|
|
 |
|
Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии
|
Общий каталог эффектов
 | Ферромагнетизм |
 |
Магнитоупорядоченное состояние ферромагнетиков
Анимация
Описание
Ферромагнетизм - магнитоупорядоченное состояние вещества, в котором большинство атомных магнитных моментов параллельны друг другу, так что вещество обладает самопроизвольной (спонтанной) намагниченностью.
В более широком смысле ферромагнетизмом называется совокупность физических свойств вещества в указанном выше состоянии.
Вещества, в которых возникает ферромагнитное упорядочение магнитных моментов, называются ферромагнетиками. К их числу относятся кристаллы переходных металлов (железо, кобальт, никель), некоторых редкоземельных элементов и ряда сплавов, ферриты, а также некоторые металлические стекла.
Для ферромагнитных кристаллов характерно наличие внутренних незаполненных электронных слоев. Например, для железа, никеля и кобальта незаполненными являются 3d-подслой, для гадолиния подслой - 4f.
Появление в ферромагнетиках атомного магнитного порядка обусловлено обменным взаимодействием, стремящимся установить спины соседних атомов или ионов параллельно друг другу.
Обменное взаимодействие характеризуется так называемым интегралом обмена, который сильно зависит от расстояния между атомами в кристаллической решетке.
При положительном значении интеграла обмена взаимодействие приводит к параллельной ориентации спинов, которая устанавливается при температурах ниже температуры Кюри Тс в отсутствие внешнего магнитного поля. Выше температуры Кюри ферромагнитные свойства ферромагнетика исчезают, вещество становится парамагнетиком.
В отсутствие внешнего магнитного поля ферромагнитный образец разбит в магнитном отношении на домены - области однородной спонтанной намагниченности. В пределах каждого домена ферромагнетик намагничен до насыщения и обладает определенным магнитным моментом. Направления этих моментов для разных доменов различны, так что в отсутствие внешнего поля суммарный момент всего тела равен нулю (см. рис.1).
Схематическое изображение доменной структуры
Рис. 1
Для ферромагнетиков во внешнем магнитном поле характерны: нелинейность кривой намагничивания и магнитный гистерезис при перемагничивании; сильная зависимость магнитной восприимчивости от направления магнитного поля.
При намагничивании ферромагнетиков изменяются их размеры и форма (магнитострикция). В ферромагнитных кристаллах наблюдается магнитная анизотропия различие магнитных свойств по разным кристаллографическим направлениям.
Магнитные и другие физические свойства ферромагнетиков обладают ярко выраженной зависимостью от температуры, особенно вблизи температуры Кюри (см. рис. 2).
График зависимости спонтанной намагниченности от температуры
Рис. 2
Jso - значение спонтанной намагниченности при температуре 0о К.
Ключевые слова
Разделы наук
Применение эффекта
Теория ферромагнетизма (кривых намагничивания, петель гистерезиса) имеет важное значение для разработки новых и улучшения существующих магнитных материалов. Ферромагнетики используются в электротехнической и радиотехнической промышленности, для магнитной дефектоскопии и структурного анализа, при конструировании элементов памяти ЭВМ, ускорительных секций и т.п. Часто они используются в качестве промежуточных запоминающих устройств в ядерной электронике. Примером может являться т. н. «годоскоп импульсного канала», используемый на подземном сцинтилляционном телескопе Баксанской нейтринной обсерватории РАН.
Реализации эффекта
Техническая реализация эффекта
Для наблюдения ферромагнитного состояния вещества достаточно поместить кусок стали, нагретый примерно до 8000C, в поле постоянного магнита и медленно его охладить. После устранения внешнего магнитного поля сталь сама окажется постоянным магнитом в результате ферромагнитного упорядочения доменов.
Литература
1. Физический энциклопедический словарь. - М.: Советская энциклопедия, 1983.
2. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. - М.: Высшая школа, 1989.
3. Киренский Л.В. Магнетизм. - М.: АН СССР, 1963.
4. Физическая энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия, 1988. - Т.5.
