Загальні положення та класифікація

Тіло, що переміщається в магнітному полі, намагнічується. Інтенсивність намагнічування (І) зростає із збільшенням напруженості магнітного поля (Н):

I=k*H (8.3)

де І — інтенсивність намагнічування;

Н — напруженість магнітного поля.

Коефіцієнт пропорційності k* називається магнітною сприйнятливістю. У залежності від знаку (+, -) величини магнітної сприйнятливості розрізняють три класи магнітних тіл:

1) парамагнетики (к*<0) від 10^-4 до 10^-7;

2) діамагнетики (к*>0) від 10^-2 до 10^-5;

3) феромагнетики к*>>1

Для перших двох класів магнітна сприйнятливість дуже мала (10^-4-10^-5) і тільки в перехідних металів вона досягає досить великих значень (10^-3-10^-4), для феромагнетиків: заліза, нікелю, кобальту та РЗМ (гадолінію) магнітна сприйнятливість має дуже велике значення к*»10⁶.

Відомо, що електричний заряд, який рухається, викликає виникнення магнітного поля. Повний магнітний момент вільного атома дорівнює геометричній сумі орбітальних і спінових моментів усіх зовнішніх електронів. У атомів із недобудованими оболонками спінові моменти не скомпенсовані і вони мають визначений магнітний момент.

Якщо у відсутності магнітного поля магнітні моменти взаємно компенсують один одного, то під впливом зовнішнього магнітного поля виникає додатковий сумарний магнітний момент усього тіла. На рисунку 8.31 схематично показано орієнтацію магнітних моментів атомів різних матеріалів.

У металів в кристалічному стані до зазначеного руху електронів у вільних атомів добавляється рух усуспільнених електронів. Внаслідок орбітального руху електронів під впливом зовнішнього поля виникає додатковий момент, що завжди спрямований проти зовнішнього поля (діамагнітна складова). Спінові магнітні моменти атомів орієнтуються по напрямку магнітного поля і тим самим підсилюють його (парамагнітна складова). Зовнішнє магнітне поле змінює характер руху вільних електронів і відповідно до квантової теорії, крім діамагнітної складової, утворюється і парамагнітна складова, що у 3 рази більше першої.

Рисунок 8.31 – Схема орієнтації магнітних моментів атомів різних матеріалів

Таким чином, у одних металів сума діамагнітних складових іонного складу гратки і електронного газу перевищує парамагнітну складову електронного газу і вони діамагнітні (мідь, цинк, олово, вісмут і ін.).У інших же металів переважає парамагнітний ефект електронного газу і вони парамагнітні (натрій, кальцій, магній, алюміній і ін.). Особливо сильно парамагнетизм виражений у перехідних металів, що мають власний магнітний момент в іонізованому стані (молібден, вольфрам, титан, платина).

Деякі з перехідних металів (залізо, кобальт, нікель і ін.) мають надзвичайно великий позитивний коефіцієнт магнітної сприйнятливості (>>10⁶) і вони виділяються в особливу групу — феромагнетики. Вони намагнічуються дуже інтенсивно і насичення в них досягається в дуже слабких полях (десятки ерстед). У той час як для намагнічування парамагнетиків до насичення потрібна напруга поля порядку 10⁹ ерстед.

Легке намагнічування феромагнетиків обумовлене тим, що уздовж поля орієнтуються не окремі магнітні моменти атомів, а їх групи (домени). Усередині кожного домену при відсутності зовнішнього поля магнітні моменти атомів розташовані паралельно один одному в напрямку найлегшого намагнічування кристалів, і тому кожний домен самовільно (спонтанно) намагнічується до насичення. Межі доменів не збігаються з межами кристалів або блоків і розміри їх можуть сильно змінюватися (10^-4-10^{-6 м). Між окремими доменами існує шар порядку 10-7}-10^{-8 м (доменна стінка), у якому порушується рівнобіжність в орієнтації. У відсутності зовнішнього поля вектори намагніченості окремих доменів спрямовані в різні сторони і вони взаємно компенсують один одного, тому кристал у цілому не намагнічений. У деяких речовин більш вигідним станом є антипаралельне упорядкування магнітних атомів у доменах. У цьому випадку домен складається з двох підграток із протилежною орієнтацією магнітних моментів атомів. Якщо магнітні моменти двох підграток скомпенсовані, то такі тіла називають антиферомагнетиками, і, якщо вони не скомпенсовані, то виникає результуючий магнітний момент і такі тіла називають феримагнетиками.}

Поиск по сайту: