. При Тс во всех случаях фазовых переходов исчезает какой-либо тип атомной упорядоченности, например, упорядоченность электронных спинов (сегнетоэлектрики), атомных магнитных моментов (ферромагнетики), упорядоченность в расположении атомов разных компонент сплава по узлам кристаллической решетки (фазовые переходы в сплавах). Вблизи Тс наблюдаются резкие аномалии физических свойств, например, пьезоэлектрических, электрооптических, тепловых.
Магнитной точкой Кюри называют температуру такого фазового перехода, при котором исчезает спонтанная намагниченность доменов ферромагнетиков, и ферромагнетик переходит в парамагнитное состояние. При сравнительно низких температурах тепловое движение атомов, которое неизбежно приводит к некоторым нарушениям упорядоченного расположения магнитных моментов, незначительно. При увеличении температуры его роль возрастает и, наконец, при некоторой температуре (Тс) тепловое движение атомов способно разрушить упорядоченное расположение магнитных моментов, и ферромагнетик превращается в парамагнетик. Вблизи точки Кюри наблюдается ряд особенностей в изменении и немагнитных свойств ферромагнетиков (удельного сопротивления, удельной теплоемкости, температурного коэффициента линейного расширения).
Величина Тс зависит от прочности связи магнитных моментов друг с другом, в случае прочной связи достигает: для чистого железа Тс= 768 о С, для кобальта Тс=1131 о С, превышает 1000 о С для железо-кобальтовых сплавов. Для многих веществ Тс невелика (для никеля Тс=358 о С). По величине Тс можно оценить энергию связи магнитных моментов друг с другом. Для разрушения упорядоченного расположения магнитных моментов необходима энергия теплового движения, намного превосходящая как энергию взаимодействия диполей, так и потенциальную энергию магнитного диполя в поле.
При температуре Кюри магнитная проницаемость ферромагнетика становится примерно равной единице, выше точки Кюри изменение магнитной восприимчивости подчиняется закону Кюри-Вейса.
Для каждого ферромагнетика существует определенная температура - точка Кюри.
1. Если t вещества t Кюри, то ферромагнитные свойства (намагниченность) исчезают, и вещество становится парамагнетиком. Поэтому постоянные магниты при нагревании теряют свои магнитные свойства.
Литература
Жилко, В. В. Физика: учеб. пособие для 11-го кл. общеобразоват. шк. с рус. яз. обучения / В. В. Жилко, А.В. Лавриненко, Л. Г. Маркович. -- Мн.: Нар. асвета, 2002. -- С. 291-297.
Читайте также: