Парамагнетизм и диамагнетизм

Основные характеристики

Ферромагнетические материалы обладают уникальными физико-химическими свойствами. Основными характеристиками ферромагнетиков являются:

1. Ферромагнетизм материалов возможен лишь тогда, когда вещество находится в кристаллическом состоянии.
2. Ориентация магнитных полей доменов затруднена из-за теплового движения, что подтверждает прямую зависимость свойств ферромагнетиков от температуры. Температура разрушения доменной структуры ферромагнетического вещества может отличаться. Данный показатель называется точкой Кюри. При его достижении ферромагнетик трансформируется в парамагнетик. К примеру, в чистом железе такой процесс происходит, когда температура Кюри достигает 900 градусов.
3. Намагничивание ферромагнетиков происходит до насыщения в слабых магнитных полях.
4. Параметры магнитного поля определяют магнитную проницаемость ферромагнетических веществ.
5. Ферромагнетики обладают остаточной намагниченностью. Можно наблюдать опытным путем на примере ферромагнитного стержня, помещенного под током соленоида, как при намагничивании до насыщения, а затем уменьшении тока, индукция поля в стержне во время его размагничивания сохраняется на более высоком уровне, чем при намагничивании.

Ферромагнетики

Схематическое изображение параллельной ориентации магнитных моментов атомов в основном состоянии ферромагнетика

Ферромагнетики — некоторые металлы ( железо, никель, кобальт, гадолиний, марганец, хром и их сплавы) с большим магнитной проницаемостью, проявляющие явление гистерезиса; различают мягкие ферромагнетики с малой коэрцитивной силой и твердые ферромагнетики с большой коэрцитивной силой. Ферромагнетики используются для производства постоянных магнитов, сердечников электромагнитов и трансформаторов.

1. Свойства ферромагнетизма

Типичной свойством является нелинейный характер процесса намагничивания

• Ферромагнетики сильно втягиваются в область сильного магнитного поля.
• Магнитная восприимчивость ферромагнетиков положительна и значительно больше единицы. [ Источник? ]
• При не очень высоких температурах ферромагнетики характеризуются спонтанной намагниченностью, которая сильно изменяется под влиянием внешних воздействий [ Источник? ].

Свойства ферромагнетиков связаны с наличием в их структуре групп атомов, называемых доменами, которые уже имеют согласованную ориентацию элементарных магнитных полей.

Ориентация полей самих доменов, которая происходит при намагничивании, создает собственное поле вещества значительно сильнее, чем у других магнетиков, в которых происходит частичная ориентация элементарных полей атомов вещества. Ориентация полей доменов значительной мере сохраняется и после прекращения действия внешнего поля.

Такова суть остаточного намагничивания. Однако интенсивное тепловое движение может разрушить эту ориентацию, поэтому при высокой температуре ферромагнитные вещества теряют свои магнитные свойства.

2. Физическая природа ферромагнетизма

Ферромагнетизм возникает в веществах, в которых как следствие обменного взаимодействия, Спина электронов выгодно ориентироваться параллельно.

В результате такой согласованной ориентации спинов возникает макроскопический магнитный момент, который может существовать даже без внешнего магнитного поля.

При температуре, превышающей определенную критическую ( температура Кюри), обусловлено тепловым движением хаотическое розупорядкування берет верх над обменным взаимодействием и ферромагнетик переходит в парамагнитное состояние.

3. Направление намагниченности

Благодаря спин-орбитального взаимодействия ориентация спинов в неизотропних средах не является произвольной.

Кристаллы ферромагнитных веществ характеризуются так называемыми осями легкого намагничивания — кристаллографическими направлениями, в которых ориентируется магнитный момент ферромагнетика при отсутствии внешнего магнитного поля.

В слабом магнитном поле, если его направление не совпадает с осью легкого намагничивания, индуцированный магнитный момент может не совпадать с направлением магнитного поля. В сильных магнитных полях влияние оси легкого намагничивания полностью подавляется.

4. Доменная структура

При температуре ниже температуры Кюри, магнитные моменты электронов соседних атомов в ферромагнетике ориентированы параллельно, однако обычно эта ориентация не распространяется на все тело. Слабая магнитная взаимодействие между отдельными суммарными моментами значительных областей препятствует их росту.

Поэтому ферромагнетик разбивается на отдельные области полной намагниченности, так называемые магнитные домены. Магнитные домены могут ориентироваться произвольным образом, поэтому для ферромагнетика существует размагничены состояние.

В этом состоянии, несмотря на локальное намагничивания, тело с ферромагнитного вещества не является магнитом. Кроме размагниченного состояния, ферромагнитное тело может находиться в намагниченном состоянии, когда подавляющее число доменов имеет одинаковую ориентацию магнитных моментов.

Намагниченный состояние может сохраняться, когда внешнее магнитное поле отсутствует.

Литература

• И.М.Кучерук, И.Т.Горбачук, П.П.Луцик Общий курс физики: Учебное пособие в 3-х т.. — Киев: Техника, 2006.
• Вакуленко Н. А. Русско-украинский словарь физической терминологии / Под ред. проф. В. Вакуленко (приложение: «Российско-украинские физический словарь»: около 6 000 терминов). — К., 1996. — 236 с.
• Биленко И. Физический словарь. — М.: Высшая школа, Главное выдал. 1979. — 336 с.

вступление

Типичная ферромагнитных систем : новый кривой (! Первая намагниченность) показано синий цвет, градиенты с повторными меняющимися намагниченностями показаны зеленым цветом. Остаточная намагниченность намагниченность и коэрцитивная сила (ось значения!) Отмечаются.

Материал классифицируется или объявляется ферромагнитным, если магнитные моменты атомов выравниваются параллельно ниже температуры Кюри . Этот эффект обусловлен тем фактом, что между атомами в этих материалах существует взаимодействие, что означает, что полная энергия материала уменьшается на порядок по сравнению с неупорядоченной конфигурацией.

Эта тенденция элементарных магнитов выстраиваться параллельно приводит к спонтанному намагничиванию больших областей, областей Вейсса , в которых элементарные магниты в основном выровнены параллельно. Это отличает ферромагнетики от парамагнетиков, в которых магнитные моменты обычно неупорядочены.

Без внешних воздействий направления магнитных полей соседних областей Вайссера антикоррелированы. В стенах Блоха и Нееля между районами элементарные магниты выровнены таким образом, что существует переход между двумя направлениями намагничивания. В этом состоянии тело из ферромагнитного материала не генерирует внешнее магнитное поле, поскольку поля различных областей Вейсса компенсируют друг друга.

Если материал подвергается воздействию внешнего магнитного поля , области Вейсса, намагниченные в направлении, противоположном внешнему магнитному полю, сжимаются и, наконец, переворачиваются. Это создает макроскопическую намагниченность, поле которой накладывается на внешнее так, что силовые линии кажутся протянутыми в материале сбоку. В неоднородном поле намагниченный таким образом материал притягивается к местам с большей напряженностью поля, будь то северный или южный магнитный полюс. Парамагнетики ведут себя аналогичным образом, но выравнивание магнитных моментов происходит исключительно за счет внешнего поля, а не дополнительно из-за распараллеливающего влияния соседних моментов. Поэтому эффект намного слабее.

Ферромагнитные материалы классифицируются в соответствии с поведением, которое они проявляют при удалении от магнитного поля. В общем, остается остаточный магнетизм, так называемая остаточная намагниченность .

• У магнитомягких материалов остаточная намагниченность низкая, т.е. то есть большая часть намагниченности теряется сразу же, когда объект удаляется из внешнего магнитного поля, особенно после приложения переменных полей.
• Твердые магнитные материалы сложнее намагничивать, но они сохраняют большую постоянную намагниченность. Такие материалы, например B. Закаленная сталь может быть намагничена на постоянные магниты или изначально существовать как постоянные магниты, то есть постоянно иметь четко различимую (макроскопическую) намагниченность.

Остаточная намагниченность может быть устранена путем приложения противоположного магнитного поля, которое происходит при достижении силы коэрцитивного поля . В случае магнитотвердых веществ уровень необходимого встречного поля больше, чем в случае магнитомягких веществ. В случае постоянных магнитов желательны как высокая остаточная намагниченность, так и высокая коэрцитивная напряженность поля.

Ферромагнетизм следует отличать от ферримагнетизма (например, в ферритах ), который макроскопически имеет аналогичные свойства, но микроскопически связан с антиферромагнетизмом . Как и в антиферромагнетизме, элементарные магниты попеременно направлены в противоположные стороны, но по-разному выражены в двух направлениях, поэтому — в отличие от антиферромагнетизма — для каждой пары остается одна намагниченность.

Парамагнетики, описание

Парамагнетиками называют вещества с молекулами, обладающими стабильным магнитным моментом без магнитного поля в электронах.

В параманетических материалах молекулы являются источником магнитного поля, в отсутствии которого наблюдается хаотичность моментов тех или иных молекул. Значение результирующей индукции в этом случае будет соответствовать нулевой отметке, а предмет являться не намагниченным. Образование актуального направления ориентации моментов связано с определением регулярных магнитных моментов молекул внешним полем. Для небольших объемов веществ характерны магнитные моменты, которые складываются из магнитных моментов определенных молекул. В результате парамагнетический материал преобразуется в источник магнитного поля, намагничиваясь в соответствии с направлением к внешнему полю. Показатели магнитной восприимчивости парамагнетика достаточно малы, но больше ноля.

Примечание

Определение парамагнетизма впервые было представлено в 1845 году Майклом Фарадеем. Ученый классифицировал все вещества, за исключением ферромагнитных, на диамагнетики и парамагнетики.

Основные виды парамагнетиков:

• нормальные;
• металлы;
• антиферромагнетики.

К первой группе парамагнетических веществ относятся:

• оксид азота;
• платина;
• кислород;
• палладий.

Парамагнитные металлы обладают важной особенностью: их магнитная восприимчивость не определяется температурой. Это слабомагнитные вещества

Если температура антиферромагнетических материалов превышает значение в точке Кюри, то такие вещества преобразуются в нормальные парамагнетики.

Самые известные эмали для авто

Среди владельцев машин большим спросом пользуется ЛКМ на основе акрила Кенди.

Такое средство выпускается в 11 разных пигментах, но это не дает ограничение в цвете. Специалисты могут перемешивать различные оттенки, таким образом можно создать очень красивый неповторимый вариант.

Также можно сделать переходы, полутона, так получаются очень яркие, насыщенные, броские изображения.

Из недостатков средств Кенди стоит сказать о сложности ее нанесения. Окрашивание должно быть сразу, иначе на покрытии будут неровности, некрасивые наслоения.

Сегодня можно купить определенные блесточки под названием флейки.

Также большим спросом пользуется молотковый ЛКМ. Это дешевый вариант, который дает красивый результат.

Такое вещество не боится различных температур, поэтому его можно использовать даже для холодного и сложного климата.

Явление парамагнитного резонанса

Следовательно, в тех случаях, когда на парамагнетик действуют радиоволны, имеющие частоту, равную частоте Лармора, происходит переориентация его атомов-магнитиков: парамагнетик поглощает радиоволны и нагревается.

Это явление поглощения намагниченными парамагнетиками радиоволн частоты Лармора и называется парамагнитным резонансом.

Так как частота Лармора меняется с изменением напряженности магнитного поля, то при заданной частоте генератора легко подобрать такую напряженность магнитного поля, при которой произойдет парамагнитный резонанс. Поступая таким образом, мы как бы настраиваем атомы-магнитики на генератор радиочастоты, подобно тому, как настраивается радиоприемник на радиостанцию.

Диамагнитная левитация

Диамагнитная левитация имеет ту же природу что и эффект Мейснера (полное вытеснение магнитного поля из материала), она наблюдается при гораздо более сильных полях, но зато не требует предварительного охлаждения. Некоторые опыты доступны любителям. Например, редкоземельный магнит с индукцией около 1 Тл может висеть между двух пластин висмута. В поле с индукцией 11 Тл можно стабилизировать и удерживать маленький магнит в воздухе между пальцами не касаясь его.

Магнитная восприимчивость материалов

Магнитная восприимчивость χ для изотропных тел определяется выражением

χ = Y / H

Диамагнетизм

Диамагнетизм отмечает умение объекта формировать магнитное поле, вступающее в сопротивление к внешнему. Поэтому они не притягиваются, а отталкиваются, что приводит к таким поразительным вещам, как левитация диамагнитного материала, если его установить над мощным магнитом.

Пиролитический углерод, левитирующий над постоянным магнитом

По большей части диамагнетизм присутствует во всех материалах, и он всегда слабо влияет на реакцию материала по отношению к магнитному полю. У всех проводников заметен эффективный диамагнетизм, если магнитное поле меняется.  К примеру, сила Лоренца на электронах заставит их циркулировать вокруг вихревых токов. Далее токи создадут индуцированное магнитное поле, сопротивляющееся перемещению проводника.

Суперпарамагнетизм

На­блю­да­ет­ся в ан­самб­ле сла­бо­взаи­мо­дей­ст­вую­щих од­но­до­мен­ных фер­ро­маг­нит­ных час­тиц ма­ло­го объ­ё­ма, об­ла­даю­щих боль­шим маг­нит­ным мо­мен­том. Пе­ре­маг­ни­чи­ва­ние внут­ри та­ких час­тиц про­ис­хо­дит пу­тём ко­ге­рент­но­го вра­ще­ния всех маг­нит­ных мо­мен­тов ио­нов внут­ри час­ти­цы, по­это­му су­пер­па­ра­маг­не­тик во внеш­нем маг­нит­ном по­ле ве­дёт се­бя как па­ра­маг­не­тик (см. Су­пер­па­ра­маг­не­тизм).

Ядер­ный па­ра­маг­не­тизм. Обу­слов­лен маг­нит­ны­ми мо­мен­та­ми ядер. Ес­ли взаи­мо­дей­ст­вие ме­ж­ду ни­ми и маг­нит­ны­ми мо­мен­та­ми элек­трон­ных обо­ло­чек до­ста­точ­но малo, то ядер­ная па­ра­маг­нит­ная вос­при­им­чи­вость под­чи­ня­ет­ся за­ко­ну Кю­ри: $χ_я=Nμ_0μ_{я\,эфф}^2/3kT$, где $μ_{я\,эфф}$ – эф­фек­тив­ный маг­нит­ный мо­мент яд­ра, ко­то­рый при­мер­но в 1000 раз мень­ше $μ_Б$ (см. Маг­не­тизм мик­ро­час­тиц), по­это­му ядер­ная па­ра­маг­нит­ная вос­при­им­чи­вость при­мер­но в 106 раз мень­ше па­ра­маг­нит­ной вос­при­им­чи­во­сти ио­нов (см. Ядер­ный па­ра­маг­не­тизм).

Похожие записи:

Карта ленорман «луна» в гадании: значение и сочетание с другими картами Стрижка волос 3 февраля 2020 года Рожденные 7 мая знак зодиака телец: характеристика личности Гадание на новое знакомство «самовар к чему снится во сне? если видишь во сне самовар, что значит?» Мужчина рак: характеристики знака зодиака