Классификация веществ по магнитным свойствам

1. Диамагнетики – материалы, в которых магнитные моменты всех атомов скомпенсированы, т.е. внешне без действия на них поля они проявляют себя как немагнитные материалы. Когда на такие материалы действует внешнее магнитное поле, это приводит к деформации электронных оболочек, в результате чего индуцируется магнитный момент, который направлен встречно по отношению к внешнему полю и ослабляет его действие.

У диамагнитных материалов относительная магнитная проницаемость , а относительная магнитная восприимчивость .

Эти параметры не зависят от температуры и напряженности магнитного поля:

.

К диамагнетикам относятся: водород ( ), вода ( ), медь (Cu), цинк (Zn), свинец (Pb), ртуть (Hg), золото (Au), серебро (Ag), а также полупроводники: германий (Ge), селен (Se), кремний (Si).

2. Парамагнетики – материалы, атомы которых обладают определенными неупорядоченными магнитными моментами, поэтому без действия на такие материалы внешнего магнитного поля они являются немагнитными. Если на парамагнетики действует внешнее магнитное поле, их результирующий магнитный момент будет сонаправлен с действием вектора магнитного поля, и будет усиливать его действие.

У парамагнитных материалов относительная магнитная проницаемость , а относительная магнитная восприимчивость .

Эти параметры обратно пропорционально зависят от температуры:

, т.е. .

К парамагнетикам относятся: алюминий (Al), магний (Mg), платина (Pt), натрий (Na), вольфрам (W), кислород (O₂) и некоторые оксиды (СоО, , CuO).

3. Ферромагнетики – твердые кристаллические материалы, у которых в результате квантово-механического взаимодействия между атомами происходит параллельная ориентация векторов магнитных моментов в доменах, благодаря чему даже без действия внешнего магнитного поля такой материал оказывается спонтанно намагниченным.

У ферромагнитных материалов относительная магнитная проницаемость , а относительная магнитная восприимчивость .

Эти параметры зависят от температуры и напряженности магнитного поля:

.

К ним относятся: железо (Fe), кобальт (Co), никель (Ni), гадолиний (Gd) и некоторые другие редкоземельные металлы, сплавы на их основе, а также оксиды на их основе и некоторые соединения марганца (Mn) с серебром и алюминием, и с медью и алюминием.

При превышении температуры выше температуры (точки) Кюри ферромагнетики теряют доменную структуру и становятся парамагнетиками.

4. Антиферромагнетики – это такие материалы, в которых благодаря антипараллельной направленности векторов магнитных моментов в пределах главных доменов получается, что они не обладают результирующим магнитным моментом. При действии на такой материал повышенной температуры, это его свойство нарушается, и если превысить пороговую температуру, называемую температурой Нееля (антиферромагнитной температурой Кюри), то такой материал становится парамагнетиком.

К ним относятся: марганец (Mn), хром (Cr) и некоторые соединения на их основе.

5. Ферримагнетики (ферриты) - твердые кристаллические порошкообразные соединения, характеризуемые общей химической формулой (где Me – название металла, n – количество молекул оксида трехвалентного железа, входящего в феррит) и имеющие сложную кристаллическую решетку, которая состоит из ряда подрешеток. В пределах каждой подрешетки наблюдается антипараллельная ориентация векторов магнитных моментов. В результате результирующий магнитный момент будет иметь большое значение и значительно отличаться от нуля.

У ферримагнитных материалов относительная магнитная проницаемость , а относительная магнитная восприимчивость .

Эти параметры зависят от температуры и напряженности магнитного поля:

.

6. Метамагнетики – материалы на основе редкоземельных металлов и их соединений: гольмия (Но), тербия (Tr), эрбия (Er), диспрозия (Dy), которые в слабых магнитных полях ведут себя как антиферромагнетики, а в сильных – как ферромагнетики или наоборот.

Антиферромагнитными в слабых полях являются МnАu₂, диспрозий и эрбий. Ферромагнитными в слабых полях являются МnАs, МnВi, гольмий и тербий.

В электротехнике в качестве магнитных материалов используются, главным образом, ферромагнетики .и ферримагнетики.

По значению коэрцитивной (задерживающей) силы H_с они делятся на две большие группы - магнитомягкие материалы с малой Н_с и магнитотвердые материалы с большим значением Н_с .

Магнитомягкими называются магнитные материалы с коэрцитивной силой не более 4 кА/м, а магнитотвердыми — с коэрцитивной силой не менее 4 кА/м.

Магнитомягкие материалы предназначены прежде всего для работы в переменных магнитных полях или в динамических режимах, магнитотвердые материалы — для работы в статическом режиме.