Fizikia: Uamuzi wa joto la mpito wa awamu ya ferromagnetic-paramagnetic, kazi ya maabara. Kazi ya maabara: Kuamua halijoto ya awamu ya mpito ya ferromagnetic-paramagnetic Mpito wa ferromagnet kuwa paramagnetic

kufuataNautabiri wa Luttinger na
Tissy kwa kesi |- 3, inayolingana na mkuu
Kuchora і kimiani ya ujazo, ferromagnetic

Hakuna kitu kama hicho Pia tunaona kuwa hakuna mpangilio wa ferromagnetic katika kesi ya kikomo ya usambazaji wa chembe mbili-dimensional, wakati.f= ", aS(*>)*>-1,129.

Kulingana na (2), (3) na (9), equation ya stochastic (1), iliyotafsiriwa kulingana na Stratonovich, inalingana na equation ya Fokker-Planck.

- = - - j |a(aini29 + 2b(t)dhambiV) -kitanda antfjP + - J(10)

= 2/ZyHa, a = Ham/2kT,SCH= H(t)/Ha), kwa wiani(P=P(0,t))kama--:.^ tіі"сгї: vector ni ninimV mamaVIvramvvi1 gmeet polarkona6. Kwa kudhani kuwa kwenye mipaka ya muda (0,;r) hubadilika kwenye pembe0 hakuna mtiririko wa uwezekano, tunapata suluhisho la stationary la equation (10):

(NA)

gzeC(a,2ab)

(12) VisnikSIDU".iS°S,№2(13)

15 (b=b(fj)).Hebu tuamua parameter ya utaratibu wa mfumo unaozingatiwa

chembe za kikoa kimoja kama/l- t,g(co)/t. Kisha, kwa kutumia uhusiano

(13)

Na misemo (11) na (12), kwa/.і tunapata equation 2e °

C(a,ZT0c/g)

Sinn

T;G

(NA)wapi Г0 -onm2 ZS(£)/k3k.

Uchambuzi wa equation (14) unaonyesha kwamba, kwa mujibu wa mazingatio ya kimwili yaliyotajwa hapo juu, lini££J(LiniTd<0) ina suluhisho la kipekee /(=0 kwa halijoto yoyote, i.e., mpangilio wa masafa marefu hautokei katika kesi hii. Suluhisho la nonzero linaweza kuwepo tu£<1. Kama ilivyo kwa mlinganyo wa Langevin,p=co\&nh(3Tnp./T)-T/3T0fi,ambayo equation inapunguza(14) kwa Н„-*0, ipo ikiwa saa/t~»0 tanjiti ya pembe ya mwelekeo wa tanje kwa grafu ya chaguo za kukokotoa iliyofafanuliwa kwa upande wa kulia wa (14) inazidi 1. Ni rahisi kuangalia kwamba hali hii imeridhika wakatiT<Т^Г, WapiTcr ~ joto la mpito wa awamu ya paramagnetic-ferromagnetic, ambayo hufafanuliwa kama suluhisho la mlinganyo.T=3T0f(a) ( f(a)= ni sawa na sufuri. Diamagnets hujumuisha metali nyingi (kwa mfano, Bi, Ag, Au, Cu), misombo mingi ya kikaboni, resini, kaboni, nk.

Kwa kuwa athari ya diamagnetic husababishwa na hatua ya uwanja wa sumaku wa nje kwenye elektroni za atomi za dutu, diamagnetism ni tabia ya vitu vyote. Hata hivyo, pamoja na vifaa vya diamagnetic, kuna pia paramagnets - vitu ambavyo vina sumaku kwenye uwanja wa sumaku wa nje katika mwelekeo wa shamba.

Katika vitu vya paramagnetic, kwa kukosekana kwa uwanja wa nje wa sumaku, wakati wa sumaku wa elektroni haulipiana fidia, na atomi (molekuli) za vifaa vya paramagnetic huwa na wakati wa sumaku. Walakini, kwa sababu ya mwendo wa joto wa molekuli, wakati wao wa sumaku huelekezwa kwa nasibu, kwa hivyo vitu vya paramagnetic havina mali ya sumaku. Wakati dutu ya paramagnetic inapoingizwa kwenye uwanja wa nje wa sumaku, upendeleo mwelekeo wa wakati wa sumaku wa atomi uwanjani(mwelekeo kamili unazuiwa na harakati ya joto ya atomi). Kwa hivyo, nyenzo za paramagnetic ni magnetized, na kujenga shamba lake la magnetic, ambalo linafanana na mwelekeo na shamba la nje na huongeza. Hii Athari kuitwa paramagnetic.

Wakati uga wa sumaku wa nje umedhoofika hadi sifuri, mwelekeo wa muda wa sumaku kutokana na mwendo wa joto huvurugika na paramagnet imezimwa. Nyenzo za paramagnetic ni pamoja na vitu adimu vya ardhi, Pt, A1, nk. Athari ya diamagnetic pia inaonekana katika vifaa vya paramagnetic, lakini ni dhaifu sana kuliko athari ya paramagnetic na kwa hiyo inabakia haijulikani.

Mbali na madarasa mawili ya vitu vinavyozingatiwa - dia- na paramagnets, inayoitwa sumaku dhaifu vitu bado zipo vitu vyenye magnetic - ferromagnets - vitu vyenye magnetization ya hiari, i.e. wao ni magnetized hata kwa kutokuwepo kwa shamba la nje la magnetic. Mbali na mwakilishi wao mkuu - chuma (ambacho jina "ferromagnetism" hutoka) - ferromagnets ni pamoja na, kwa mfano, cobalt, nickel, gadolinium, aloi zao na misombo.

Ferromagnets, pamoja na uwezo wa kuwa na sumaku kwa nguvu, pia zina mali zingine ambazo hutofautisha kwa kiasi kikubwa kutoka kwa dia- na paramagnets. Ikiwa kwa dutu dhaifu za sumaku utegemezi ni wa mstari, basi kwa dutu za ferromagnetic utegemezi huu ni ngumu sana. Unapoongezeka H usumaku J kwanza inakua haraka, kisha polepole zaidi, na hatimaye kinachojulikana kueneza kwa sumaku J hadi c, haitegemei tena nguvu ya shamba.

Mchele. 2

Tabia sawa ya utegemezi J kutoka N inaweza kuelezewa na ukweli kwamba kadiri uwanja wa sumaku unavyoongezeka, kiwango cha mwelekeo wa nyakati za sumaku za Masi kwenye shamba huongezeka. Hata hivyo, mchakato huu utaanza kupungua wakati kuna nyakati chache na chache zisizo na mwelekeo zilizosalia, na hatimaye, wakati dakika zote zinaelekezwa kwenye uwanja, ongezeko zaidi. N huacha na kueneza kwa sumaku hutokea.

Mchele. 3

Uingizaji wa sumaku B = μ 0 (N+ J) katika nyanja dhaifu huongezeka haraka na kuongezeka N kutokana na kuongezeka J, na katika nyanja zenye nguvu, kwani muhula wa pili ni wa kudumu ( J= J Hac), KATIKA huongezeka kwa kuongezeka N kwa mujibu wa sheria ya mstari.

Kipengele muhimu cha ferromagnets sio tu maadili makubwa μ (kwa mfano, kwa chuma - 5000, kwa aloi ya supermalloy - 800,000!), Lakini pia utegemezi μ kutoka N(Mchoro 3). Mwanzoni μ inakua kwa kuongezeka N, basi, kufikia kiwango cha juu, huanza kupungua, kuchunga katika kesi ya mashamba yenye nguvu hadi 1 ( , kwa hiyo lini J= J Hac= const with growth N uhusiano , na μ → 1).

Mtini.4

Kipengele cha tabia ya ferromagnets pia ni kwamba kwao utegemezi J kutoka N(na kwa hivyo KATIKA kutoka N) imedhamiriwa na historia ya magnetization ya ferromagnet. Jambo hili linaitwa hysteresis ya magnetic. Ikiwa unaongeza sumaku ya ferromagnet hadi kueneza (Mchoro 4, hatua 1), na kisha kuanza kupunguza mvutano N shamba la magnetizing, basi, kama uzoefu unavyoonyesha, kupungua kunaelezewa na Curve 1 - 2, juu ya curve 1 - 0. Katika N = 0 , J inatofautiana na sifuri, i.e. katika ferromagnet inazingatiwa sumaku iliyobaki J oc.

Uwepo wa magnetization ya mabaki unahusishwa na kuwepo sumaku za kudumu. Usumaku huwa sifuri chini ya ushawishi wa shamba N s, kuwa na mwelekeo kinyume na uwanja ambao ulisababisha sumaku. Mvutano N s inaitwa nguvu ya kulazimisha.

Kwa kuongezeka zaidi kwa uwanja ulio kinyume, ferromagnet hutolewa tena (curve 3 - 4), na kwa N = - N tunafikia kueneza (point 4 ). Kisha sumaku-umeme inaweza kuondolewa tena sumaku (curve 4 - 5-6) na kuongezwa sumaku tena hadi kueneza (curve 6-). 1 ).

Kwa hivyo, wakati ferromagnet inakabiliwa na shamba la magnetic mbadala, magnetization J mabadiliko kulingana na curve 1-2-3-4- 5-6-1, ambayo inaitwa kitanzi cha hysteresis (kutoka kwa Kigiriki "kuchelewa"). Hysteresis inaongoza kwa ukweli kwamba magnetization ya ferromagnet sio kazi isiyoeleweka N, yaani kwa thamani sawa N inalingana na thamani nyingi J.

Ferromagnets ina kipengele kingine muhimu: kwa kila ferromagnet kuna joto fulani, linaloitwa Pointi ya Curie, ambayo inapoteza sifa zake za sumaku. Wakati sampuli inapokanzwa juu ya uhakika wa Curie, ferromagnet hugeuka kuwa paramagnet ya kawaida. Mpito wa dutu kutoka kwa hali ya ferromagnetic hadi hali ya paramagnetic, ambayo hutokea kwenye hatua ya Curie, haipatikani na ngozi au kutolewa kwa joto, i.e. Katika hatua ya Curie, mpito wa awamu ya pili hutokea.

Hatimaye, mchakato wa magnetization ya ferromagnets unaambatana na mabadiliko katika vipimo vyake vya mstari na kiasi. Jambo hili linaitwa magnetostriction . Ukubwa na ishara ya athari hutegemea mvutano H shamba la sumaku, juu ya asili ya ferromagnet na mwelekeo wa shoka za fuwele zinazohusiana na shamba.

Taarifa zinazohusiana.

Kulingana na mali zao za sumaku, vitu vyote vimegawanywa kuwa sumaku dhaifu na yenye nguvu ya sumaku. Kwa kuongeza, sumaku zinawekwa kulingana na utaratibu wa magnetization.

Diamagnets

Diamagnets huainishwa kama dutu dhaifu ya sumaku. Kwa kukosekana kwa uwanja wa sumaku, hawana sumaku. Katika vitu vile, wakati wao huletwa kwenye uwanja wa nje wa magnetic, harakati ya elektroni katika molekuli na atomi hubadilika ili mzunguko wa mzunguko unaoelekezwa utengenezwe. Ya sasa ina sifa ya muda wa sumaku ($p_m$):

ambapo $S$ ni eneo la coil yenye mkondo.

Uingizaji wa magnetic unaoundwa na mzunguko huu wa mzunguko, wa ziada kwenye uwanja wa nje, unaelekezwa dhidi ya uwanja wa nje. Thamani ya uwanja wa ziada inaweza kupatikana kama:

Dutu yoyote ina diamagnetism.

Upenyezaji wa sumaku wa vifaa vya diamagnetic hutofautiana kidogo sana na umoja. Kwa vitu vikali na vimiminika, uwezekano wa diamagnetic kuathiriwa ni wa mpangilio wa takriban $(10)^(-5),\ $kwa gesi ni kidogo sana. Uwezo wa sumaku wa vifaa vya diamagnetic hautegemei joto, ambalo liligunduliwa kwa majaribio na P. Curie.

Diamagnets imegawanywa katika "classical", "ajabu" na superconductors. Nyenzo za kawaida za diamagnetic zina unyeti wa sumaku $\varkappa

Katika sehemu dhaifu za sumaku, usumaku wa nyenzo za diamagnetic ni sawia na nguvu ya uga wa sumaku ($\overrightarrow(H)$):

ambapo $\varkappa$ ni unyeti wa sumaku wa kati (sumaku). Mchoro wa 1 unaonyesha utegemezi wa usumaku wa diamagnetic ya "classical" kwenye nguvu ya uga wa sumaku katika nyanja dhaifu.

Paramagnets

Dutu za paramagnetic pia zimeainishwa kama dutu dhaifu za sumaku. Molekuli za paramagnetic zina wakati wa kudumu wa sumaku ($\overrightarrow(p_m)$). Nishati ya wakati wa sumaku kwenye uwanja wa sumaku wa nje huhesabiwa na formula:

Thamani ya chini ya nishati inafikiwa wakati mwelekeo wa $\overrightarrow(p_m)$ unalingana na $\overrightarrow(B)$. Wakati dutu ya paramagnetic inapoingizwa kwenye uwanja wa nje wa sumaku kwa mujibu wa usambazaji wa Boltzmann, mwelekeo wa upendeleo wa wakati wa magnetic wa molekuli zake huonekana kwenye mwelekeo wa shamba. Usumaku wa dutu inaonekana. Uingizaji wa uwanja wa ziada unafanana na uwanja wa nje na ipasavyo huongeza. Pembe kati ya mwelekeo $\overrightarrow(p_m)$ na $\overrightarrow(B)$ haibadiliki. Urekebishaji wa wakati wa sumaku kwa mujibu wa usambazaji wa Boltzmann hutokea kwa sababu ya migongano na mwingiliano wa atomi na kila mmoja. Athari za paramagnetic ($\varkappa $) hutegemea halijoto kulingana na sheria ya Curie:

au sheria ya Curie-Weiss:

ambapo C na C" ni viambatisho vya Curie, $\triangle $ ni ya kudumu ambayo inaweza kuwa kubwa au chini ya sifuri.

Athari ya sumaku ($\varkappa $) ya paramagnetic ni kubwa kuliko sifuri, lakini, kama ile ya diamagnetic, ni ndogo sana.

Paramagnets imegawanywa katika paramagnets ya kawaida, metali ya paramagnetic, na antiferromagnets.

Kwa metali za paramagnetic, unyeti wa sumaku hautegemei joto. Metali hizi ni sumaku dhaifu $\varkappa \takriban (10)^(-6).$

Katika nyenzo za paramagnetic kuna jambo linaloitwa paramagnetic resonance. Hebu tuchukue kwamba katika nyenzo za paramagnetic ambazo ziko kwenye uwanja wa nje wa magnetic, uwanja wa ziada wa magnetic wa mara kwa mara huundwa, vector ya induction ya uwanja huu ni perpendicular kwa vector induction ya shamba mara kwa mara. Kama matokeo ya mwingiliano wa wakati wa sumaku wa atomi na uwanja wa ziada, wakati wa nguvu ($\overrightarrow(M)$) huundwa, ambao huelekea kubadilisha pembe kati ya $\overrightarrow(p_m)$ na $. \overrightarrow(B).$ Ikiwa marudio ya uga unaopishana wa sumaku na marudio ya utangulizi wa mwendo wa atomiki sanjari, basi toko inayoundwa na uga wa sumaku unaopishana huongeza kila mara pembe kati ya $\overrightarrow(p_m)$ na $. \overrightarrow(B)$, au inapungua. Jambo hili linaitwa paramagnetic resonance.

Katika mashamba ya magnetic dhaifu, magnetization katika vifaa vya paramagnetic ni sawia na nguvu ya shamba na inaonyeshwa kwa formula (3) (Mchoro 2).

Ferromagnets

Ferromagnets huainishwa kama vitu vya sumaku sana. Sumaku ambazo upenyezaji wa sumaku hufikia maadili makubwa na inategemea uwanja wa sumaku wa nje na historia ya zamani huitwa ferromagnets. Ferromagnets inaweza kuwa na sumaku iliyobaki.

Uwezo wa sumaku wa ferromagnets ni kazi ya nguvu ya uwanja wa nje wa sumaku. Utegemezi wa J (H) umeonyeshwa kwenye Mtini. 3. Usumaku una kikomo cha kueneza ($J_(nas)$).

Kuwepo kwa kikomo cha kueneza kwa sumaku kunaonyesha kuwa usumaku wa sumaku-umeme husababishwa na kuelekezwa upya kwa baadhi ya nyakati za msingi za sumaku. Katika ferromagnets, jambo la hysteresis linazingatiwa (Mchoro 4).

Ferromagnets, kwa upande wake, imegawanywa katika:

1. Laini kwa sumaku. Dawa zilizo na upenyezaji wa juu wa sumaku, zenye sumaku kwa urahisi na zisizo na sumaku. Wao hutumiwa katika uhandisi wa umeme, ambapo hufanya kazi na mashamba yanayobadilishana, kwa mfano katika transfoma.
2. Nguvu ya sumaku. Dutu zenye upenyezaji wa chini wa sumaku, ni vigumu kupenyeza sumaku na kupunguza sumaku. Dutu hizi hutumiwa kuunda sumaku za kudumu.

Mfano 1

Kazi: Utegemezi wa sumaku kwa ferromagnet unaonyeshwa kwenye Mtini. 3. J(H). Chora mkunjo wa B(H). Kuna kueneza kwa induction ya sumaku, kwa nini?

Kwa kuwa vekta ya induction ya sumaku inahusiana na vekta ya sumaku kwa uhusiano:

\[(\overrightarrow(B)=\overrightarrow(J\ )+\mu )_0\overrightarrow(H)\ \kushoto(1.1\kulia),\]

basi curve B (H) haifikii kueneza. Grafu ya utegemezi wa uga wa sumaku juu ya nguvu ya uga sumaku ya nje inaweza kuwasilishwa kama inavyoonyeshwa kwenye Mtini. 5. Curve vile inaitwa curve magnetization.

Jibu: Hakuna kueneza kwa curve ya induction.

Mfano 2

Kazi: Pata fomula ya kuathiriwa na paramagnetic $(\varkappa)$, ukijua kwamba utaratibu wa usumaku wa paramagnet ni sawa na utaratibu wa uwekaji umeme wa dielectri ya polar. Kwa thamani ya wastani ya muda wa sumaku wa molekuli katika makadirio kwenye mhimili wa Z, tunaweza kuandika fomula:

\[\kushoto\lango p_(mz)\kulia\rangle =p_mL\left(\beta \kulia)\left(2.1\kulia),\]

ambapo $L\left(\beta \kulia)=cth\left(\beta \kulia)-\frac(1)(\beta )$ ni chaguo la kukokotoa la Langevin na $\beta =\frac(p_mB)(kT). $

Kwa joto la juu na mashamba madogo, tunapata kwamba:

Kwa hivyo, kwa $\beta \ll 1$ $cth\left(\beta \right)=\frac(1)(\beta )+\frac(\beta )(3)-\frac((\beta )^3 )(45)+\dots $ , ikizuia chaguo za kukokotoa kwa neno la mstari katika $\beta $ tunapata:

Kubadilisha matokeo (2.3) hadi (2.1), tunapata:

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

Kutumia uhusiano kati ya nguvu ya shamba la sumaku na induction ya sumaku ($\overrightarrow(B)=\mu (\mu )_0\overrightarrow(H)$), kwa kuzingatia kwamba upenyezaji wa sumaku wa nyenzo za paramagnetic hutofautiana kidogo na umoja, tunaweza. andika:

\[\kushoto\lango p_(mz)\kulia\rangle =\frac((p_m)^2(\mu )_0H)(3kT)\kushoto(2.5\kulia).\]

Kisha magnetization itaonekana kama:

Kujua kwamba uhusiano kati ya moduli ya sumaku na moduli ya vekta ya voltage ina fomu:

Kwa unyeti wa paramagnetic tunayo:

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

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

Dutu za paramagnetic ni pamoja na vitu ambavyo wakati wa sumaku wa atomi au molekuli sio sifuri kwa kukosekana kwa uwanja wa sumaku wa nje:

Kwa hiyo, paramagnets, wakati wa kuletwa kwenye uwanja wa nje wa magnetic, ni magnetized katika mwelekeo wa shamba. Kwa kutokuwepo kwa shamba la nje la magnetic, paramagnet haina magnetized, kwa kuwa kutokana na mwendo wa joto wakati wote wa magnetic wa atomi huelekezwa kwa nasibu, na kwa hiyo magnetization ni sifuri (Mchoro 2.7 a). Wakati dutu ya paramagnetic inapoingizwa kwenye uwanja wa nje wa magnetic, mwelekeo wa upendeleo wa wakati wa magnetic wa atomi kando ya shamba huanzishwa (Mchoro 2.7 b). Mwelekeo kamili unazuiwa na mwendo wa joto wa atomi, ambao huwa na kutawanya wakati. Kama matokeo ya mwelekeo huu wa upendeleo, paramagnet ni sumaku, na kuunda uwanja wake wa sumaku, ambao, uliowekwa juu ya ile ya nje, huiimarisha. Athari hii inaitwa athari ya paramagnetic au paramagnetism.

Mchoro.2.7. Paramagnetic ndani

kukosekana kwa uga (s) na ndani

uwanja wa sumaku wa nje (b)

Nyenzo za paramagnetic pia zinaonyesha utangulizi wa Larmor na athari ya diamagnetic, kama katika vitu vyote. Lakini athari ya diamagnetic ni dhaifu kuliko ile ya paramagnetic na inakandamizwa nayo, iliyobaki isiyoonekana. Kwa paramagnets, χ pia ni ndogo, lakini chanya, kwa mpangilio wa ~10 -7 –10 -4 , ambayo ina maana μ ni kubwa kidogo kuliko moja.

Kama vile vifaa vya diamagnetic, utegemezi wa unyeti wa sumaku wa nyenzo za paramagnetic kwenye uwanja wa nje ni wa mstari ( Kielelezo 5.8).

Mwelekeo wa upendeleo wa muda wa sumaku kando ya shamba hutegemea joto. Wakati joto linapoongezeka, harakati ya joto ya atomi huongezeka, kwa hiyo, mwelekeo katika mwelekeo mmoja unakuwa mgumu na magnetization hupungua. Mwanafizikia wa Kifaransa P. Curie alianzisha muundo ufuatao: ambapo C ni Curie mara kwa mara, kulingana na aina ya dutu. Nadharia ya classical ya paramagnetism ilianzishwa mwaka wa 1905 na P. Langevin.

2.10 Ferromagnetism. Ferromagnets. Muundo wa kikoa cha ferromagnets.

.7. Ferromagnetism. Ferromagnets. @

Ferromagnets ni dutu thabiti za fuwele ambazo zina sumaku ya moja kwa moja bila uga wa sumaku wa nje. .Atomi (molekuli) za vitu kama hivyo zina wakati usio na sifuri wa sumaku. Kwa kukosekana kwa uwanja wa nje, wakati wa sumaku ndani ya mikoa mikubwa huelekezwa kwa njia ile ile (zaidi juu ya hii baadaye). Tofauti na dia- na paramagnets dhaifu, ferromagnets ni vitu vya sumaku nyingi. Sehemu yao ya ndani ya sumaku inaweza kuwa mamia na maelfu ya mara kubwa kuliko ile ya nje. Kwa ferromagnets, χ na μ ni chanya na zinaweza kufikia maadili makubwa sana, kwa mpangilio wa ~10. 3 . Ferromagnets pekee zinaweza kuwa sumaku za kudumu.

Kwa nini miili ya ferromagnetic inaonyesha sumaku yenye nguvu kama hiyo? Kwa nini mwendo wa joto ndani yao hauingilii na uanzishwaji wa utaratibu katika mpangilio wa wakati wa magnetic? Ili kujibu swali hili, hebu tuangalie baadhi ya mali muhimu ya ferromagnets.

Ikiwa tunaonyesha curve kuu ya magnetization katika kuratibu (B, H) (Mchoro 2.10, curve 0-1), tutapata picha tofauti kidogo: tangu , basi wakati thamani ya J inafikia, induction ya magnetic inaendelea kukua. pamoja na ukuaji wa mstari:

= μ 0 + const, const = μ 0 J sisi.

Ferromagnets ni sifa ya jambo hilo hysteresis(kutoka kwa hysteresis ya Kigiriki - lag, kuchelewa).

Tutaleta magnetization ya mwili kwa kueneza, kuongeza nguvu ya shamba la nje (Mchoro 2.10, hatua ya 1), na kisha tutapungua H. Katika kesi hii, utegemezi B (H) unafuata sio curve ya awali 0-1 , lakini curve mpya 1-2. Wakati voltage inapungua hadi sifuri, magnetization ya dutu na induction magnetic itatoweka. Katika Н=0, induction ya magnetic ina thamani isiyo ya sifuri V ost, ambayo inaitwa induction iliyobaki. magnetization J ost, sambamba na B ost, inaitwa sumaku iliyobaki, na ferromagnet hupata mali ya sumaku ya kudumu. V ost na J ost huwa sifuri tu chini ya ushawishi wa uga ulio kinyume katika mwelekeo wa ule wa awali. Thamani ya nguvu ya shamba H c ambayo sumaku iliyobaki na kutoweka kwa induction inaitwa nguvu ya kulazimisha(kutoka Kilatini coercitio - retention). Kuendelea kuchukua hatua kwenye ferromagnet na uwanja wa sumaku unaobadilishana, tunapata curve 1-2-3-4-1, inayoitwa. kitanzi cha hysteresis. Katika kesi hii, mmenyuko wa mwili (B au J) unaonekana kuwa nyuma ya sababu zinazosababisha (H).

Uwepo wa magnetization ya mabaki hufanya iwezekanavyo kutengeneza sumaku za kudumu, kwa sababu ferromagnets na Bres ≠ 0 zina wakati wa sumaku mara kwa mara na huunda shamba la sumaku la mara kwa mara katika nafasi inayowazunguka. Sumaku kama hiyo huhifadhi mali zake bora, ndivyo nguvu ya kulazimisha ya nyenzo ambayo hufanywa. Nyenzo za sumaku kawaida hugawanywa kulingana na thamani ya Hc ndani laini ya sumaku(yaani na H ya chini ya mpangilio wa 10 -2 A/m na, ipasavyo, na kitanzi nyembamba cha hysteresis) na sumaku ngumu(H na ~ 10 5 A/m na kitanzi pana cha hysteresis). Nyenzo za sumaku laini zinahitajika kwa utengenezaji wa transfoma, cores ambazo hurejeshwa kila wakati kwa kubadilisha sasa. Ikiwa msingi wa transformer una hysteresis kubwa, itawaka moto wakati wa kugeuza magnetization, ambayo itapoteza nishati. Kwa hiyo transfoma zinahitaji nyenzo ambazo hazina hysteresis iwezekanavyo. Ferromagnets yenye kitanzi nyembamba cha hysteresis ni pamoja na aloi za chuma na nickel au chuma na nickel na molybdenum (permalloy na supermalloy).

Nyenzo ngumu za sumaku (ikiwa ni pamoja na kaboni, tungsten, chromium na vyuma vya alumini-nikeli) hutumiwa kutengeneza sumaku za kudumu.

Mabaki ya sumaku ya kudumu yatakuwepo kwa muda usiojulikana ikiwa ferromagnet haijafichuliwa na sehemu zenye nguvu za sumaku, halijoto ya juu na deformation. Taarifa zote zilizorekodiwa kwenye kanda za magnetic - kutoka kwa muziki hadi programu za video - zimehifadhiwa shukrani kwa jambo hili la kimwili.

Kipengele muhimu cha ferromagnets ni maadili makubwa ya upenyezaji wa sumaku na unyeti wa sumaku. Kwa mfano, kwa chuma μ max ≈ 5000, kwa permalloy - 100000, kwa supermalloy - 900000. Kwa ferromagnets, maadili ya unyeti wa magnetic na upenyezaji wa magnetic ni kazi za nguvu za shamba la magnetic H (Mchoro 2.11). Kwa kuongezeka kwa nguvu ya shamba, thamani ya μ kwanza huongezeka haraka hadi μ max, na kisha hupungua, inakaribia thamani μ=1 katika nyanja kali sana. Kwa hivyo, ingawa fomula B = μμ 0 H inasalia kuwa halali kwa dutu za ferromagnetic, uhusiano wa mstari kati ya B na H umekiukwa.

Athari ya pili ya magnetomechanical ni Athari ya Villari- kubadilika na hata kutoweka kwa mabaki ya sumaku ya mwili wakati unapotikiswa au kuharibika (iliyogunduliwa na E. Villari mnamo 1865). Ni kwa sababu ya hili kwamba sumaku za kudumu zinapaswa kulindwa kutokana na mshtuko.

Inapokanzwa hufanya kazi kwenye ferromagnets kwa njia sawa na deformation. Kwa joto la kuongezeka, magnetization ya mabaki huanza kupungua, dhaifu mara ya kwanza, na kisha, baada ya kufikia sifa fulani ya kutosha ya joto la kila ferromagnet, kupungua kwa kasi kwa magnetization hadi sifuri hutokea. Mwili kisha unakuwa paramagnetic. Joto ambalo mabadiliko hayo katika mali hutokea inaitwa Pointi ya Curie, kwa heshima ya P. Curie aliyeigundua. Kwa chuma, uhakika wa Curie ni 770ºC, kwa cobalt - 1130ºC, kwa nikeli - 358ºC, kwa gadolinium - 16ºC. Mpito huu hauambatani na kutolewa au kufyonzwa kwa joto na ni mpito wa awamu ya pili. Matukio haya yote hupata maelezo yao wakati wa kuzingatia muundo wa ferromagnets.

KAZI YA MAABARA

Uamuzi wa joto la mpito wa awamu

ferrimagnetic-paramagnetic

Lengo la kazi : kuamua joto la Neel kwa ferrimagnet (fimbo ya ferrite)

Maelezo mafupi ya kinadharia

Kila dutu ni magnetic, i.e. ina uwezo wa kupata wakati wa sumaku chini ya ushawishi wa uwanja wa sumaku. Kwa hivyo, dutu hii huunda shamba la sumaku ambalo limewekwa juu ya uwanja wa nje. Sehemu zote mbili zinaongeza hadi uwanja unaosababisha:

Usumaku wa sumaku unaonyeshwa na wakati wa sumaku kwa kiasi cha kitengo. Kiasi hiki kinaitwa vekta ya magnetization

iko wapi wakati wa sumaku wa molekuli ya mtu binafsi.

Vekta ya sumaku inahusiana na nguvu ya uwanja wa sumaku kwa uhusiano ufuatao:

iko wapi thamani ya tabia kwa dutu fulani, inayoitwa unyeti wa sumaku.

Vekta ya induction ya sumaku inahusiana na nguvu ya uwanja wa sumaku:

Kiasi kisicho na kipimo kinaitwa upenyezaji wa sumaku wa jamaa.

Dutu zote kulingana na mali zao za sumaku zinaweza kugawanywa katika vikundi vitatu:

1. paramagnets > 1 ambayo sumaku huongeza uwanja jumla
2. vifaa vya diamagnetic< 1 в которых намагниченность вещества уменьшает суммарное поле
3. ferromagnets >> 1 sumaku huongeza shamba la sumaku.
Dutu hii ni ferromagnetic ikiwa ina wakati wa hiari wa sumaku hata kwa kukosekana kwa uwanja wa sumaku wa nje. Kueneza kwa sumaku ya ferromagnet IS inafafanuliwa kama muda wa sumaku unaojitokeza kwa kila kitengo cha ujazo wa dutu.

Ferromagnetism inazingatiwa katika 3 d- chuma ( Fe, Ni, Co) na 4 f metali (M-ngu, Tb, Er, Dy, Ho, Tm) Kwa kuongeza, kuna idadi kubwa ya aloi za ferromagnetic. Inafurahisha kutambua kwamba ni metali 9 tu safi zilizoorodheshwa hapo juu zina ferromagnetism. Wote hawajakamilika d- au f- makombora.

Sifa ya ferromagnetic ya dutu inaelezewa na ukweli kwamba kuna mwingiliano maalum kati ya atomi za dutu hii, ambayo haifanyiki kwenye dia- na paramagnets, na kusababisha ukweli kwamba wakati wa sumaku ya ionic au atomiki ya atomi za jirani ni. kuelekezwa katika mwelekeo huo huo. Hali ya kimwili ya mwingiliano huu maalum, unaoitwa kubadilishana, ilianzishwa na Ya.I. Frenkel na W. Heisenberg katika miaka ya 30 ya karne ya 20 kwa misingi ya mechanics ya quantum. Utafiti wa mwingiliano wa atomi mbili kutoka kwa mtazamo wa mechanics ya quantum unaonyesha kuwa nishati ya mwingiliano wa atomi. i Na j, kuwa na wakati wa spin S i Na S j , ina neno kutokana na mwingiliano wa kubadilishana:

Wapi J kubadilishana muhimu, uwepo wa ambayo inahusishwa na mwingiliano wa ganda la elektroni la atomi i Na j. Thamani ya kiunganishi cha ubadilishaji inategemea sana umbali wa interatomic katika kioo (kipindi cha kimiani cha kioo). Katika ferromagnets J>0, ikiwa J<0 вещество является антиферромагнетиком, а при J=0 paramagnetic. Nishati ya kimetaboliki haina analogi ya kitambo, ingawa ni ya asili ya kielektroniki. Ni sifa ya tofauti katika nishati ya mwingiliano wa Coulomb wa mfumo katika kesi wakati spins ni sambamba na wakati wao ni antiparallel. Haya ni matokeo ya kanuni ya Pauli. Katika mfumo wa mitambo ya quantum, mabadiliko katika mwelekeo wa jamaa wa spins mbili lazima iambatane na mabadiliko katika usambazaji wa nafasi ya malipo katika eneo la kuingiliana. Kwa joto T=0 K, mizunguko ya atomi zote lazima ielekezwe kwa njia ile ile na joto linaloongezeka, mpangilio katika mwelekeo wa mizunguko hupungua. Kuna halijoto muhimu inayoitwa joto la Curie TNA, ambapo uwiano katika mwelekeo wa spins ya mtu binafsi hupotea, dutu hii hubadilika kutoka kwa ferromagnet hadi paramagnet. Masharti matatu yanaweza kutambuliwa ambayo yanapendelea kuibuka kwa ferromagnetism:

1. uwepo wa muda muhimu wa sumaku wa ndani katika atomi za dutu hii (hii inawezekana tu katika atomi ambazo hazijakamilika. d- au f- makombora);
2. kubadilishana muhimu kwa fuwele iliyotolewa lazima iwe chanya;
3. msongamano wa majimbo ndani d- Na f- kanda zinapaswa kuwa kubwa.

Unyeti wa sumaku wa ferromagnet hutii Sheria ya Curie-Weiss:

, NA Curie mara kwa mara.

Ferromagnetism ya miili inayojumuisha idadi kubwa ya atomi ni kwa sababu ya uwepo wa idadi kubwa ya maada (vikoa), ambapo wakati wa sumaku wa atomi au ioni hulingana na huelekezwa sawasawa. Vikoa hivi vinaonyesha usumaku wa hiari wa hiari hata kwa kukosekana kwa uwanja wa sumaku wa nje.

Mfano wa muundo wa sumaku ya atomiki ya ferromagnet yenye kimiani cha ujazo kilicho katikati ya uso. Mishale inaonyesha muda wa sumaku wa atomi.

Kwa kukosekana kwa uwanja wa sumaku wa nje, ferromagnet isiyo na sumaku kwa ujumla ina idadi kubwa ya vikoa, ambayo kila spins zote zinaelekezwa kwa njia ile ile, lakini mwelekeo wa mwelekeo wao hutofautiana na mwelekeo wa spins katika vikoa vya jirani. Kwa wastani, katika sampuli ya ferromagnet isiyo na sumaku, maelekezo yote yanawakilishwa kwa usawa, hivyo uwanja wa magnetic wa macroscopic haupatikani. Hata katika kioo kimoja kuna vikoa. Mgawanyo wa mada katika vikoa hutokea kwa sababu inahitaji nishati kidogo kuliko mpangilio wenye mizunguko inayolengwa sawasawa.

Wakati sumaku-umeme inapowekwa kwenye uga wa nje, muda wa sumaku sambamba na shamba utakuwa na nishati kidogo kuliko muda unaopingana na uga au kuelekezwa kwa njia nyingine yoyote. Hii inatoa faida kwa baadhi ya vikoa vinavyotaka kuongeza sauti kwa gharama ya vingine ikiwezekana. Mzunguko wa muda wa sumaku ndani ya kikoa kimoja unaweza pia kutokea. Kwa hivyo uwanja dhaifu wa nje unaweza kusababisha mabadiliko makubwa katika sumaku.

Feri sumaku zinapopashwa hadi kwenye sehemu ya Curie, mwendo wa joto huharibu maeneo ya usumaku wa moja kwa moja, dutu hii hupoteza sifa zake maalum za sumaku na kufanya kazi kama paramagnet ya kawaida. Viwango vya joto vya Curie kwa baadhi ya metali za ferromagnetic vimetolewa kwenye jedwali.

DawaFe 769Ni 364Co 1121M-ngu 18

Mbali na ferromagnets, kuna kundi kubwa la vitu vilivyoagizwa kwa sumaku ambamo muda wa sumaku unaozunguka wa atomi zilizo na makombora ambayo hayajakamilika huelekezwa kwa usawa. Kama inavyoonyeshwa hapo juu, hali hii inatokea wakati kiunga cha kubadilishana ni hasi. Kama tu katika ferromagnets, kuagiza kwa sumaku hufanyika hapa katika viwango vya joto kutoka 0 K hadi N fulani muhimu, inayoitwa joto la Néel. Ikiwa, kwa mwelekeo wa antiparallel wa wakati wa sumaku uliowekwa ndani, sumaku inayotokana ya kioo ni sifuri, basi antiferromagnetism. Ikiwa katika kesi hii hakuna fidia kamili ya wakati wa magnetic, basi wanazungumzia ferimagnetism. Ferrimagnets ya kawaida zaidi ni feri oksidi za chuma mbili. Mwakilishi wa kawaida wa feri ni magnetite (Fe3O4). Ferisumaku nyingi ni fuwele za ionic na kwa hiyo zina conductivity ya chini ya umeme. Pamoja na mali nzuri ya sumaku (upenyezaji wa juu wa sumaku, sumaku ya kueneza ya juu, nk), hii ni faida muhimu ikilinganishwa na ferromagnets za kawaida. Ni ubora huu ambao umewezesha kutumia feri katika teknolojia ya ultrahigh frequency. Vifaa vya kawaida vya ferromagnetic na conductivity ya juu haviwezi kutumika hapa kutokana na hasara kubwa sana kutokana na kuundwa kwa mikondo ya eddy. Wakati huo huo, feri nyingi zina kiwango cha chini sana cha Néel (100-300 C) ikilinganishwa na joto la Curie kwa metali za ferromagnetic. Katika kazi hii, ili kuamua joto la mpito wa ferrimagnetic-paramagnetic, fimbo iliyofanywa mahsusi ya ferrite hutumiwa.

Kukamilika kwa kazi

Mpango wa usanidi wa majaribio.

Wazo la majaribio

Sehemu kuu ya ufungaji huu ni transformer yenye msingi wazi uliofanywa na ferrite. Upepo wa msingi, uliofanywa na nichrome, pia hutumikia joto la msingi. Voltage kwa vilima vya msingi hutolewa kutoka LATR ili kuzuia joto kupita kiasi. Sasa iliyosababishwa imeandikwa kwa kutumia voltmeter iliyounganishwa na upepo wa sekondari. Thermocouple moja, thermo-emf, hutumiwa kupima joto la msingi. ambayo ni sawia na tofauti ya halijoto kati ya hewa iliyoko na makutano ya thermocouple. Joto la msingi linaweza kuhesabiwa kwa kutumia formula ifuatayo: T=T 0+23.5, wapi - thermo-emf. (katika millivolts), T 0 joto la hewa katika maabara.

Wazo la jaribio ni kama ifuatavyo: induced emf katika vilima vya sekondari, wapi Ii - sasa katika vilima vya msingi, L- inductance ya vilima vya msingi; inajulikana kuwa ni wapi inductance ya vilima vya sekondari bila msingi, na ni upenyezaji wa magnetic wa msingi.

Upenyezaji wa sumaku hupungua kadri halijoto inavyoongezeka na hushuka sana inapofika sehemu ya Néel. Kwa hivyo, emf iliyochochewa na mkondo wa sasa unaosababishwa hushuka sana unapofikiwa.

Kufanya majaribio

1. Kusanya ufungaji kulingana na mchoro ulioonyeshwa kwenye Mtini. 2.
2. Sakinisha visu vya kudhibiti LATR