30. Ферромагнетизм. Обменные Силы. Магнитный Гистерезис. Температура Кюри. Антиферромагнетики Ферромагнетизм 🔆
Ферромагнетизм — это явление, при котором вещество обладает сильной спонтанной намагниченностью в отсутствие внешнего магнитного поля. Ферромагнетики характеризуются очень большой положительной магнитной восприимчивостью ( ) и магнитной проницаемостью ( ).
Домены (Области спонтанной намагниченности): Ферромагнетик состоит из множества микроскопических областей — доменов. Внутри каждого домена все атомные магнитные моменты ориентированы параллельно друг другу, создавая максимально возможное магнитное поле.
Причина сильного намагничивания: Внешнее магнитное поле вызывает:
Смещение границ доменов: Домены, ориентированные по полю, увеличиваются в размерах за счёт "поглощения" соседних доменов.
Вращение векторов намагниченности доменов: При сильном поле векторы намагниченности доменов поворачиваются в направлении внешнего поля.
Обменные Силы (Обменное Взаимодействие)
Обменные силы — это силы, имеющие квантово-механическую природу и не имеющие классического аналога. Они возникают между электронами соседних атомов и определяют, будут ли их спиновые магнитные моменты ориентированы параллельно (ферромагнетизм) или антипараллельно (антиферромагнетизм).
Роль: Обменные силы на порядки (в
раз) сильнее обычных магнитных
диполь-дипольных взаимодействий и
ответственны за параллельную
ориентацию спинов в доменах ферромагнетиков,
преодолевая дезориентирующее действие
теплового движения.
Магнитный Гистерезис 🔄
Магнитный гистерезис — это явление запаздывания изменения намагниченности ( ) или магнитной индукции ( ) материала от изменения напряжённости внешнего магнитного поля ( ).
Петля гистерезиса: Зависимость
при циклическом изменении
представляет собой замкнутую кривую,
называемую петлёй гистерезиса .Остаточная намагниченность (
):
Индукция, которая сохраняется в
ферромагнетике при напряжённости
внешнего поля
.Коэрцитивная сила (
):
Напряжённость внешнего поля, которую
необходимо приложить в обратном
направлении, чтобы полностью размагнитить
материал (свести индукцию к нулю,
).Энергетический смысл: Площадь петли гистерезиса пропорциональна работе (энергии), которая рассеивается в единице объёма материала при его перемагничивании за один цикл (магнитные потери).
Классификация по петле:
Магнито-мягкие материалы: Имеют узкую петлю, малые
и
.
Легко перемагничиваются (используются
в трансформаторах, генераторах).Магнито-твёрдые материалы: Имеют широкую петлю, большие и . Трудно перемагничиваются, сохраняют намагниченность (используются для изготовления постоянных магнитов).
Температура Кюри ( ) 🌡️
Температура Кюри — это критическая температура, выше которой ферромагнетик теряет свои особые магнитные свойства и превращается в обычный парамагнетик.
Суть: При
энергия теплового движения становится
достаточной для разрушения упорядоченной
ориентации атомных моментов, вызванной
обменными силами. Спонтанная
намагниченность исчезает, доменная
структура разрушается.Значение: — важная характеристика ферромагнетиков. Например, для железа
.