Магнитные материалы, Магнетики — материалы, вступающие во взаимодействие с магнитным полем, выражающееся в его изменении, а также в других физических явлениях — изменение физических размеров, температуры, проводимости, возникновению электрического потенциала и т. д. В этом смысле к магнетикам относятся практически все вещества (поскольку ни у какого из них магнитная восприимчивость не равна нулю точно), большинство из них относится к классам диамагнетиков (имеющие небольшую отрицательную магнитную восприимчивость — и несколько ослабляющие магнитное поле) или парамагнетиков (имеющие небольшую положительную магнитную восприимчивость — и несколько усиливающие магнитное поле); более редко встречаются ферромагнетики (имеющие большую положительную магнитную восприимчивость — и намного усиливающие магнитное поле), о еще более редких классах веществ по отношению к действию на них магнитного поля — см. ниже.

К магнитным материалам с точки зрения техники относят вещества, обладающие определенными магнитными свойствами и используемые в современной технологии. Магнитными материалами могут быть различные сплавы, химические соединения, жидкости.

В основном магнитные материалы относятся к группе ферромагнетиков и делятся на две большие группы — Магнитотвёрдые материалы и Магнитомягкие материалы. В то же время в связи с успехом в науках изучающих магнетизм и с развитием большой исследовательской работы в области изучения магнитных материалов, появились новые большие группы магнитных материалов: магнитострикционные материалы, магнитооптические материалы, термомагнитные материалы.

Здесь широко раскрыта данная тема

Магнитные вещества

Все вещества в природе являются магнитными, т. е. они взаимодействуют с внешним магнитным полем и обладают определенными магнитными свойствами, которые обусловлены наличием магнитных моментов у частиц вещества (атомов).

Суммарный магнитный момент атомов в единичном объеме материала называется намагниченностью.

По силе взаимодействия с магнитным полем все вещества можно разделить на слабомагнитные и сильномагнитные. Сила взаимодействия вещества с магнитным полем оценивается безразмерной величиной – магнитной восприимчивостью к_м:

к_м = М/Н,

где М – намагниченность вещества под действием магнитного поля, А·м^-1; Н – напряженность этого поля, А·м^-1.

Слабомагнитные вещества характеризуются величиной к_м <<1, т. е. изменение намагниченности вещества под действием внешнего поля очень незначительно. К ним относятся диамагнетики и парамагнетики.

 

Рисунок 5.1 - Ориентация магнитных моментов соседних атомов при 0°К в веществах разной магнитной природы

  Диамагнетики - вещества, имеющие магнитную проницаемость меньше 1. Диамагнетики характеризуются тем, что ослабляют внутри себя то магнитное поле, которое действует извне. Это происходит вследствие того, что их намагниченность направлена против внешнего поля (к_м < 0). К этим веществам относят большинство органических соединений и ряд металлов: медь, серебро, золото, свинец и др.

Атомы и молекулы не имеют магнитного момента в отсутствии магнитного поля, а намагниченность создается только за счет действия магнитного поля на электроны молекул.     Парамагнетики - вещества, имеющие магнитную проницаемость больше 1. Парамагнетики отличаются тем, что при помещении этих веществ в магнитное поле они усиливают его внутри себя (к_м>0)..Эти вещества содержат атомы и электроны, имеющие собственный магнитный момент. Парамагнетиками являются кислород, магний, натрий, кальций, титан, палладий, алюминий, платина и др.       С точки зрения технического применения представляют интерес сильномагнитные вещества (к_м >>1), к которым относятся ферромагнетики и ферримагнетики.

Ферромагнетики - вещества, имеющие магнитную проницаемость много больше, чем 1, которая создается спонтанной намагниченностью доменов, хаотически ориентированных в пространстве.

Ферромагнетики характеризуются, во-первых, способностью сильно намагничиваться даже в слабых полях (к_м =10 ³- 10⁵). Вторая их способность состоит в том, что выше определенной температуры, называемой температурой Кюри Т_к, ферромагнитное состояние вещества переходит в парамагнитное, т. е. магнитная восприимчивость снижается на три-четыре порядка. К ферромагнетикам относят: железо, никель, кобальт и их сплавы, сплавы хрома и марганца и др.

Ферримагнетики - вещества, имеющие магнитную проницаемость много больше, чем 1, которая создается спонтанной намагниченностью кристаллических решеток, попарно антипараллельно ориентированных в пространстве. При этом суммарный магнитный момент не равен нулю.  

Ферримагнетики – это вещества, получившие название от сложных оксидных материалов – ферритов (MeO·Fe₂O₃). Магнитные свойства их тесно связаны с взаимным расположением в кристаллической решетке ионов железа и металла. Они имеют свойства, во многом подобные свойствам ферромагнетиков, но значительно уступают им по величине предельной намагниченности.

Антиферромагнетики - вещества, имеющие магнитную проницаемость немного больше чем 1, которая создается спонтанной намагниченностью кристаллических решеток, попарно антипараллельно ориентированных в пространстве и скомпенсировавших друг друга. Примеры ферримагнетиков и антиферромагнетиков - ферриты, соединения типа Fe₂O₃ c MeO, где Ме - двухвалентный металл.