Similar presentations:
Электричество и магнетизм. Лекция 12-2. Ферромагнетики
1.
Электричество и магнетизмЛекция 12-2
Ферромагнетики
24 ноября 2021 года
Лектор: доцент НИЯУ МИФИ,
Ольчак Андрей Станиславович
2.
МагнетикиМагнетики: 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?
3.
Природа пара-магнетизмаПарамагнетики - вещества, у
которых собственный магнитный
момент атомов не равен нулю.
Внешнее поле пытается повернуть
iмол p m
моменты атомов в свою сторону.
Магнитная восприимчивость
парамагнетиков зависит от
температуры. Для газов
(опыт Кюри):
2
J H
npm 0
3kT
Для конденс. сред: χ ~10-4
Закон Кюри – Вайса :
пара
B0 0
C
T T0
4.
Природа диа-магнетизмаДиамагнетики - 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)
z B
Магнитная восприимчивость
d p m
диамагнетиков не зависит от
температуры (П. Кюри, 1895).
y
x
J H
0ne
6me
2
Z
i 1
Ri2
5.
Классификация магнетиковПарамагнетики – 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
6.
МагнетикиФерромагнетик
Антиферромагнетик
Парамагнетик
Диамагнетик
Периодическая таблица элементов и различные типы
намагничивания при комнатной температуре.
7.
ФерромагнетизмОсобый 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.
8.
ФерромагнетизмВо 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.
9.
ФерромагнетизмЯвление гистерезиса
остаточная индукция Br
H
B
0
B
насыщение
J
B 0 H J H
насыщение
H
коэрцитивная сила Hc
Петля гистерезиса для стали
10.
ФерромагнетизмКлассификация ферромагнитных материалов
B
B
Малая
коэрцитивная
сила
H
«Мягкие» магнитные
материалы
Большая
коэрцитивная
сила
H
«Жёсткие» магнитные
материалы
11.
ФерромагнетизмОпыт Барнетта
ω
L
pm
Механическое
намагничивание –
гироскопический эффект
действия центробежной
силы на атомарные
электроны
Вращающийся
Сэмьюэл Джексон
ферромагнитный стержень
Барнетт
намагничивается.
(1873–1956)
12.
АнтиферромагнетизмФерромагнетизм
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.
13.
МагнетикиФерромагнетик
Антиферромагнетик
Парамагнетик
Диамагнетик
Периодическая таблица элементов, показывающая различные
типы намагничивания при комнатной температуре.
14.
Дистанционный курс общей физики НИЯУ МИФИСпасибо за внимание!
Следующая лекция
24 ноября