Виды магнетиков

4.8.2. Виды магнетиков

Все вещества по магнитным свойствам подразделяются на три группы – диамагнетики, парамагнетики и магнитоупорядоченные вещества (ферро-, антиферро- и ферримагнетики) [4]. Остановимся на каждой из этих групп несколько подробнее.

Диамагнетики

Это группа веществ, у которых в отсутствие внешнего магнитного поля магнитный момент атома равен нулю. Магнитная проницаемость этих веществ m£1, что означает незначительное ослабление ими внешнего магнитного поля.Если поместить диамагнетик во внешнее неоднородное магнитное поле, то диамагнетик будет выталкиваться в область более слабого поля. К диамагнетикам относятся инертные газы, металлы Bi, Zu, Cu, Ag, Au, Hg, стекло, мрамор, различные смолы и т.д. [4].

Парамагнетики

Это группа веществ, у которых магнитный момент атома отличен от нуля даже в отсутствие внешнего магнитного поля. Магнитная проницаемость этих веществ m≥1, что приводит к незначительному увеличению внешнего магнитного поля в присутствии парамагнетика. Если поместить парамагнетик во внешнее неоднородное магнитное поле, то он будет втягиваться в область более сильного поля.

К парамагнетикам относятся щелочные и щелочноземельные металлы, алюминий Al, платина Pt, растворы солей железа, газы азот и кислород, редкоземельные металлы и их соединения и т.д.

Ферромагнетики

Ферромагнетики называются также магнитоупорядоченными веществами. В отсутствие внешнего магнитного поля магнитный момент атома ферромагнетика не равен нулю. Магнитная проницаемость магнитоупорядоченных веществ m≥1000, что приводит к значительному увеличению внешнего магнитного поля в присутствии ферромагнетика. К ферромагнетикам относятся такие металлы, как Fe, Co, Ni, Gd, сплавы и соединения этих элементов, и т.д.

Ферромагнетизм обусловлен спиновыми магнитными моментами атомов. Атомы ферромагнетиков имеют незаполненные внутренние электронные оболочки, что приводит к большим магнитным моментам атомов.

Рис. 4.20

Между магнитными моментами соседних атомов устанавливается обменное взаимодействие, вследствие чего формируются домены - микрообласти размерами порядка см, внутри которых магнитные моменты атомов ориентируются параллельно друг другу (рис. 4.20). Поскольку, в отсутствие внешнего магнитного поля магнитные моменты атомов различных доменов направлены в разные стороны, поэтому общая намагниченность ферромагнетика равна нулю (рис. 4.20).

Рис. 4.21

Кривая намагничивания ферромагнетика является нелинейной (рис. 4.21, а). Намагниченность ферромагнетика достигает насыщения (J перестает изменяться с увеличением B₀) в слабых магнитных полях.

Для ферромагнетиков характерно явление гистерезиса – зависимость свойств образца от его предшествующих состояний или явление отставания изменения намагниченности от изменения внешнего магнитного поля. Если намагнитить ферромагнетик до насыщения, а затем начать уменьшать внешнее магнитное поле до нуля, то изменение J будет отставать от изменения B₀, и, в отсутствии внешнего магнитного поля, ферромагнетик будет обладать остаточной намагниченностью J_С (рис. 4.21, б) [4]. Чтобы устранить остаточную намагниченность ферромагнетика (размагнитить его), необходимо приложить внешнее магнитное поле противоположного направления. Значение модуля вектора магнитной индукции B_C при котором намагниченность ферромагнетика обратится в ноль называют коэрцитивной силой. Дальнейшее увеличение внешнего магнитного поля B₀ снова приводит к намагничиванию ферромагнетика до насыщения (нижняя веточка). При циклическом изменении B₀ намагниченность ферромагнетика будет описывать кривую, называемую петлей гистерезиса (рис. 4.21, б) .

В зависимости от величины коэрцитивной силы B_C различают магнитомягкие и магнитожесткие материалы. Магнитомягкие материалы: легко перемагничиваются (коэрцитивная сила B_C »1 мкТл, петля гистерезиса является узкой). Благодаря таким свойствам, магнитомягкие материалы используют при изготовлении устройств, в которых потери энергии при перемагничивании должны быть незначительными: электродвигатели, сердечники трансформаторов и т.д. Магнитожёсткие материалы трудно перемагнитить (коэрцитивная сила B_C » 1 мТл, петля гистерезиса является широкой). В силу таких свойств, магнитожесткие материалы применяются для изготовления постоянных магнитов.

Для каждого ферромагнетика существует температура, выше которой он теряет свои необычные свойства и становится обычным парамагнетиком. Она получила название температуры Кюри (Т_С). Для железа и никеля Т_С составляет 1038 К и 641 К соответственно .

⇐ Предыдущая 123 Следующая ⇒