Φυσική: Προσδιορισμός της θερμοκρασίας μετάπτωσης φάσης σιδηρομαγνήτης-παραμαγνήτης, Εργαστηριακή εργασία. Εργαστηριακή εργασία: Προσδιορισμός της θερμοκρασίας της μετάπτωσης φάσης ενός σιδηρομαγνήτη-παραμαγνήτη Η μετάβαση ενός σιδηρομαγνήτη σε παραμαγνήτη

συμφωνίαΜεΗ πρόβλεψη του Luttinger και
Μαντηλάκια στη θήκη |- 3 που αντιστοιχούν σε ένα απλό
Εικόνα і κυβικό πλέγμα, σιδηρομαγνητικό

Δεν υπάρχει κάτι τέτοιο Σημειώνουμε επίσης ότι δεν υπάρχει σιδηρομαγνητική τάξη στην οριακή περίπτωση δισδιάστατης κατανομής σωματιδίων, ότανφά= ", αS(*>)*>-1,129.

Σύμφωνα με τα (2), (3) και (9), η στοχαστική εξίσωση (1), που ερμηνεύεται σύμφωνα με τον Stratonovich, αντιστοιχεί στην εξίσωση Fokker-Planck

- = - - j |a(ain29 + 2b(t)αμαρτίασε) -antfjP + - J(10)

= 2/ZyHa, a = Ζαμπόν/2kT,SCH= H(t)/Ha), για την πυκνότητα(P=P(0,t))αν--:.^ tіi "sgї: ότι το διάνυσμαΜσε momeVIvramvVI1 πηκτή πολικήγωνία6. Υποθέτοντας ότι στα όρια του διαστήματος (0,; r) αλλάζει η γωνία0 δεν υπάρχει ροή πιθανότητας, βρίσκουμε τη σταθερή λύση της εξίσωσης (10):

(ΚΑΙ)

gseC(a,2ab)

(12) ΒίσνικSIDDU».iS°S,№2(13)

15 (b=b(fj)).Ας ορίσουμε την παράμετρο σειράς του υπό εξέταση συστήματος

σωματίδια ενός τομέα όπως/μεγάλο- t,g(co)/t. Στη συνέχεια, χρησιμοποιώντας τη σχέση

(13)

Και οι εκφράσεις (11) και (12), για/.і παίρνουμε την εξίσωση 2e°

С(а,ЗТ0c/g)

αμαρτία

t;σολ

(ΚΑΙ)όπου Г0 -onm2 ZS(£)/3 χιλιάδες.

Μια ανάλυση της εξίσωσης (14) δείχνει ότι, σύμφωνα με τις παραπάνω φυσικές εκτιμήσεις, στο££J(πότεTd<0) έχει μια μοναδική λύση /(=0 σε οποιαδήποτε θερμοκρασία, δηλ., δεν προκύπτει σειρά μεγάλης εμβέλειας σε αυτήν την περίπτωση. Μια μη μηδενική λύση μπορεί να υπάρχει μόνο για£<1. Όπως στην περίπτωση της εξίσωσης Langevin,p=co\&nh(3Tnp./T)-T/3T0fi,στο οποίο ανάγεται η εξίσωση(14) για Hn-*0, υπάρχει εάν για/t~»0, η εφαπτομένη της κλίσης της εφαπτομένης στο γράφημα της συνάρτησης που ορίζεται από τη δεξιά πλευρά του (14) υπερβαίνει το 1. Είναι εύκολο να ελεγχθεί ότι αυτή η συνθήκη ικανοποιείται ότανΤ<Т^Г, όπουTcr ~ θερμοκρασία της μετάπτωσης φάσης παραμαγνητικό-σιδηρομαγνητικό, που ορίζεται ως η λύση της εξίσωσηςT=3T0f(a) ( f(a)= ισούται με μηδέν. Οι διαμαγνήτες περιλαμβάνουν πολλά μέταλλα (για παράδειγμα, Bi, Ag, Au, Cu), τις περισσότερες οργανικές ενώσεις, ρητίνες, άνθρακα κ.λπ.

Δεδομένου ότι το διαμαγνητικό φαινόμενο οφείλεται στη δράση ενός εξωτερικού μαγνητικού πεδίου στα ηλεκτρόνια των ατόμων μιας ουσίας, ο διαμαγνητισμός είναι χαρακτηριστικός όλων των ουσιών. Ωστόσο, μαζί με τους διαμαγνήτες, υπάρχουν και παραμαγνήτες - ουσίες που μαγνητίζονται σε εξωτερικό μαγνητικό πεδίο προς την κατεύθυνση του πεδίου.

Στις παραμαγνητικές ουσίες, ελλείψει εξωτερικού μαγνητικού πεδίου, οι μαγνητικές ροπές των ηλεκτρονίων δεν αντισταθμίζουν η μία την άλλη και τα άτομα (μόρια) των παραμαγνητών έχουν πάντα μαγνητική ροπή. Ωστόσο, λόγω της θερμικής κίνησης των μορίων, οι μαγνητικές ροπές τους είναι τυχαία προσανατολισμένες, επομένως οι παραμαγνητικές ουσίες δεν έχουν μαγνητικές ιδιότητες. Όταν ένας παραμαγνήτης εισάγεται σε ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο, επικρατέστεροςπροσανατολισμός των μαγνητικών ροπών των ατόμων στο γήπεδο(ο πλήρης προσανατολισμός εμποδίζεται από τη θερμική κίνηση των ατόμων). Έτσι, ο παραμαγνήτης μαγνητίζεται, δημιουργώντας το δικό του μαγνητικό πεδίο, συμπίπτοντας κατά κατεύθυνση με το εξωτερικό πεδίο και ενισχύοντάς το. Αυτό Αποτέλεσμα που ονομάζεται παραμαγνητικός.

Όταν το εξωτερικό μαγνητικό πεδίο εξασθενεί στο μηδέν, ο προσανατολισμός των μαγνητικών ροπών παραβιάζεται λόγω θερμικής κίνησης και ο παραμαγνήτης απομαγνητίζεται. Οι παραμαγνήτες περιλαμβάνουν στοιχεία σπάνιων γαιών, Pt, A1 κ.λπ. Το διαμαγνητικό φαινόμενο παρατηρείται και στους παραμαγνήτες, αλλά είναι πολύ πιο αδύναμο από το παραμαγνητικό και επομένως παραμένει ανεπαίσθητο.

Εκτός από τις δύο κατηγορίες ουσιών που εξετάζονται - δια- και παραμαγνήτες, που ονομάζονται ασθενώς μαγνητικό ουσίεςυπάρχουν ακόμη ισχυρά μαγνητικές ουσίες - σιδηρομαγνήτες - ουσίες με αυθόρμητη μαγνήτιση, δηλ. μαγνητίζονται ακόμη και απουσία εξωτερικού μαγνητικού πεδίου. Εκτός από τον κύριο εκπρόσωπό τους, τον σίδηρο (από τον οποίο προέρχεται η ονομασία "σιδηρομαγνητισμός"), οι σιδηρομαγνήτες περιλαμβάνουν, για παράδειγμα, το κοβάλτιο, το νικέλιο, το γαδολίνιο, τα κράματα και τις ενώσεις τους.

Οι σιδηρομαγνήτες, εκτός από την ικανότητα να μαγνητίζονται έντονα, έχουν και άλλες ιδιότητες που τους διακρίνουν σημαντικά από τους δια- και τους παραμαγνήτες. Εάν για ασθενώς μαγνητικές ουσίες η εξάρτηση από είναι γραμμική, τότε για τους σιδηρομαγνήτες αυτή η εξάρτηση είναι αρκετά περίπλοκη. Καθώς σηκώνεσαι Hμαγνήτιση Jπρώτα αναπτύσσεται γρήγορα, μετά πιο αργά, και τέλος, το λεγόμενο μαγνητικό κορεσμό J έως γ,δεν εξαρτάται πλέον από την ένταση του πεδίου.

Ρύζι. 2

Αυτό το είδος εθισμού Jαπό Hμπορεί να εξηγηθεί από το γεγονός ότι καθώς αυξάνεται το μαγνητικό πεδίο, αυξάνεται ο βαθμός προσανατολισμού των μοριακών μαγνητικών ροπών κατά μήκος του πεδίου. Ωστόσο, αυτή η διαδικασία θα αρχίσει να επιβραδύνεται όταν υπάρχουν ολοένα και λιγότερες μη προσανατολισμένες στιγμές και, τέλος, όταν όλες οι στιγμές είναι προσανατολισμένες κατά μήκος του γηπέδου, μια περαιτέρω αύξηση Hσταματά και αρχίζει ο μαγνητικός κορεσμός.

Ρύζι. 3

Μαγνητική επαγωγή B \u003d μ 0 (Ν+ J)σε αδύναμα χωράφια αυξάνεται γρήγορα με την αύξηση Hλόγω της αύξησης J, αλλά σε δυνατά πεδία, αφού ο δεύτερος όρος είναι σταθερός ( J= JHac), ΣΤΟαυξάνεται με την αύξηση Hσύμφωνα με έναν γραμμικό νόμο.

Ένα ουσιαστικό χαρακτηριστικό των σιδηρομαγνητών δεν είναι μόνο οι μεγάλες τιμές μ (για παράδειγμα, για σίδηρο - 5000, για κράμα υπερμαλλοϋ - 800.000!), αλλά και η εξάρτηση μ από H(Εικ. 3). αρχικά μ μεγαλώνει με την αύξηση H, τότε, φτάνοντας στο μέγιστο, αρχίζει να μειώνεται, τείνει στο 1 στην περίπτωση ισχυρών πεδίων ( , οπότε πότε J= JHac= συμβαδίζει με την ανάπτυξη Hσχέση , και μ → 1).

Εικ.4

Χαρακτηριστικό γνώρισμα των σιδηρομαγνητών είναι επίσης ότι για αυτούς η εξάρτηση Jαπό H(και επομένως επίσης ΣΤΟαπό H) καθορίζεται από το ιστορικό μαγνήτισης του σιδηρομαγνήτη. Αυτό το φαινόμενο έχει ονομαστεί μαγνητική υστέρηση. Εάν μαγνητίσουμε έναν σιδηρομαγνήτη σε κορεσμό (Εικ. 4, σημείο 1), και μετά αρχίστε να μειώνετε την ένταση Hμαγνητιστικό πεδίο, τότε, όπως δείχνει η εμπειρία, η μείωση περιγράφεται από την καμπύλη 1 - 2, πάνω από την καμπύλη 1 - 0. Στο H = 0 , Jδιαφέρει από το μηδέν, δηλαδή σε έναν σιδηρομαγνήτη, υπολειπόμενη μαγνήτιση Joc.

Η παρουσία υπολειπόμενης μαγνήτισης συνδέεται με την ύπαρξη μόνιμοι μαγνήτες. Η μαγνήτιση εξαφανίζεται υπό τη δράση του πεδίου H s, έχοντας διεύθυνση αντίθετη από το πεδίο που προκάλεσε τη μαγνήτιση. ένταση Hμε καλούμενο καταναγκαστική δύναμη.

Με περαιτέρω αύξηση στο αντίθετο πεδίο, ο σιδηρομαγνήτης επαναμαγνητίζεται (καμπύλη 3 - 4), και στο H = - Hεπιτυγχάνεται κορεσμός (σημείο 4 ). Στη συνέχεια, ο σιδηρομαγνήτης μπορεί και πάλι να απομαγνητιστεί (καμπύλη 4 - 5-6) και να μαγνητιστεί ξανά σε κορεσμό (καμπύλη 6- 1 ).

Έτσι, υπό τη δράση ενός εναλλασσόμενου μαγνητικού πεδίου σε έναν σιδηρομαγνήτη, η μαγνήτιση Jαλλάζει ανάλογα με την καμπύλη 1-2-3-4- 5-6-1, το οποιο ονομαζεται βρόχος υστέρησης (από το ελληνικό «καθυστέρηση»). Η υστέρηση οδηγεί στο γεγονός ότι η μαγνήτιση ενός σιδηρομαγνήτη δεν είναι συνάρτηση μίας τιμής H, δηλαδή την ίδια τιμή Hταιριάζει με πολλαπλές τιμές J.

Οι σιδηρομαγνήτες έχουν ένα άλλο βασικό χαρακτηριστικό: για κάθε σιδηρομαγνήτη υπάρχει μια συγκεκριμένη θερμοκρασία, που ονομάζεται Σημείο Κιουρί, κατά την οποία χάνει τις μαγνητικές του ιδιότητες. Όταν το δείγμα θερμαίνεται πάνω από το σημείο Κιουρί, ο σιδηρομαγνήτης μετατρέπεται σε έναν συνηθισμένο παραμαγνήτη. Η μετάβαση μιας ουσίας από σιδηρομαγνητική κατάσταση σε παραμαγνητική, που συμβαίνει στο σημείο Κιουρί, δεν συνοδεύεται από απορρόφηση ή απελευθέρωση θερμότητας, δηλ. στο σημείο Κιουρί, συμβαίνει μια μετάβαση φάσης δεύτερης τάξης.

Τέλος, η διαδικασία μαγνήτισης των σιδηρομαγνητών συνοδεύεται από αλλαγή στις γραμμικές διαστάσεις και όγκο του. Αυτό το φαινόμενο έχει ονομαστεί μαγνητοσυστολή . Το μέγεθος και το πρόσημο της επίδρασης εξαρτώνται από την ένταση Hμαγνητιστικό πεδίο, τη φύση του σιδηρομαγνήτη και τον προσανατολισμό των κρυσταλλογραφικών αξόνων ως προς το πεδίο.

Παρόμοιες πληροφορίες.

Σύμφωνα με τις μαγνητικές τους ιδιότητες, όλες οι ουσίες χωρίζονται σε ασθενώς μαγνητικές και ισχυρά μαγνητικές. Επιπλέον, οι μαγνήτες ταξινομούνται ανάλογα με τον μηχανισμό μαγνήτισης.

Διαμαγνήτες

Οι διαμαγνήτες ταξινομούνται ως ασθενώς μαγνητικές ουσίες. Ελλείψει μαγνητικού πεδίου, δεν μαγνητίζονται. Σε τέτοιες ουσίες, όταν εισάγονται σε ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο σε μόρια και άτομα, η κίνηση των ηλεκτρονίων αλλάζει έτσι ώστε να σχηματίζεται ένα προσανατολισμένο κυκλικό ρεύμα. Το ρεύμα χαρακτηρίζεται από τη μαγνητική ροπή ($p_m$):

όπου $S$ είναι η περιοχή του πηνίου με ρεύμα.

Δημιουργημένη από αυτό το κυκλικό ρεύμα, επιπλέον του εξωτερικού πεδίου, η μαγνητική επαγωγή κατευθύνεται ενάντια στο εξωτερικό πεδίο. Η τιμή του επιπλέον πεδίου μπορεί να βρεθεί ως:

Οποιαδήποτε ουσία έχει διαμαγνητισμό.

Η μαγνητική διαπερατότητα των διαμαγνητών διαφέρει πολύ λίγο από τη μονάδα. Για τα στερεά και τα υγρά, η διαμαγνητική επιδεκτικότητα είναι της τάξης περίπου των $(10)^(-5),\ $για τα αέρια είναι πολύ μικρότερη. Η μαγνητική επιδεκτικότητα των διαμαγνητών δεν εξαρτάται από τη θερμοκρασία, η οποία ανακαλύφθηκε πειραματικά από τον P. Curie.

Οι διαμαγνήτες χωρίζονται σε «κλασικούς», «ανώμαλους» και υπεραγωγούς. Οι κλασικοί διαμαγνήτες έχουν μαγνητική επιδεκτικότητα $\varkappa

Σε ασθενή μαγνητικά πεδία, η μαγνήτιση των διαμαγνητών είναι ανάλογη με την ένταση του μαγνητικού πεδίου ($\overrightarrow(H)$):

όπου $\varkappa $ είναι η μαγνητική επιδεκτικότητα του μέσου (μαγνήτης). Το σχήμα 1 δείχνει την εξάρτηση της μαγνήτισης ενός «κλασικού» διαμαγνήτη από την ένταση του μαγνητικού πεδίου σε ασθενή πεδία.

Παραμαγνήτες

Οι παραμαγνήτες αναφέρονται επίσης ως ασθενώς μαγνητικές ουσίες. Τα μόρια των παραμαγνητών έχουν σταθερή μαγνητική ροπή ($\overrightarrow(p_m)$). Η ενέργεια της μαγνητικής ροπής σε ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο υπολογίζεται από τον τύπο:

Η ελάχιστη ενεργειακή τιμή επιτυγχάνεται όταν η κατεύθυνση $\overrightarrow(p_m)$ συμπίπτει με το $\overrightarrow(B)$. Όταν ένας παραμαγνήτης εισάγεται σε ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο, σύμφωνα με την κατανομή Boltzmann, εμφανίζεται ο κυρίαρχος προσανατολισμός των μαγνητικών ροπών των μορίων του προς την κατεύθυνση του πεδίου. Υπάρχει μαγνήτιση της ουσίας. Η επαγωγή του πρόσθετου πεδίου συμπίπτει με το εξωτερικό πεδίο και το ενισχύει ανάλογα. Η γωνία μεταξύ της κατεύθυνσης $\overrightarrow(p_m)$ και $\overrightarrow(B)$ δεν αλλάζει. Ο επαναπροσανατολισμός των μαγνητικών ροπών σύμφωνα με την κατανομή Boltzmann συμβαίνει λόγω των συγκρούσεων και των αλληλεπιδράσεων των ατόμων μεταξύ τους. Η παραμαγνητική επιδεκτικότητα ($\varkappa $) εξαρτάται από τη θερμοκρασία σύμφωνα με το νόμο Curie:

ή ο νόμος Curie-Weiss:

όπου C και C" είναι οι σταθερές Curie, το $\τρίγωνο $ είναι μια σταθερά που μπορεί να είναι μεγαλύτερη ή μικρότερη από το μηδέν.

Η μαγνητική επιδεκτικότητα ($\varkappa $) ενός παραμαγνήτη είναι μεγαλύτερη από το μηδέν, αλλά, όπως αυτή ενός διαμαγνήτη, είναι πολύ μικρή.

Οι παραμαγνήτες χωρίζονται σε κανονικούς παραμαγνήτες, παραμαγνητικά μέταλλα, αντισιδηρομαγνήτες.

Στα παραμαγνητικά μέταλλα, η μαγνητική επιδεκτικότητα δεν εξαρτάται από τη θερμοκρασία. Αυτά τα μέταλλα είναι ασθενώς μαγνητικά $\varkappa \περίπου (10)^(-6).$

Στους παραμαγνήτες, υπάρχει ένα τέτοιο φαινόμενο όπως ο παραμαγνητικός συντονισμός. Ας υποθέσουμε ότι σε έναν παραμαγνήτη, ο οποίος βρίσκεται σε εξωτερικό μαγνητικό πεδίο, δημιουργείται ένα επιπλέον περιοδικό μαγνητικό πεδίο, το διάνυσμα επαγωγής αυτού του πεδίου είναι κάθετο στο διάνυσμα επαγωγής του σταθερού πεδίου. Ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης της μαγνητικής ροπής του ατόμου με ένα πρόσθετο πεδίο, δημιουργείται μια ροπή δυνάμεων ($\overrightarrow(M)$), η οποία τείνει να αλλάξει τη γωνία μεταξύ $\overrightarrow(p_m)$ και $ \overrightarrow(B).$ Εάν η συχνότητα του εναλλασσόμενου μαγνητικού πεδίου και οι μεταπτώσεις συχνότητας της κίνησης του ατόμου συμπίπτουν, τότε η ροπή των δυνάμεων που δημιουργείται από το εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο είτε αυξάνει συνεχώς τη γωνία μεταξύ $\overrightarrow(p_m) $ και $\overrightarrow(B)$, ή μειώνεται. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται παραμαγνητικός συντονισμός.

Σε ασθενή μαγνητικά πεδία, η μαγνήτιση στους παραμαγνήτες είναι ανάλογη με την ένταση του πεδίου και εκφράζεται με τον τύπο (3) (Εικ. 2).

σιδηρομαγνήτες

Οι σιδηρομαγνήτες ταξινομούνται ως υψηλά μαγνητικές ουσίες. Οι μαγνήτες, των οποίων η μαγνητική διαπερατότητα φτάνει σε μεγάλες τιμές και εξαρτάται από το εξωτερικό μαγνητικό πεδίο και την προηγούμενη ιστορία, ονομάζονται σιδηρομαγνήτες. Οι σιδηρομαγνήτες μπορεί να έχουν παραμένουσα μαγνήτιση.

Η μαγνητική επιδεκτικότητα των σιδηρομαγνητών είναι συνάρτηση της ισχύος του εξωτερικού μαγνητικού πεδίου. Η εξάρτηση J(H) φαίνεται στο Σχ. . 3. Η μαγνήτιση έχει όριο κορεσμού ($J_(nas)$).

Η ύπαρξη ενός ορίου κορεσμού μαγνήτισης δείχνει ότι η μαγνήτιση των σιδηρομαγνητών προκαλείται από τον επαναπροσανατολισμό ορισμένων στοιχειωδών μαγνητικών ροπών. Στους σιδηρομαγνήτες παρατηρείται το φαινόμενο της υστέρησης (Εικ. 4).

Οι σιδηρομαγνήτες, με τη σειρά τους, χωρίζονται σε:

1. Μαλακό μαγνητικά. Ουσίες με υψηλή μαγνητική διαπερατότητα, μαγνητίζονται και απομαγνητίζονται εύκολα. Χρησιμοποιούνται στην ηλεκτρική μηχανική, όπου εργάζονται με εναλλασσόμενα πεδία, για παράδειγμα, σε μετασχηματιστές.
2. Μαγνητικά άκαμπτο. Ουσίες με σχετικά χαμηλή μαγνητική διαπερατότητα, δύσκολα μαγνητίζονται και απομαγνητίζονται. Αυτές οι ουσίες χρησιμοποιούνται στη δημιουργία μόνιμων μαγνητών.

Παράδειγμα 1

Εργασία: Η εξάρτηση της μαγνήτισης για έναν σιδηρομαγνήτη φαίνεται στο σχ. 3.J(H). Σχεδιάστε την καμπύλη εξάρτησης B(H). Υπάρχει κορεσμός για τη μαγνητική επαγωγή, γιατί;

Εφόσον το διάνυσμα μαγνητικής επαγωγής σχετίζεται με το διάνυσμα μαγνήτισης από τη σχέση:

\[(\overrightarrow(B)=\overrightarrow(J\ )+\mu )_0\overrightarrow(H)\ \left(1.1\right),\]

τότε η καμπύλη Β(Η) δεν φτάνει σε κορεσμό. Ένα γράφημα της εξάρτησης της επαγωγής του μαγνητικού πεδίου από την ισχύ του εξωτερικού μαγνητικού πεδίου μπορεί να αναπαρασταθεί όπως φαίνεται στο Σχ. 5. Μια τέτοια καμπύλη ονομάζεται καμπύλη μαγνήτισης.

Απάντηση: Δεν υπάρχει κορεσμός για την καμπύλη επαγωγής.

Παράδειγμα 2

Εργασία: Λάβετε τον τύπο για την παραμαγνητική επιδεκτικότητα $(\varkappa)$, γνωρίζοντας ότι ο μηχανισμός μαγνήτισης ενός παραμαγνήτη είναι παρόμοιος με τον μηχανισμό ηλεκτρισμού των πολικών διηλεκτρικών. Για τη μέση τιμή της μαγνητικής ροπής του μορίου σε προβολή στον άξονα Z, μπορούμε να γράψουμε τον τύπο:

\[\left\langle p_(mz)\right\rangle =p_mL\left(\beta \right)\left(2.1\right),\]

όπου $L\left(\beta \right)=cth\left(\beta \right)-\frac(1)(\beta )$ είναι η συνάρτηση Langevin για $\beta =\frac(p_mB)(kT). $

Σε υψηλές θερμοκρασίες και μικρά χωράφια, παίρνουμε ότι:

Επομένως, για $\beta \ll 1$ $cth\left(\beta \right)=\frac(1)(\beta )+\frac(\beta )(3)-\frac((\beta )^3 )(45)+\dots $, περιορίζοντας τη συνάρτηση σε έναν γραμμικό όρο στο $\beta $ παίρνουμε:

Αντικαθιστούμε το αποτέλεσμα (2.3) σε (2.1), παίρνουμε:

\[\αριστερά\langle p_(mz)\right\rangle =p_m\frac(p_mB)(3kT)=\frac((p_m)^2B)(3kT)\ \αριστερά(2.4\δεξιά).\]

Χρησιμοποιώντας τη σχέση μεταξύ της έντασης του μαγνητικού πεδίου και της μαγνητικής επαγωγής ($\overrightarrow(B)=\mu (\mu )_0\overrightarrow(H)$), λαμβάνοντας υπόψη ότι η μαγνητική διαπερατότητα των παραμαγνητών διαφέρει ελάχιστα από τη μονάδα, μπορούμε γράφω:

\[\left\langle p_(mz)\right\rangle =\frac((p_m)^2(\mu )_0H)(3kT)\αριστερά(2,5\δεξιά).\]

Τότε η μαγνήτιση θα μοιάζει με:

Γνωρίζοντας ότι η σχέση μεταξύ του συντελεστή μαγνήτισης και του διανυσματικού συντελεστή έντασης είναι:

Έχουμε για την παραμαγνητική ευαισθησία:

\[\varkappa =\frac((p_m)^2m_0n)(3kT)\ .\]

Απάντηση: $\varkappa =\frac((p_m)^2(\mu )_0n)(3kT)\ .$

Οι παραμαγνήτες περιλαμβάνουν ουσίες στις οποίες η μαγνητική ροπή των ατόμων ή των μορίων είναι διαφορετική από το μηδέν απουσία εξωτερικού μαγνητικού πεδίου:

Επομένως, όταν εισάγονται σε ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο, οι παραμαγνήτες μαγνητίζονται προς την κατεύθυνση του πεδίου. Ελλείψει εξωτερικού μαγνητικού πεδίου, ο παραμαγνήτης δεν μαγνητίζεται, αφού λόγω θερμικής κίνησης όλες οι μαγνητικές ροπές των ατόμων είναι τυχαία προσανατολισμένες και επομένως η μαγνήτιση είναι μηδέν (Εικ. 2.7 α). Όταν ένας παραμαγνήτης εισάγεται σε ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο, καθορίζεται ο κυρίαρχος προσανατολισμός των μαγνητικών ροπών των ατόμων κατά μήκος του πεδίου (Εικ. 2.7 β). Ο πλήρης προσανατολισμός εμποδίζεται από τη θερμική κίνηση των ατόμων, η οποία τείνει να διασκορπίσει τις ροπές. Ως αποτέλεσμα ενός τέτοιου προνομιακού προσανατολισμού, ο παραμαγνήτης μαγνητίζεται, δημιουργώντας το δικό του μαγνητικό πεδίο, το οποίο, υπερτιθέμενο στο εξωτερικό, τον ενισχύει. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται παραμαγνητικό φαινόμενο ή παραμαγνητισμός.

Εικ.2.7. Παραμαγνητικό σε

απουσία πεδίου (α) και σε

εξωτερικό μαγνητικό πεδίο (β)

Οι παραμαγνήτες παρουσιάζουν επίσης μετάπτωση Larmor και διαμαγνητική επίδραση, όπως σε όλες τις ουσίες. Όμως το διαμαγνητικό αποτέλεσμα είναι ασθενέστερο από το παραμαγνητικό και καταστέλλεται από αυτό, παραμένοντας ανεπαίσθητο. Για τους παραμαγνήτες, το χ είναι επίσης μικρό, αλλά θετικό, της τάξης του ~10 -7 –10 -4 , που σημαίνει ότι το μ είναι ελαφρώς μεγαλύτερο από τη μονάδα.

Ακριβώς όπως για τους διαμαγνήτες, η εξάρτηση της μαγνητικής επιδεκτικότητας των παραμαγνητών από το εξωτερικό πεδίο είναι γραμμική (Εικ.5.8).

Ο κυρίαρχος προσανατολισμός των μαγνητικών ροπών κατά μήκος του πεδίου εξαρτάται από τη θερμοκρασία. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, η θερμική κίνηση των ατόμων αυξάνεται, επομένως, ο προσανατολισμός προς μία κατεύθυνση γίνεται δύσκολος και η μαγνήτιση μειώνεται. Ο Γάλλος φυσικός P. Curie καθιέρωσε το ακόλουθο μοτίβο: όπου C είναι η σταθερά Κιουρί, η οποία εξαρτάται από τον τύπο της ουσίας. Η κλασική θεωρία του παραμαγνητισμού αναπτύχθηκε το 1905 από τον P. Langevin.

2.10 Σιδηρομαγνητισμός. Σιδηρομαγνήτες. Δομή τομέα σιδηρομαγνητών.

.7. Σιδηρομαγνητισμός. Σιδηρομαγνήτες. @

Οι σιδηρομαγνήτες είναι στερεές κρυσταλλικές ουσίες που έχουν αυθόρμητη (αυθόρμητη) μαγνήτιση απουσία εξωτερικού μαγνητικού πεδίου. .Τα άτομα (μόρια) τέτοιων ουσιών έχουν μη μηδενική μαγνητική ροπή. Ελλείψει εξωτερικού πεδίου, οι μαγνητικές ροπές σε μεγάλες περιοχές προσανατολίζονται με τον ίδιο τρόπο (περισσότερα για αυτό αργότερα). Σε αντίθεση με τους ασθενώς μαγνητικούς δια- και παραμαγνήτες, οι σιδηρομαγνήτες είναι εξαιρετικά μαγνητικές ουσίες. Το εσωτερικό τους μαγνητικό πεδίο μπορεί να είναι εκατοντάδες και χιλιάδες φορές μεγαλύτερο από το εξωτερικό. Για τους σιδηρομαγνήτες, τα χ και μ είναι θετικά και μπορούν να φτάσουν πολύ μεγάλες τιμές, της τάξης του ~10 3 . Μόνο οι σιδηρομαγνήτες μπορούν να είναι μόνιμοι μαγνήτες.

Γιατί τα σιδηρομαγνητικά σώματα παρουσιάζουν τόσο ισχυρή μαγνήτιση; Γιατί η θερμική κίνηση σε αυτά δεν παρεμβαίνει στην εγκαθίδρυση τάξης στη διάταξη των μαγνητικών ροπών; Για να απαντήσετε σε αυτήν την ερώτηση, εξετάστε μερικές σημαντικές ιδιότητες των σιδηρομαγνητών.

Αν απεικονίσουμε την κύρια καμπύλη μαγνήτισης σε συντεταγμένες (Β, Η) (Εικ. 2.10, καμπύλη 0-1), θα έχουμε μια ελαφρώς διαφορετική εικόνα: αφού, όταν επιτευχθεί η τιμή του J, η μαγνητική επαγωγή συνεχίζει να αυξάνεται γραμμικά με ανάπτυξη:

= μ 0 + const, const = μ 0 J sat.

Οι σιδηρομαγνήτες χαρακτηρίζονται από το φαινόμενο υστέρηση(από το ελληνικό υστέρηση - υστέρηση, καθυστέρηση).

Ας φέρουμε τη μαγνήτιση του σώματος σε κορεσμό αυξάνοντας την ένταση του εξωτερικού πεδίου (Εικ. 2.10, σημείο 1) και στη συνέχεια θα μειώσουμε το H. Στην περίπτωση αυτή, η εξάρτηση B(H) δεν ακολουθεί την αρχική καμπύλη 0-1, αλλά νέα καμπύλη 1-2. Όταν η ένταση μειωθεί στο μηδέν, η μαγνήτιση της ουσίας και η μαγνητική επαγωγή θα εξαφανιστούν. Στο H = 0, η μαγνητική επαγωγή έχει μη μηδενική τιμή Στο υπόλοιπο, η οποία ονομάζεται υπολειπόμενη επαγωγή. Μαγνητισμός J ref που αντιστοιχεί στο B ref καλείται υπολειπόμενη μαγνήτιση, και ο σιδηρομαγνήτης αποκτά τις ιδιότητες ενός μόνιμου μαγνήτη. Στο υπόλοιπο και στο J τα υπόλοιπα στρέφονται στο μηδέν μόνο υπό τη δράση πεδίου αντίθετου προς την κατεύθυνση του αρχικού. Η τιμή της έντασης πεδίου H c, στην οποία εξαφανίζεται η υπολειπόμενη μαγνήτιση και η επαγωγή, ονομάζεται καταναγκαστική δύναμη(από λατ.καταναγκασμός- διατήρηση). Συνεχίζοντας να ενεργούμε στον σιδηρομαγνήτη με εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο, λαμβάνουμε την καμπύλη 1-2-3-4-1, που ονομάζεται βρόχος υστέρησης. Σε αυτή την περίπτωση, η αντίδραση του σώματος (Β ή J) φαίνεται να υστερεί σε σχέση με τα αίτια που την προκαλούν (Η).

Η ύπαρξη υπολειπόμενης μαγνήτισης καθιστά δυνατή την κατασκευή μόνιμων μαγνητών, επειδή οι σιδηρομαγνήτες με B rem ≠ 0 έχουν σταθερή μαγνητική ροπή και δημιουργούν σταθερό μαγνητικό πεδίο στο περιβάλλον τους. Ένας τέτοιος μαγνήτης διατηρεί τις ιδιότητές του όσο καλύτερα, τόσο μεγαλύτερη είναι η δύναμη καταναγκασμού του υλικού από το οποίο είναι κατασκευασμένος. Τα μαγνητικά υλικά συνήθως διαιρούνται με την τιμή του Η με μαλακό μαγνητικό(δηλαδή με ένα μικρό Hc της τάξης των 10 -2 A / m και, κατά συνέπεια, με έναν στενό βρόχο υστέρησης) και μαγνητικά σκληρό(N s ~10 5 A/m και ευρεία θηλιά υστέρησης). Απαιτούνται μαλακά μαγνητικά υλικά για την κατασκευή μετασχηματιστών των οποίων οι πυρήνες επαναμαγνητίζονται συνεχώς με εναλλασσόμενο ρεύμα. Εάν ο πυρήνας του μετασχηματιστή έχει μεγάλη υστέρηση, θα θερμανθεί κατά την αντιστροφή της μαγνήτισης, γεγονός που θα σπαταλήσει ενέργεια. Επομένως, για τους μετασχηματιστές απαιτούνται υλικά χωρίς υστέρηση. Οι σιδηρομαγνήτες με στενό βρόχο υστέρησης περιλαμβάνουν κράματα σιδήρου με νικέλιο ή σιδήρου με νικέλιο και μολυβδαίνιο (μόνιμο κράμα και υπερμαλλοκράμα).

Τα μαγνητικά σκληρά υλικά (αυτά περιλαμβάνουν χάλυβες άνθρακα, βολφραμίου, χρωμίου και αλουμινίου-νικελίου) χρησιμοποιούνται για την κατασκευή μόνιμων μαγνητών.

Η υπολειμματική μόνιμη μαγνήτιση θα υπάρχει επ' αόριστον εάν ο σιδηρομαγνήτης δεν υποβληθεί σε ισχυρά μαγνητικά πεδία, υψηλές θερμοκρασίες και παραμόρφωση. Όλες οι πληροφορίες που καταγράφονται σε μαγνητικές ταινίες - από μουσική μέχρι προγράμματα βίντεο - διατηρούνται λόγω αυτού του φυσικού φαινομένου.

Βασικό χαρακτηριστικό των σιδηρομαγνητών είναι οι τεράστιες τιμές μαγνητικής διαπερατότητας και μαγνητικής επιδεκτικότητας. Για παράδειγμα, για σίδηρο μ max ≈ 5000, για permalloy - 100000, για supermalloy - 900000. Για τους σιδηρομαγνήτες, οι τιμές της μαγνητικής επιδεκτικότητας και της μαγνητικής διαπερατότητας είναι συναρτήσεις της έντασης του μαγνητικού πεδίου H (Εικ. 2.11). Με την αύξηση της έντασης του πεδίου, η τιμή του μ αρχικά αυξάνεται γρήγορα στο μ max, και στη συνέχεια μειώνεται, πλησιάζοντας την τιμή του μ=1 σε πολύ δυνατά πεδία. Επομένως, αν και ο τύπος B \u003d μμ 0 H παραμένει έγκυρος για τις σιδηρομαγνητικές ουσίες, η γραμμική σχέση μεταξύ Β και Η παραβιάζεται.

Το δεύτερο μαγνητομηχανικό φαινόμενο είναι Φαινόμενο Villari- αλλαγή και ακόμη και εξαφάνιση της υπολειπόμενης μαγνήτισης του σώματος όταν αυτό ανακινείται ή παραμορφώνεται (ανακαλύφθηκε από τον E. Villari το 1865). Γι' αυτό οι μόνιμοι μαγνήτες πρέπει να προστατεύονται από κρούσεις.

Η θέρμανση δρα παρόμοια με την παραμόρφωση στους σιδηρομαγνήτες. Με την αύξηση της θερμοκρασίας, η παραμένουσα μαγνήτιση αρχίζει να μειώνεται, αρχικά ασθενώς, και στη συνέχεια, όταν φτάσει σε μια ορισμένη αρκετά υψηλή θερμοκρασία, χαρακτηριστική για κάθε σιδηρομαγνήτη, υπάρχει μια απότομη πτώση της μαγνήτισης στο μηδέν. Το σώμα τότε γίνεται παραμαγνήτης. Η θερμοκρασία στην οποία συμβαίνει αυτή η αλλαγή ονομάζεται Σημείο Κιουρί, προς τιμήν του Π. Κιουρί, που το ανακάλυψε. Για το σίδηρο, το σημείο Curie είναι 770ºС, για το κοβάλτιο - 1130ºС, για το νικέλιο - 358ºС, για το γαδολίνιο - 16ºС. Αυτή η μετάβαση δεν συνοδεύεται από απελευθέρωση ή απορρόφηση θερμότητας και είναι μετάβαση φάσης δεύτερης τάξης. Όλα αυτά τα φαινόμενα βρίσκουν την εξήγησή τους όταν εξετάζουμε τη δομή των σιδηρομαγνητών.

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΕΡΓΑΣΙΕΣ

Προσδιορισμός της θερμοκρασίας μετάβασης φάσης

σιδηρομαγνητικό-παραμαγνητικό

Σκοπός : προσδιορίστε τη θερμοκρασία Neel για έναν φερριμαγνήτη (ράβδος φερρίτη)

Σύντομες θεωρητικές πληροφορίες

Οποιαδήποτε ουσία είναι μαγνήτης, δηλ. ικανό να αποκτήσει μαγνητική ροπή όταν εκτεθεί σε μαγνητικό πεδίο. Έτσι, η ουσία δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο, το οποίο υπερτίθεται στο εξωτερικό πεδίο. Και τα δύο πεδία αθροίζονται στο πεδίο που προκύπτει:

Η μαγνήτιση ενός μαγνήτη χαρακτηρίζεται από τη μαγνητική ροπή ανά μονάδα όγκου. Αυτή η ποσότητα ονομάζεται διάνυσμα μαγνήτισης

όπου είναι η μαγνητική ροπή ενός μεμονωμένου μορίου.

Το διάνυσμα μαγνήτισης σχετίζεται με την ένταση του μαγνητικού πεδίου με την ακόλουθη σχέση:

όπου είναι μια χαρακτηριστική τιμή για μια δεδομένη ουσία, που ονομάζεται μαγνητική επιδεκτικότητα.

Το διάνυσμα μαγνητικής επαγωγής σχετίζεται με την ένταση του μαγνητικού πεδίου:

Το αδιάστατο μέγεθος ονομάζεται σχετική μαγνητική διαπερατότητα.

Όλες οι ουσίες ανάλογα με τις μαγνητικές τους ιδιότητες μπορούν να χωριστούν σε τρεις κατηγορίες:

1. παραμαγνήτες > 1 στους οποίους η μαγνήτιση αυξάνει το συνολικό πεδίο
2. διαμαγνήτες< 1 в которых намагниченность вещества уменьшает суммарное поле
3. σιδηρομαγνήτες >> 1 μαγνήτιση αυξάνει το συνολικό μαγνητικό πεδίο.
Μια ουσία είναι σιδηρομαγνητική αν έχει αυθόρμητη μαγνητική ροπή ακόμη και απουσία εξωτερικού μαγνητικού πεδίου. Μαγνήτιση κορεσμού ενός σιδηρομαγνήτη Εγώμικρόορίζεται ως η αυθόρμητη μαγνητική ροπή ανά μονάδα όγκου μιας ουσίας.

Ο σιδηρομαγνητισμός παρατηρείται στο 3 ρε- μέταλλα ( Fe, Ni, Co) και 4 φάμέταλλα (Gd, Tb, Er, Dy, Ho, Tm) Επιπλέον, υπάρχει μια τεράστια ποσότητα σιδηρομαγνητικών κραμάτων. Είναι ενδιαφέρον να σημειωθεί ότι μόνο 9 καθαρά μέταλλα που αναφέρονται παραπάνω διαθέτουν σιδηρομαγνητισμό. Όλα έχουν ημιτελή ρε-ή φά-κοχύλια.

Οι σιδηρομαγνητικές ιδιότητες μιας ουσίας εξηγούνται από το γεγονός ότι μεταξύ των ατόμων αυτής της ουσίας υπάρχει μια ειδική αλληλεπίδραση που δεν λαμβάνει χώρα σε δια- και παραμαγνήτες, γεγονός που οδηγεί στο γεγονός ότι οι ιοντικές ή ατομικές μαγνητικές ροπές γειτονικών ατόμων είναι προσανατολισμένο στην ίδια κατεύθυνση. Η φυσική φύση αυτής της ειδικής αλληλεπίδρασης, που ονομάζεται ανταλλαγή, καθιερώθηκε από τον Ya.I. Frenkel και W. Heisenberg στη δεκαετία του '30 του XX αιώνα στη βάση της κβαντικής μηχανικής. Η μελέτη της αλληλεπίδρασης δύο ατόμων από την άποψη της κβαντικής μηχανικής δείχνει ότι η ενέργεια αλληλεπίδρασης των ατόμων Εγώκαι ιέχοντας στιγμές περιστροφής μικρό Εγώ και μικρό ι , περιέχει έναν όρο λόγω της αλληλεπίδρασης ανταλλαγής:

όπου Jολοκλήρωμα ανταλλαγής, η παρουσία του οποίου σχετίζεται με την επικάλυψη των κελυφών ηλεκτρονίων των ατόμων Εγώκαι ι. Η τιμή του ολοκληρώματος ανταλλαγής εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη διατομική απόσταση στον κρύσταλλο (περίοδος πλέγματος). Για σιδηρομαγνήτες J>0, εάν ο J<0 вещество является антиферромагнетиком, а при J=0 παραμαγνήτης. Η ενέργεια ανταλλαγής δεν έχει κλασικό ανάλογο, αν και είναι ηλεκτροστατικής προέλευσης. Χαρακτηρίζει τη διαφορά στην ενέργεια της αλληλεπίδρασης Coulomb του συστήματος σε περιπτώσεις όπου τα σπιν είναι παράλληλα και όταν είναι αντιπαράλληλα. Αυτό είναι συνέπεια της αρχής Pauli. Σε ένα κβαντομηχανικό σύστημα, μια αλλαγή στον σχετικό προσανατολισμό δύο περιστροφών πρέπει να συνοδεύεται από μια αλλαγή στην κατανομή του χωρικού φορτίου στην περιοχή επικάλυψης. Σε θερμοκρασία Τ=0 K, τα σπιν όλων των ατόμων πρέπει να είναι προσανατολισμένα με τον ίδιο τρόπο· όσο αυξάνεται η θερμοκρασία, η σειρά στον προσανατολισμό των σπιν μειώνεται. Υπάρχει μια κρίσιμη θερμοκρασία που ονομάζεται θερμοκρασία Curie (σημείο). ΤΑΠΟ, όπου η συσχέτιση στους προσανατολισμούς των μεμονωμένων περιστροφών εξαφανίζεται, - η ουσία από έναν σιδηρομαγνήτη γίνεται παραμαγνήτης. Υπάρχουν τρεις συνθήκες που ευνοούν την εμφάνιση του σιδηρομαγνητισμού

1. η παρουσία σημαντικών εγγενών μαγνητικών ροπών στα άτομα της ύλης (αυτό είναι δυνατό μόνο σε άτομα με ημιτελή ρε-ή φά-κοχύλια)?
2. το ολοκλήρωμα ανταλλαγής για ένα δεδομένο κρύσταλλο πρέπει να είναι θετικό.
3. πυκνότητα καταστάσεων σε ρε-και φά-οι ζώνες πρέπει να είναι μεγάλες.

Η μαγνητική επιδεκτικότητα ενός σιδηρομαγνήτη υπακούει Νόμος Κιουρί-Βάις:

, ΑΠΟΚιουρί σταθερά.

Ο σιδηρομαγνητισμός των σωμάτων που αποτελούνται από μεγάλο αριθμό ατόμων οφείλεται στην παρουσία μακροσκοπικών όγκων ύλης (τομείς) στους οποίους οι μαγνητικές ροπές των ατόμων ή των ιόντων είναι παράλληλες και εξίσου κατευθυνόμενες. Αυτές οι περιοχές έχουν αυθόρμητη αυθόρμητη μαγνήτιση ακόμη και απουσία εξωτερικού μαγνητιστικού πεδίου.

Μοντέλο της ατομικής μαγνητικής δομής ενός σιδηρομαγνήτη με επικεντρωμένο κυβικό πλέγμα. Τα βέλη δείχνουν τις μαγνητικές ροπές των ατόμων.

Ελλείψει εξωτερικού μαγνητικού πεδίου, ένας μη μαγνητισμένος σιδηρομαγνήτης στο σύνολό του αποτελείται από μεγαλύτερο αριθμό περιοχών, σε καθένα από τα οποία όλα τα σπιν προσανατολίζονται με τον ίδιο τρόπο, αλλά η κατεύθυνση του προσανατολισμού τους διαφέρει από τις κατευθύνσεις των περιστροφών σε γειτονικές τομείς. Κατά μέσο όρο, σε ένα δείγμα ενός μη μαγνητισμένου σιδηρομαγνήτη, όλες οι κατευθύνσεις αντιπροσωπεύονται εξίσου, επομένως δεν προκύπτει μακροσκοπικό μαγνητικό πεδίο. Ακόμη και σε ένα μόνο κρύσταλλο υπάρχουν τομείς. Η διαίρεση της ύλης σε τομείς συμβαίνει επειδή απαιτεί λιγότερη ενέργεια από μια διάταξη με εξίσου προσανατολισμένα σπιν.

Όταν ένας σιδηρομαγνήτης τοποθετείται σε ένα εξωτερικό πεδίο, οι μαγνητικές ροπές που είναι παράλληλες στο πεδίο θα έχουν λιγότερη ενέργεια από τις ροπές που είναι αντιπαράλληλες προς το πεδίο ή κατευθύνονται με οποιονδήποτε άλλο τρόπο. Αυτό δίνει ένα πλεονέκτημα σε ορισμένους τομείς που επιδιώκουν να αυξήσουν τον όγκο τους σε βάρος άλλων, αν είναι δυνατόν. Μπορεί επίσης να συμβεί περιστροφή μαγνητικών ροπών σε ένα μόνο πεδίο. Έτσι, ένα ασθενές εξωτερικό πεδίο μπορεί να προκαλέσει μεγάλη αλλαγή στη μαγνήτιση.

Όταν οι σιδηρομαγνήτες θερμαίνονται στο σημείο Κιουρί, η θερμική κίνηση καταστρέφει τις περιοχές αυθόρμητης μαγνήτισης, η ουσία χάνει τις ειδικές μαγνητικές της ιδιότητες και συμπεριφέρεται σαν ένας συνηθισμένος παραμαγνήτης. Οι θερμοκρασίες Curie για ορισμένα σιδηρομαγνητικά μέταλλα δίνονται στον πίνακα.

ΟυσίαFe 769Ni 364συν 1121Gd 18

Εκτός από τους σιδηρομαγνήτες, υπάρχει μια μεγάλη ομάδα μαγνητικά διατεταγμένων ουσιών στις οποίες οι μαγνητικές ροπές σπιν ατόμων με ημιτελή κελύφη είναι προσανατολισμένες αντιπαράλληλες. Όπως φαίνεται παραπάνω, αυτή η κατάσταση προκύπτει όταν το ολοκλήρωμα ανταλλαγής είναι αρνητικό. Ακριβώς όπως στους σιδηρομαγνήτες, η μαγνητική διάταξη λαμβάνει χώρα εδώ στο εύρος θερμοκρασίας από 0 K έως κάποιο κρίσιμο Β, που ονομάζεται θερμοκρασία Néel. Εάν, για τον αντιπαράλληλο προσανατολισμό των τοπικών μαγνητικών ροπών, η προκύπτουσα μαγνήτιση κρυστάλλου είναι μηδέν, τότε έχουμε αντισιδηρομαγνητισμός. Αν, όμως, δεν υπάρχει πλήρης αντιστάθμιση της μαγνητικής ροπής, τότε μιλάμε για σιδηρομαγνητισμός. Οι πιο τυπικοί σιδηρομαγνήτες είναι φερρίτεςδιπλά οξείδια μετάλλων. Χαρακτηριστικός εκπρόσωπος των φερριτών είναι ο μαγνητίτης (Fe3O4). Οι περισσότεροι σιδηρομαγνήτες είναι ιοντικοί κρύσταλλοι και επομένως έχουν χαμηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα. Σε συνδυασμό με καλές μαγνητικές ιδιότητες (υψηλή μαγνητική διαπερατότητα, μαγνήτιση υψηλού κορεσμού κ.λπ.), αυτό είναι ένα σημαντικό πλεονέκτημα σε σχέση με τους συμβατικούς σιδηρομαγνήτες. Είναι αυτή η ποιότητα που επέτρεψε τη χρήση φερρίτων στην τεχνολογία μικροκυμάτων. Συμβατικά σιδηρομαγνητικά υλικά με υψηλή αγωγιμότητα δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν εδώ λόγω πολύ υψηλών απωλειών λόγω του σχηματισμού δινορευμάτων. Ταυτόχρονα, για πολλούς φερρίτες, το σημείο Neel είναι πολύ χαμηλό (100-300 C) σε σύγκριση με τη θερμοκρασία Curie για τα σιδηρομαγνητικά μέταλλα. Σε αυτή την εργασία, για τον προσδιορισμό της θερμοκρασίας της μετάβασης σιδηρομαγνήτη-παραμαγνήτη, χρησιμοποιείται μια ράβδος από φερρίτη.

Ολοκλήρωση της εργασίας

Σχέδιο της πειραματικής εγκατάστασης.

Ιδέα πειράματος

Ο κύριος αυτής της εγκατάστασης είναι ένας μετασχηματιστής με ανοιχτό πυρήνα από φερρίτη. Η κύρια περιέλιξη, κατασκευασμένη από νιχρώμιο, χρησιμεύει επίσης για τη θέρμανση του πυρήνα. Η τάση τροφοδοτείται στο πρωτεύον τύλιγμα από το LATR για να αποφευχθεί η υπερθέρμανση. Το ρεύμα επαγωγής καταγράφεται χρησιμοποιώντας ένα βολτόμετρο που περιλαμβάνεται στη δευτερεύουσα περιέλιξη. Ένα μόνο θερμοστοιχείο, thermo-emf, χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της θερμοκρασίας του πυρήνα. η οποία είναι ανάλογη με τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ του ατμοσφαιρικού αέρα και της διασταύρωσης του θερμοστοιχείου. Η θερμοκρασία του πυρήνα μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο τύπο: Τ=Τ 0+23,5, που είναι το θερμο-εμφ. (σε millivolt), Τ 0 θερμοκρασία αέρα στο εργαστήριο.

Η ιδέα του πειράματος είναι η εξής: EMF επαγωγής στη δευτερεύουσα περιέλιξη, όπου ΕγώΕγώ - ρεύμα στο πρωτεύον τύλιγμα, μεγάλο- αυτεπαγωγή της κύριας περιέλιξης. Είναι γνωστό ότι πού είναι η αυτεπαγωγή του δευτερεύοντος τυλίγματος χωρίς πυρήνα και είναι η μαγνητική διαπερατότητα του πυρήνα.

Η μαγνητική διαπερατότητα μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας και όταν επιτευχθεί το σημείο Neel, πέφτει απότομα. Κατά συνέπεια, τόσο το επαγωγικό emf όσο και το ρεύμα επαγωγής πέφτουν απότομα όταν φτάνουν.

Διεξαγωγή πειράματος

1. Συναρμολογήστε την εγκατάσταση σύμφωνα με το διάγραμμα που φαίνεται στην εικ. 2.
2. Τοποθετήστε τα πόμολα LATR