3.14. Виды магнетиков и их свойства

Одна из основных характеристик магнитных свойств магнетиков является магнитная восприимчивость или магнитная проницаемость , т.к. намагниченность связана с соотношением

(516)

В зависимость от величины и знака магнетики разделяются на три группы: диа-, пара- и ферромагнетики.

3.14.1. Диамагнетики

Если , а , порядка , то такие магнетики называются диамагнетиками. К ним относятся все инертные газы, Cu, Ca, Zn, Au, Ag, Sb, Si, Hg, вода, бензолы, нафталин и другие.

Атомы, молекулы этих веществ не имеют собственного результирующего магнитного момента, т.е. . Т.к. , то из (516) следует, что кривая намагничивания имеет вид (рис. 207), т.е. магнитное поле выталкивает диамагнетик. Магнитная восприимчивость не зависит от температуры Т.

Рис.207	Рис.208

3.14.2. Парамагнетики

Рис.209

Существуют магнетики, у которых и . Такие магнетики называются парамагнетиками. К ним относятся щелочные металлы, Lu- лютеций, -итрий, Mg – магний, Al – алюминий, Ti – титан, V – ванадий, Мо – молибден, О₂ – молекула кислорода, MnO – окись марганца, NO – окись азота, FeCl₂ – хлорное железо и другие. Атомы и молекулы этих веществ имеют собственный результирующий магнитный момент, т.е. и обладают свойствами: почти линейная зависимость намагниченности J от напряженности в несильных магнитных полях (рис.208). Восприимчивость зависит от температуры T как (рис.209), где с – константа Кюри.

В отсутствии магнитного поля магнитные моменты атомов или молекул парамагнетика из-за тепловой энергии ориентируются беспорядочно. Поэтому пара-

Рис.210	Рис.211

магнетик не намагничен (рис.210). Под действием внешнего магнитного поля магнитные моменты молекул ориентируются вдоль поля и парамагнетик намагничивается (рис.211). Теорию рассмотрим чуть позже.

Рис.212

3.14.3. Ферромагнетитки

Существуют так называемые ферромагнетики, у которых в большом интервале температур магнитная восприимчивость достигает до 10⁶ . К ним относятся:

Рис.213

TbFe₂, TbCo₅, DyFe₂ и другие. Сплавы – HoGd, Tb_1-xGd_x, Dy_1-xGd_x и т.д., где х=0, 0.1, 0.2, …, 1.

Необычные свойства ферромагнетиков:

1. Нелинейная кривая намагничивания (рис.212);

2. Полная кривая намагничивания имеет вид петли гистерезиса (рис.213). H_c – коэрцитивная сила.

Намагниченность насыщения J_s зависит от температуры (рис.214).

T_k – температура Кюри, т.е. такая температура, ниже которой ( ) ферромагнетик находится в ферромагнитном состоянии и при возникает спонтанная намагниченность (самопроизвольная), выше которой ( ) ферромагнетик находится в парамагнитном состоянии и исчезает спонтанная намагниченность. При ориентация спиновых магнитных моментов электронов находится в беспорядочном состоянии;

Рис.214

3. Магнитная восприимчивость зависит от напряженности Н (рис.215) и от температуры (рис.216).

Причем, при восприимчивость зависит от T, как

H
Рис.215	Рис.216

. (517)

T_k – температура фазового перехода второго ряда, теория которого впервые создана Ландау.

4. При происходит скачок теплоемкости (рис.217), удельного сопротивления (рис.218) и других величин.

T
Рис.217	Рис.218

5. Также наблюдается анизотропия намагниченности, т.е. намагниченность ферромагнетика зависит от действия магнитного поля относительно кристаллографических осей (рис.219 для железа дана зависимость В от Н).

6. Ферромагнетики обладают магнитострикцией. Магнитострикция – это изме-

<100>

Рис.219

нение формы и размеров образца ферромагнетиков под действием внешнего магнитного поля (рис.220).

Рис.220

- относительное изменение продольных ( ) и поперечных размеров ( ) образца.