Магнітні властивості речовини. Феромагнетики
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
ими магнітним полем Н. У створенні діамагнітного моменту беруть участь всі електрони атомів, а також вільні носії заряду в металах і напівпровідниках. Діамагнетизм є універсальною властивістю, яка властива всім речовинам, але виявитися він може тільки в тих з них, у яких орбітальні й спінові магнітні моменти атомів повністю скомпенсовані. Однак у багатьох випадках діамагнетизм перекривається парамагнетизмом і феромагнетизмом і становить лише невелику частину сумарної намагніченості речовини.
Ідеальними діамагнетиками є надпровідники. Їхній діамагнетизм обумовлений не внутрішньоатомними, а макроскопічними поверхневими незатухаючими струмами, що виникають в електронній оболонці кожного його атома при внесенні надпровідника в магнітне поле, тобто виникає додатковий круговий рух електронів. Ці струми створюють у кожному атомі індукований магнітний момент, спрямований, згідно з правилом Ленца, протилежно зовнішньому магнітному полю (незалежно від того, чи був в атома власний магнітний момент чи ні, і як він був орієнтований).
Намагніченість, пов'язана з діамагнетизмом, звичайно невелика; вона значно менше, ніж обумовлена феромагнетизмом, антиферомагнетизмом або електронним парамагнетизмом. У чисто діамагнітних речовин (діамагнетиків) електронні оболонки атомів (молекул) не мають постійний магнітний момент. Магнітні моменти електронів у таких атомах за відсутності зовнішнього магнітного поля взаємно скомпенсовані. Зокрема, це має місце в атомах, іонах і молекулах із цілком заповненими електронними оболонками, наприклад, в атомах інертних газів, у молекулах водню, азоту. Подовжений зразок діамагнетика в строго однорідному магнітному полі орієнтується перпендикулярно до силових ліній поля. З неоднорідного магнітного поля він виштовхується в напрямку зменшення напруженості поля.
Індукований магнітний момент М, добутий одиницею об'єму діамагнітного тіла, яка пропорційна напруженості зовнішнього поля Н, тобто М = ?H, де магнітна сприйнятливість має негативний знак (тому що М и Н спрямовані назустріч один одному). Звичайно для діамагнетиків розглядають сприйнятливість 1 моля речовини ?, вона мала (~ 10-6).
Діамагнетик - речовина, що намагнічується в зовнішньому магнітному полі напруженістю Н у напрямку, протилежному напрямку Н. За відсутності зовнішнього магнітного поля діамагнетик немагнітний, а чисто діамагнітні речовини результуючим магнітним моментом не володіють (магнітні моменти електронів в атомах або молекулах діамагнетика скомпенсовані), але при накладенні поля Н у атомах (молекулах) індуксуються мікроскопічні вихрові струми, які своїм магнітним полем екранують зовнішнє поле. Під дією зовнішнього магнітного поля кожний атом діамагнетика набуває магнітний момент (а кожний моль речовини - сумарний момент М), пропорційний напруженості поля Н и спрямований назустріч полю. Тому магнітна сприйнятливість діамагнетика ? = завжди негативна. По абсолютній величині ? мала та слабо залежить як від напруженості магнітного поля, так і від температури.
Феромагнетики
Магнітоупорядковані стани (феромагнетизм, антиферомагнетизм і ферімагнетизм) мають квантово-механічну природу. Серед твердих тіл є такі, які мимовільно (спонтанно) під дією внутрішніх сил намагнічені. У них залежно від зовнішнього поля магнітні моменти спінів електронів вибудувані паралельно (феромагнетики) або антипаралельно (антиферомагнетики) (мал.6). Наявність усередині феромагнітного матеріалу магнітного поля не завжди відчутне ззовні. Справа в тому, що речовина розділена на малі області (домени), усередині яких воно спонтанно намагнічене. Ці області орієнтовані по відношенню друг до друга під різними кутами, і результуючий магнітний момент може бути рівним нулю. При накладанні навіть відносно магнітних полів границі між доменами зміщуються так, що збільшуються ті домени, магнітний момент яких спрямований уздовж поля. У результаті весь об'єм матеріалу легко намагнічується, досягаючи магнітного насичення,коли всі магнітні моменти вибудувані уздовж поля. З хімічних елементів залізо має максимальне магнітне насичення при кімнатній температурі.
Феромагнітні матеріали діляться на дві великі групи - на магніто - м'які та магніто - тверді.
Магніто-м'які феромагнітні матеріали
1)залізо різного ступеня чистоти та низько вуглецеві сталі;
)сплави Fe-(0,05 - 5)% Si;
)прецизійні магніто - м'які матеріали.
Магніто - м'які феромагнітні матеріали майже повністю розмагнічуються, коли зовнішнє магнітне поле стає рівним нулю. До магніто - м'яких матеріалів відноситься, наприклад, чисте залізо, електротехнічна сталь і деякі сплави. Ці матеріали застосовуються в приладах змінного струму, у яких відбувається безперервне перемагнічування, тобто зміна напрямку магнітного поля.
Магніто-тверді феромагнітні матеріали
1)сталі, що закаляються на мартенсит;
)литі сплави типу алні, алніко, тиконал - для виготовлення постійних магнітів;
)сплави типу вікаллой, куніфе, туніко, сплави на основі благородних металів: Pt-Co, Pd-Fe;
)металокерамічні магніто - тверді матеріали, які одержують пресуванням металічних порошків.
Магніто - тверді матеріали зберігають значною мірою свою намагніченість і після видалення їх з магнітного поля. Прикладами магніто - твердих матеріалів можуть служити вуглецева сталь і ряд спеціальних сплавів. Магніто-тверді матеріали використовуються в основному для виготовлен?/p>