Электричество и магнетизм. Лекция 12-2. Ферромагнетики

Магнетики
Магнетики: вещества, способные в той или иной степени намагничиваться во внешнем магнитном поле и менять величину этого поля. .
Внешнее поле В0 может намагнитить вещество, заставить его создать собственное магнитное поле В’
В’ = χВ ; B = B0 + B’ = μB0 ;
χ - магнитная восприимчивость;
μ = 1 + χ - магнитная проницаемость
Что именно внешнее поле В может делать с атомами среды, если каждый атом = точечный магнитный диполь (или сумма нескольких совмещенных диполей?

Природа пара-магнетизма
Магнитная восприимчивость парамагнетиков зависит от температуры. Для газов (опыт Кюри):
Парамагнетики - вещества, у которых собственный магнитный момент атомов не равен нулю. Внешнее поле пытается повернуть моменты атомов в свою сторону.
Для конденс. сред: χ ~10-4
Закон Кюри – Вайса :

Природа диа-магнетизма
Диамагнетики - вещества, у которых собственный магнитный момент атомов равен нулю. Внешнее поле может заставить их прецессировать подобно «гироскопам» вокруг направления вектора В. Поле прецессирующих волчков направлено против порождающего прецессию поля, которое в среде ослабнет)
Магнитная восприимчивость диамагнетиков не зависит от температуры (П. Кюри, 1895).

Классификация магнетиков
Парамагнетики – вещества, приобретающие магнитный момент, сонаправленный с внешним магнитным полем и усиливающий его
μпара >1 (~1,000xxx); 0 < χ пара << 1 (~10-(4-5))
Диамагнетики – вещества, приобретающие в поле магнитный момент, направленный против внешнего магнитного поля
μдиа < 1 (~0, 999xxx)
χ диа < 0 |χ диа |<< 1 (~10-(4-5))
Особый случай - ферромагнетики
и антиферромагнетики

Периодическая таблица элементов и различные типы намагничивания при комнатной температуре.
Магнетики

Ферромагнетизм
Особый случай: ферромагнетики (Fe, Ni, Co) . При температуре ниже критической (т.н. температура Кюри) они могут обладать спонтанной намагниченностью даже в отсутствие внешнего магнитного поля. Намагничивание возникает благодаря взаимодействию магнитных моментов электронов из внутренних оболочек атомов (квантовый эффект – т.н. «обменное взаимодействие»). В результате спины и магнитные моменты соседних атомов (в пределах доменов ~ 1-10 мкм) ориентируются параллельно.

Ферромагнетизм
Во внешнем поле магнитные моменты доменов ориентируются по полю, создавая намагниченность, которая может превысить внешнее поле в тысячи раз (!). При температурах ниже Ткюри намагниченность сохраняется и после отключения внешнего поля.

Ферромагнетизм
Петля гистерезиса для стали
Явление гистерезиса

Ферромагнетизм
Классификация ферромагнитных материалов

Механическое намагничивание – гироскопический эффект действия центробежной силы на атомарные электроны
Ферромагнетизм
Опыт Барнетта
Вращающийся ферромагнитный стержень намагничивается.

Ферромагнетизм и антиферромагнетизм
Магнитные моменты соседних ионов Cr имеют тенденцию в отсутствие приложенного магнитного поля строиться антипараллельно соседям. Если соседние магнитные моменты имеют одинаковые по модулю значения, то в среднем намагничивание отсутствует.
Антиферромагнетизм

Периодическая таблица элементов, показывающая различные типы намагничивания при комнатной температуре.
Магнетики