Ферромагнетики⚠️: примеры, применение, свойства

Ферромагниты – это вещества, характеризующиеся спонтанной намагниченностью, которая претерпевает значительные изменения под воздействием внешних факторов, таких как магнитное поле, деформация и температура.

Определение ферромагнитов: описание, свойства, типы

Ферромагнетики – это вещества, характеризующиеся спонтанной намагниченностью, которая претерпевает значительные изменения под воздействием внешних факторов, таких как магнитное поле, деформация и температура.

Магнитная восприимчивость ферромагнитов положительна и равна 10 в степени 4 или 5. Если напряженность магнитного поля увеличивается нелинейно, намагниченность и магнитная индукция ферромагнитных веществ увеличиваются.

Отличительная особенность

Ферромагнетики отличаются от диамагнетиков и парамагнетиков наличием спонтанной или внутренней намагниченности при отсутствии внешнего магнитного поля. Этот факт указывает на упорядоченную ориентацию электронных спинов и магнитных моментов. Еще одной особенностью ферромагнитов, в отличие от других типов магнитных материалов, является значительное превышение внутреннего магнитного поля над внешним полем.

Будьте осторожны! Если преподаватель обнаружит плагиат в вашем сочинении, вам не избежать серьезных проблем (вплоть до исключения из школы). Если вы не можете написать его самостоятельно, закажите его здесь.

Примеры материалов

Вы можете найти несколько примеров природных ферромагнитов. Широко распространены ферриты, которые являются химическими соединениями оксидов железа с оксидами других веществ. Первым открытым ферромагнитным материалом стал магнитный железняк, который относится к категории ферритов. Следующие материалы обладают ферромагнитными свойствами:

  • техническое железо;
  • ферромагнитные оксиды;
  • низкоуглеродистая сталь;
  • лист из электротехнической стали;
  • Пермаллои, включая железо-никелевый сплав, обладающие высокой проницаемостью.

Ферромагнитные свойства материалов проявляются только у веществ в твердом состоянии, атомы которых обладают постоянным спиновым или орбитальным магнитным моментом, в частности, у атомов с незавершенными внутренними электронными оболочками. Переходные металлы являются типичными ферромагнетиками. В ферромагнетиках происходит резкое увеличение внешнего магнитного поля. А для ферромагнетиков величина магнитного поля зависит от величины магнитного поля сложным образом. Типичными ферромагнитами являются Fe, Co, Ni, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, а также соединения ферромагнитных материалов с неферромагнитными: , , , , , и т.д.

Какие из следующих соединений называются ферромагнетиками?

К ферромагниты (феррум – железо) – это вещества, магнитная восприимчивость которых положительна и достигает значений . Намагничивание и плотность магнитного потока ферромагнита увеличивается с ростом напряженности магнитного поля нелинейно, и в областях намагниченность ферромагнитов достигает порогового значения а вектор плотности магнитного потока линейно увеличивается с ростом :

Ферромагнитные свойства материалов проявляются только в твердых веществах, атомы которых имеют постоянный спин или орбитальный магнитный момент, в частности атомы с незавершенными внутренними электронными оболочками. Переходные металлы являются типичными ферромагнетиками. В ферромагнетиках происходит резкое увеличение внешнего магнитного поля. А для ферромагнитов зависит от величины магнитного поля сложным образом. Типичными ферромагнитами являются Fe, Co, Ni, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm и соединения ферромагнитных материалов с неферромагнитными материалами: , , и т.д.

Основное отличие ферромагнитов от диа- и парамагнетиков заключается в наличии в ферромагнетиках спонтанной (самоорганизованной) намагниченности в отсутствие внешнего магнитного поля. Наличие спонтанного магнитного момента в ферромагнетиках в отсутствие внешнего магнитного поля означает, что спины электронов и магнитные моменты носителей атомного магнетизма ориентированы в веществе упорядоченным образом.

Основными различиями в магнитных свойствах ферромагнитов являются.

1. нелинейная зависимость намагниченности от напряженности магнитного поля Н (рис. 6.5).

Как видно из рис. 6.5, при наблюдается магнитное насыщение.

2. на зависимость магнитной индукции В против Н является нелинейным, в то время как при – является линейным (рис. 6.6).

Зависимость относительной проницаемости от Н Н имеет сложный характер (рис. 6.7), при этом максимальные значения μ очень велики ( ).

Впервые проведено систематическое исследование μ против μ. Н были проведены в 1872 году А.Г. Столетовым (1839-1896), выдающимся русским физиком и организатором физической лаборатории в Московском университете. Рис. 6.8 показана зависимость магнитной проницаемости некоторых ферромагнетиков от напряженности магнитного поля – кривая Столетова.

Каждый ферромагнит имеет температуру, называемую точка Кюри ( ), выше которого вещество теряет свои особые магнитные свойства.

Существование температуры Кюри обусловлено нарушением упорядоченного состояния в магнитной подсистеме кристалла – параллельной ориентации магнитных моментов. Для никеля температура Кюри составляет 360 °C. Если образец никеля подвешен возле пламени горелки так, что он находится в поле сильного постоянного магнита, то ненагретый образец может быть расположен горизонтально, сильно притягиваясь к магниту (рис. 6.9). По мере нагревания образца и достижения им температуры />ферромагнитные свойства в никеле исчезают, и образец никеля падает. При охлаждении до температуры ниже точки Кюри образец снова будет притягиваться к магниту. При нагревании она снова падает, и так далее, колебания будут продолжаться до тех пор, пока горит свеча.

5 Существование Магнитный гистерезис.

На рисунке 6.10 показан петля гистерезиса – график зависимости намагниченности вещества от напряженности магнитного поля Н.

Намагничивание на сайте называется намагниченность насыщения.

Намагничивание на стороне называется остаточная намагниченность (что необходимо в случае постоянных магнитов).

Интенсивность магнитного поля полностью размагниченного ферромагнита называется принудительная сила. Она характеризует способность ферромагнита поддерживать состояние намагниченности.

Высокая коэрцитивная сила (широкая петля гистерезиса) возникает в магнитно-твёрдый материалы. Небольшие принудительные полномочия можно найти в низкая коэрцитивная сила возникает в магнитно-мягких материалах.

Измерения гиромагнитного коэффициента для ферромагнетиков показали, что элементарными носителями магнетизма в них являются спиновые магнитные моменты электронов.

Спонтанно, в Только очень маленькие монокристаллы ферромагнитных материалов, таких как никель или железо, намагничиваются самопроизвольно. Чтобы большой кусок железа стал постоянным магнитом, его нужно намагнитить, т.е. поместить в сильное магнитное поле, а затем это поле удалить. Оказалось, что с большой исходный кусок железа делится на множество очень маленьких ( ), полностью намагниченные области, называемые доменами. Векторы намагниченности доменов в отсутствие внешнего магнитного поля ориентированы так, что полный магнитный момент ферромагнетика равен нулю. Если бы в отсутствие поля кристалл железа представлял собой единый домен, то создавалось бы внешнее магнитное поле значительной энергии (рис. 6.11, а). Расщепляясь на домены, ферромагнитный кристалл уменьшает энергию магнитного поля. Расщепляясь на косые домены (рис. 6.11, г), можно легко получить ферромагнитное кристаллическое состояние, из которого магнитное поле вообще не выходит. В общем случае монокристалл реализует разделение на доменные структуры, что соответствует минимуму свободной энергии ферромагнетика. Если поместить разделенный ферромагнетик во внешнее магнитное поле, доменные стенки начинают двигаться. Они движутся таким образом, что доменов с вектором намагниченности, ориентированным по полю, больше, чем доменов с противоположной ориентацией (рис. 6.11, б, в, г). Это движение доменной стенки снижает энергию ферромагнита во внешнем магнитном поле. По мере увеличения магнитного поля весь кристалл превращается в один большой домен с магнитным моментом, ориентированным по полю (рис. 6.11, а).

Ферромагнитные материалы играют огромную роль в самых разных областях современной технологии. Мягкие магнитные материалы используются в электротехнике для производства трансформаторов, электродвигателей, генераторов, слаботочных устройств связи и радиоаппаратуры; жесткие магнитные материалы используются для производства постоянных магнитов.

Ферриты широко используются в радиотехнике, особенно в высокочастотной радиотехнике ( ), которые сочетают в себе ферромагнитные и полупроводниковые свойства.

Магнитные материалы широко используются в традиционной технологии HDD (рис. 6.12).

Рисунок 6.12 Рисунок 6.13

Магнитный материал 2 (рис. 6.13) осаждается тонким слоем на подложку неподвижного диска 3. Каждый бит информации представлен группой магнитных доменов (предпочтительно одним доменом). Поле записывающей головки 4 (5 – считывающей головки) используется для перемагничивания области (изменения направления вектора намагниченности). Наличие дополнительных стабилизирующих слоев предотвращает спонтанную потерю информации. Запись в вертикально ориентированных доменах достигает плотности до 450 ГБ/см2 .

Рисунок 6.14 Рисунок 6.15

На рисунке 6.14 показан первый магнитный диск, созданный в 1955 году, под названием IBM 350 Disk File, емкостью 5 МБ и размером 24 дюйма.

В 1971 году впервые был использован магнитный диск IBM3330, созданный в 1957 году и оснащенный магнитной головкой и слотом (рис. 6.15).

Ферромагнитные свойства проявляются только тогда, когда вещество находится в кристаллическом состоянии. Более того, эти свойства сильно зависят от температуры, поскольку тепловое движение препятствует стабильной ориентации элементарных магнитных моментов. Таким образом, для каждого ферромагнетика существует определенная температура (точка Кюри), при которой намагничивающая структура разрушается и вещество становится парамагнетиком. Для железа, например, это 900 °C.

Свойства ферромагнитных материалов и их применение в технике

Магнитное поле существует вокруг проводника, в котором течет электрический ток, даже в вакууме. И если в поле ввести вещество, то магнитное поле изменится, потому что каждое вещество в магнитном поле становится намагниченным, то есть приобретает больший или меньший магнитный момент, определяемый как сумма элементарных магнитных моментов, связанных с составными частями, составляющими вещество.

Суть явления заключается в том, что молекулы многих веществ обладают собственными магнитными моментами, поскольку внутри молекул движутся заряды, которые образуют элементарные круговые токи и поэтому сопровождаются магнитными полями. Если к веществу не приложено внешнее магнитное поле, магнитные моменты его молекул ориентированы в пространстве хаотично, и общее магнитное поле (как и общий магнитный момент молекул) такого образца будет равно нулю.

Если образец поместить во внешнее магнитное поле, то ориентация элементарных магнитных моментов его молекул приобретет доминирующее направление под действием внешнего поля. В результате общий магнитный момент вещества уже не будет равен нулю, поскольку магнитные поля отдельных молекул в новых условиях не компенсируют друг друга. Поэтому вещество обладает магнитным полем B.

Однако если молекулы вещества изначально не имеют магнитных моментов (такие вещества есть), то при помещении такого образца в магнитное поле в нем индуцируются круговые токи, молекулы приобретают магнитные моменты, что приводит к возникновению в образце общего магнитного поля B.

Большинство известных веществ слабо намагничиваются в магнитном поле, но существуют также вещества, обладающие сильными магнитными свойствами, которые называются ферромагниты. Примерами ферромагнитов являются железо, кобальт, никель и их сплавы.

Ферромагниты – это твердые тела, которые при низких температурах демонстрируют спонтанную намагниченность, которая значительно изменяется под воздействием внешнего магнитного поля, механической деформации или изменения температуры. Так ведут себя сталь и железо, никель и кобальт и их сплавы. Их магнитная проницаемость в тысячи раз больше, чем у вакуума.

По этой причине в электротехнике ферромагнитные материалы традиционно используются для проведения магнитного потока и преобразования энергии.

Магнитосопротивление ферромагнитного материала

В таких веществах магнитные свойства зависят от магнитных свойств элементарных носителей магнетизма – электронов, движущихся внутри атомов. Конечно, электроны, движущиеся по орбитам в атомах вокруг их ядер, образуют круговые токи (магнитные диполи). Но при этом электроны также вращаются вокруг собственной оси, создавая спиновые магнитные моменты, которые играют важную роль в намагничивании ферромагнитов.

Ферромагнитные свойства проявляются только тогда, когда вещество находится в кристаллическом состоянии. Кроме того, эти свойства сильно зависят от температуры, поскольку тепловое движение препятствует стабильной ориентации элементарных магнитных моментов. Для каждого ферромагнетика, например, существует определенная температура (точка Кюри), при которой структура намагниченности разрушается и вещество становится парамагнитным. Например, для железа это 900 °C.

Даже в слабых магнитных полях ферромагниты способны намагничиваться до насыщения. Кроме того, их магнитная проницаемость зависит от величины приложенного внешнего магнитного поля.

В начале процесса намагничивания магнитная индукция B в ферромагнетике увеличивается, поэтому его магнитная проницаемость высока. Но когда наступает насыщение, дальнейшее увеличение магнитной индукции внешнего поля уже не увеличивает магнитное поле ферромагнита, и поэтому магнитная проницаемость образца уменьшилась, стремясь теперь к 1.

Важное свойство ферромагнитов остаточная намагниченность. Предположим, что ферромагнитный стержень помещен в катушку, и путем увеличения тока в катушке он доводится до насыщения. Затем ток в катушке выключается, то есть магнитное поле катушки снимается.

Вы заметите, что стержень не размагнитился до состояния, в котором он был в начале, его магнитное поле больше, т.е. существует остаточная индукция. Таким образом, стержень стал постоянным магнитом.

Чтобы размагнитить такой стержень, к нему необходимо приложить внешнее магнитное поле противоположного направления и индукции, равной остаточной индукции. Значение модуля магнитной индукции поля, которое необходимо приложить к намагниченному ферромагниту (постоянному магниту), чтобы размагнитить его, называется принудительная сила.

Кривые намагничивания (петли гистерезиса) Явление, при котором индукция в ферромагните после намагничивания отстает от индукции приложенного магнитного поля, называется магнитный гистерезис (см. – Что такое гистерезис).

Кривые намагничивания (петли гистерезиса) различны для разных ферромагнитных материалов.

Некоторые материалы имеют широкие петли гистерезиса – это материалы с высокой остаточной намагниченностью, которые классифицируются как магнитно-жесткие материалы. Магнитно-твердые материалы используются для изготовления постоянных магнитов.

В отличие от них, магнитомягкие материалы имеют узкую петлю гистерезиса, низкую остаточную намагниченность и легко перемагничиваются в слабых полях. Мягкие магнитные материалы используются в качестве магнитопроводов в трансформаторах, статорах двигателей и т.д.

Сегодня ферромагнетики играют очень важную роль в технике. Магнитомягкие материалы (ферриты, электротехнические стали) используются в электродвигателях и генераторах, в трансформаторах и дросселях, в радиотехнике. Ферриты используются в производстве сердечников индукционных катушек.

Магнитотвердые материалы (ферриты бария, кобальта, стронция и неодим-железо-бор) используются для производства постоянных магнитов. Постоянные магниты широко используются в электроизмерительных и акустических приборах, в двигателях и генераторах, в магнитных компасах и т.д.

Если вам понравилась эта статья, пожалуйста, поделитесь ею в социальных сетях. Это поможет нашему сайту развиваться!

Слово “электричество” происходит от греческого слова electron – янтарь, который электризуется при трении о шерстяную ткань. В природе известны два типа электрических зарядов, которые условно называют положительным и отрицательным зарядами. Их взаимодействие также известно: заряды с одинаковыми именами отталкиваются друг от друга, заряды с разными именами притягиваются друг к другу.

Физика B1.B8.

Электростатика 1. Электрические заряды

Слово “электричество” происходит от греческого слова “электрон”. Янтарь, который электризуется при трении о шерстяную ткань. В природе известны два типа электрических зарядов, которые условно называют положительным и отрицательным зарядами. Их взаимодействие также известно: заряды с одинаковыми именами отталкиваются друг от друга, заряды с разными именами притягиваются друг к другу.

Электрический заряд любого тела состоит из числа элементарных зарядов, равных приблизительно Этот заряд – заряд отрицательно заряженной частицы, называемой электроном. Масса покоя электрона составляет ок. . Кроме отрицательно заряженного электрона существуют частицы с положительным элементарным зарядом. Стабильной частицей с положительным элементарным зарядом является протон. Протон является ядром атома водорода, самого легкого элемента таблицы Менделеева. Масса протона в 1836 раз больше массы электрона . Протон – это частица, образующая ядра всех элементов и определяющая заряд ядра. Электроны в атомах образуют электронную оболочку атома. Они могут покидать электронную оболочку атома или молекулы, превращая ее в положительный ион; они также могут присоединяться к другому атому или молекуле, превращая эти молекулы в отрицательный ион. Перенос электронов может происходить не только между атомами или молекулами, но и между телами, например, при их контакте друг с другом. Это явление называется электризацией тел при контакте. При электризации одни тела имеют избыток электронов, такие тела заряжены отрицательно, а другие тела имеют дефицит электронов, такие тела заряжены положительно. Однако во всех случаях выполняется один из основных законов физики – закон сохранения электрического заряда: алгебраическая сумма зарядов частиц или тел, образующих электрически изолированную (замкнутую) систему, не изменяется под влиянием процессов, происходящих в этой системе. Электрически изолированная система – это система тел (частиц), которая не обменивается зарядами с телами, не входящими в эту систему.

5) ферромагниты имеют остаточную намагниченность. Если, например, поместить ферромагнитный стержень в катушку, в которой течет ток, и намагнитить его до насыщения (точка А) (рис. 3), а затем уменьшить ток в катушке, а вместе с ним и B0видно, что индукция поля в стержне при размагничивании все еще больше, чем при намагничивании. Когда Б0 = 0 (ток в катушке выключен) индукция будет равна Br (остаточная индукция). Стержень можно извлечь из катушки и использовать в качестве постоянного магнита. Для окончательного размагничивания стержня необходимо пропустить через соленоид ток противоположного направления, т.е. приложить внешнее магнитное поле с направлением, противоположным вектору индукции. Увеличивая теперь по модулю индукции этого поля до Boc, размагнитить стержень (B = 0).

X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум 2018

Если в магнитное поле, создаваемое токами в проводах, ввести какое-либо вещество, то поле изменится. Это объясняется тем, что каждое вещество является магнетитом, то есть способно под воздействием магнитного поля намагничиваться – приобретать магнитный момент М. Этот магнитный момент представляет собой сумму элементарных магнитных моментов m0связанные с отдельными частицами тела M = m0. В настоящее время установлено, что частицы многих веществ обладают собственным магнитным моментом, обусловленным внутренним движением зарядов. Каждый магнитный момент соответствует элементарному круговому току, который генерирует магнитное поле в окружающем пространстве. В отсутствие внешнего магнитного поля магнитные моменты молекул ориентированы случайным образом, поэтому результирующее магнитное поле, индуцируемое ими, равно нулю. Полный магнитный момент вещества также равен нулю. Последнее также относится к тем веществам, молекулы которых не имеют магнитных моментов в отсутствие внешнего поля. Однако если вещество поместить во внешнее магнитное поле, то под действием этого поля магнитные моменты молекул приобретают преобладающую ориентацию в одном направлении и вещество становится намагниченным – его суммарный магнитный момент становится отличным от нуля. В этом случае магнитные поля отдельных молекул больше не компенсируют друг друга, поэтому возникает B-поле. В противном случае вещества, молекулы которых не имеют магнитного момента, в отсутствие внешнего поля становятся намагниченными. Внесение таких веществ во внешнее поле индуцирует в молекулах элементарные круговые токи, молекулы и все вещество приобретают магнитный момент, что также приводит к появлению поля В1. Большинство веществ становятся слабо намагниченными при попадании в магнитное поле. Сильными магнитными свойствами обладают только ферромагнитные вещества: железо, никель, кобальт и многие их сплавы.

ФЕРРОМАГНЕТИКИ ИХ СВОЙСТВА

Ферромагниты – это твердые тела, которые при умеренно высоких температурах проявляют спонтанный магнетизм, который сильно изменяется под воздействием внешних факторов – магнитного поля, деформации, изменения температуры. К ним относятся сталь, железо, никель, кобальт и их сплавы. Их магнитная проницаемость в несколько тысяч раз превышает проницаемость вакуума. По этой причине все электрические устройства, использующие магнитные поля для преобразования энергии, должны быть оснащены элементами из ферромагнитного материала, предназначенными для проведения магнитного потока. Эти элементы называются магнитопроводами.

Магнитные свойства веществ зависят от магнитных свойств элементарных носителей магнетизма электронов, движущихся в атомах, а также от совместного действия их групп. Электроны в атомах, двигаясь по орбитам вокруг атомного ядра, образуют элементарные токи или магнитные диполи, которые характеризуются магнитным моментом m. Его величина равна произведению элементарного тока i и элементарной поверхности s, ограниченной элементарным контуром m = is. Вектор m перпендикулярен поверхности s в соответствии с правилом червяка. Магнитный момент тела – это геометрическая сумма магнитных моментов всех диполей. Помимо орбитальных моментов, электроны, вращаясь вокруг своей оси, также образуют спиновые моменты, которые играют важную роль в намагничивании ферромагнитов.

Ферромагниты обладают следующими свойствами.

1) Ферромагнитные свойства вещества проявляются только тогда, когда вещество находится в кристаллическом состоянии;

2) Магнитные свойства ферромагнитов сильно зависят от температуры, так как ориентация магнитных полей доменов затруднена тепловым движением. Для каждого ферромагнита существует определенная температура, при которой доменная структура полностью разрушается и ферромагнит превращается в парамагнетик. Это значение температуры называется точкой Кюри. Для чистого железа, например, температура Кюри составляет около 900 °C;

3) ферромагниты намагничиваются до насыщения в слабых магнитных полях. На рисунке 1 показано, как модуль индукции магнитного поля B в стали изменяется под действием внешнего поля B0;

4) Магнитная проницаемость ферромагнита зависит от внешнего магнитного поля (рис. 2).

Это связано с тем, что первоначально, когда B0 магнитная индукция B увеличивается по силе и, следовательно μ увеличится. Тогда при значении магнитной индукции B0 насыщенность (μ максимальна в этот момент) и при дальнейшем увеличении B0 магнитная индукция B1 в материале перестает изменяться и магнитная проницаемость уменьшается (стремится к 1):

5) ферромагниты имеют остаточную намагниченность. Если, например, ферромагнитный стержень поместить в катушку, в которой течет ток, и намагнитить его до состояния насыщения (точка А) (рис. 3), а затем ток в катушке уменьшится и B0видно, что индукция поля в стержне во время размагничивания все еще больше, чем во время намагничивания. Когда Б0 = 0 (ток в катушке выключен) индукция будет равна Br (остаточная индукция). Стержень можно извлечь из катушки и использовать в качестве постоянного магнита. Чтобы окончательно размагнитить стержень, через соленоид необходимо пропустить ток противоположного направления, т.е. приложить внешнее магнитное поле с направлением, противоположным вектору индукции. Увеличивая теперь по модулю индукции этого поля до Boc, размагнитить стержень (B = 0).

Модуль упругости Boc индукции магнитного поля, которая размагничивает намагниченный ферромагнит, называется коэрцитивной силой.

При дальнейшем увеличении B0 можно намагнитить стержень до состояния насыщения (точка А).0 к нулю, мы снова получаем постоянный магнит, но с индукцией -Br (в противоположном направлении). Чтобы снова размагнитить брусок, катушка должна быть возбуждена в первоначальном направлении, и брусок будет размагничен, когда индукция B0 равна Boc. Дальнейшее увеличение B0Стержень снова намагничивается до насыщения (точка A).

Таким образом, во время намагничивания и размагничивания ферромагнита индукция B отстает от B0. Это отставание называется явлением гистерезиса. Кривая, показанная на рисунке 3, называется петлей гистерезиса.

Гистерезис – это свойство систем, которые не сразу следуют за приложенными силами. Гистерезис был открыт в 1880 году. Варбург (1846-1931). Форма кривой намагничивания (петля гистерезиса) значительно отличается для различных ферромагнитных материалов, которые нашли очень широкое применение в науке и технике. Некоторые магнитные материалы имеют широкую петлю гистерезиса с большой остаточной силой намагничивания, они называются магнитно-жесткими и используются для изготовления постоянных магнитов. Другие ферромагнитные сплавы имеют низкие значения силы, эти материалы легко намагничиваются и перемагничиваются даже в слабых полях. Эти материалы известны как магнитно-мягкие и используются в различных электрических устройствах, таких как трансформаторы и магнитопроводы.

ОСНОВЫ ТЕОРИИ ФЕРРОМАГНЕТИЗМА

В отличие от диамагнетизма и парамагнетизма, которые являются свойствами отдельных атомов или молекул вещества, ферромагнитные свойства вещества объясняются особенностями его кристаллической структуры. Атомы железа, взятые, например, в парообразном состоянии, сами по себе диамагнитны или только слабо парамагнитны. Ферромагнетизм – это свойство железа в твердом состоянии, т.е. свойство кристаллов железа. Прежде всего, на это указывает зависимость магнитных свойств железа и других ферромагнитных материалов от обработки, изменяющей их кристаллическую структуру. Далее выяснилось, что парамагнитные и диамагнитные металлы могут быть использованы для образования сплавов с высокими ферромагнитными свойствами. Так обстоит дело, например, со сплавом Хойслера, который по своим магнитным свойствам почти не уступает железу, хотя состоит из таких слабомагнитных металлов, как медь (60%), марганец (25%) и алюминий (15%). С другой стороны, некоторые ферромагнитные сплавы, например, сплав, состоящий из 75% железа и 25% никеля, практически немагнитен. Наконец, самым убедительным доказательством является то, что все ферромагнитные вещества теряют свои ферромагнитные свойства при достижении определенной температуры (точка Кюри).

Ферромагнитные вещества отличаются от парамагнитных не только очень высокой магнитной проницаемостью и ее зависимостью от напряженности поля, но и весьма своеобразной зависимостью между намагниченностью и напряженностью намагничивающего поля. Эта особенность находит свое выражение в явлении гистерезиса со всеми вытекающими отсюда последствиями: наличием остаточной намагниченности и коэрцитивной силы.

Взаимодействие магнитных моментов отдельных атомов в ферромагните приводит к возникновению чрезвычайно сильных внутренних магнитных полей, действующих внутри каждого такого поля и выравнивающих все атомные намагниченности параллельно друг другу, как показано на рис. 4. 4. Таким образом, даже в отсутствие внешнего поля ферромагнитная материя состоит из множества отдельных областей, каждая из которых спонтанно намагничивается до насыщения. Но направление намагниченности меняется от области к области, так что из-за хаотического распределения этих областей тело в целом становится ненамагниченным в отсутствие внешнего поля.

Рис.4 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую ориентацию молекулярных магнитов в “областях спонтанной намагниченности” A и B.

a) Внешнее магнитное поле отсутствует;

(b) Под воздействием внешнего магнитного поля H происходит изменение положения областей A и B.

Под воздействием внешнего поля такие “области спонтанной намагниченности” перегруппировываются, так что те области, намагниченность которых параллельна внешнему полю, преобладают, и вещество в целом становится намагниченным.

Один пример такой перестройки областей спонтанной намагниченности показан на рис. 4. На нем схематически изображены два соседних поля, направления намагниченности которых перпендикулярны друг другу.

Когда поле накладывается Н часть атомов в регионе Вперпендикулярно полю, на его границе с областью Ав которых намагниченность параллельна полю, поворачивается так, что направление их магнитного момента становится параллельным полю. Таким образом, регион Анамагниченное параллельно внешнему полю, расширяется за счет тех областей, в которых направление намагниченности образует большой угол с направлением поля и происходит преимущественное намагничивание тела в сторону внешнего поля. В очень сильных внешних полей, можно также изменить направление ориентации всех атомов в пределах всего поля.

Когда внешнее поле снимается (уменьшается), происходит обратный процесс распада и дезориентации этих областей, т.е. размагничивание тела. Из-за больших размеров “областей спонтанной намагниченности” по сравнению с атомами, как их ориентация, так и обратный процесс разориентации происходят с гораздо большими трудностями, чем определение ориентации или разориентации отдельных молекул или атомов, что имеет место в парамагнитных и диамагнитных телах. Это объясняет задержку намагничивания и размагничивания от изменения внешнего поля, т.е. гистерезис ферромагнитных тел.

Ферромагнитные материалы играют огромную роль в различных областях современной техники. Мягкие магнитные материалы используются в электротехнике для изготовления трансформаторов, электродвигателей, генераторов, в слаботочной связи и радиотехнике; твердые магнитные материалы используются для изготовления постоянных магнитов.

При отключении внешнего магнитного поля ферромагнит остается намагниченным, т.е. создает магнитное поле в окружающем пространстве.

Упорядоченная ориентация элементарных токов не исчезает при выключении внешнего магнитного поля. Именно поэтому существуют постоянные магниты. Постоянные магниты широко используются в электроизмерительных приборах, громкоговорителях и телефонах, звукозаписывающих устройствах и магнитных компасах.

Ферриты, сочетающие ферромагнитные и полупроводниковые свойства, широко используются в радиотехнике, особенно в высокочастотной радиотехнике. Ферриты используются для изготовления сердечников индукционных катушек, магнитных лент, пленок и дисков.

Ферромагниты – это твердые тела со спонтанной (самопроизвольной) намагниченностью при низких температурах, которая быстро изменяется под воздействием внешних факторов, таких как магнитные поля, деформация и изменение температуры.

В дополнение к высокой магнитной проницаемости, ферромагниты имеют сильную нелинейную зависимость индукции B от напряженности магнитного поля Hа во время перемагничивания отношение между B и H становится двусмысленным. Когда ферромагнит перемагничивается, в нем происходит необратимое преобразование энергии в тепло.

При высокой температуре ферромагнитные свойства всех ферромагнитных веществ исчезают.

В отличие от диамагнетизма и парамагнетизма, которые являются свойствами отдельных атомов или молекул вещества, ферромагнитные свойства вещества обусловлены особенностями его кристаллической структуры. Например, атомы железа, взятые в парообразном состоянии, сами являются диамагнитными или только слабо парамагнитными. Ферромагнетизм – это свойство железа в твердом состоянии, т.е. свойство кристаллов железа.

Ферромагнитные материалы играют огромную роль в различных областях современной техники. Мягкие магнитные материалы используются в электротехнике в трансформаторах, электродвигателях, генераторах, слаботочной связи и радиотехнике; твердые магнитные материалы используются в постоянных магнитах.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. и.и. иродов и.и. электромагнетизм. Основные законы. – 3-е изд. М, Спб: Лаборатория фундаментальных знаний, 2000 г. – 352 с.

2 Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики: учебное пособие. В 3 томах. / Под редакцией Г.С. Ландсберга, Т.П. Электричество и магнетизм. – 11-е изд. – М.: Наука, Физматлит, 1995 г. – 480с.

3. ферромагнетики // Википедия [Интернет-источник]. Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B5%D1%80%D1%80%D0%BE%D0%BC%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B8.

4. точка Кюри // Википедия [Интернет-источник]. Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%BE%D1%87%D0%BA%D0%B0_%D0%9A%D1%8E%D1%80%D0%B8.

5. Трофимова Т.И. Курс физики: учебник для вузов. – 7-е изд. – М.: Высш. шк. shk. 2002. – 542 с.

6. Яворский Б.М., Детлаф А.А.. Справочник по физике. – 3-е изд. – М.: Наука. М.: Наука, физика и математика, 1990 г. – 624 с.

  • Ферримагнетики – это материалы, в которых магнитные моменты атомов разных подрешеток ориентированы антипараллельно, как в антиферромагнетиках, но моменты разных подрешеток не равны, так что результирующий момент не равен нулю. Ферримагнетики характеризуются спонтанной намагниченностью. Различные подрешетки в них состоят из различных атомов или ионов, например, это могут быть различные ионы железа, Fe2+ и Fe3+. Некоторые упорядоченные металлические сплавы обладают ферримагнитными свойствами, но в основном это различные оксидные соединения, среди которых наибольший интерес с практической точки зрения представляют ферриты.

Ферримагнетики

  • Ферримагнетики – это материалы, в которых магнитные моменты атомов различных подрешеток ориентированы антипараллельно, как в антиферромагнетиках, но моменты различных подрешеток не равны, так что результирующий момент не равен нулю. Ферримагнетики характеризуются спонтанной намагниченностью. Различные подрешетки в них состоят из различных атомов или ионов, например, это могут быть различные ионы железа, Fe2+ и Fe3+. Некоторые упорядоченные металлические сплавы обладают свойствами ферримагнитов, но в основном это различные оксидные соединения, среди которых наибольший интерес с практической точки зрения представляют ферриты.

Связанные термины

Мультиферроики (или ферромагнетики в советской литературе) – это материалы, в которых одновременно сосуществуют два или более типов ферроординации: ферромагнитная, ферроэлектрическая и ферроупругая.

5⋅103 Вт-м-1-K-1, соответственно). Высокая мобильность носителя.

В гармоническом приближении колебания атомов решетки вокруг положения равновесия представлены в виде набора квазичастиц, называемых фононами. Все они обладают спином и поэтому являются бозонами. Знание фононного спектра (зависимости энергии фонона от волнового вектора) позволяет определить коэффициенты теплопроводности, скорость звука, теплоемкость фононов, спектры Рамана и другие параметры кристалла.

1-3 МэВ, рассеянных в направлении, противоположном исследуемому образцу.

Читайте далее:
Сохранить статью?