Феромагнетизъм

Магнит с дължина около 3 см от Алнико – сплав от желязо, алуминий, никел и кобалт. Формата на подкова сближава северния и южния полюс на магнита, създавайки силно магнитно поле между тях. Металната пластина между полюсите в долната част се нарича „пазител“. Оставя се върху магнита, когато не се използва, за да се предотвратява размагнитването на магнита. Създавайки затворена магнитна верига, тя засилва магнитния поток в магнита, което прави по-трудно за механични удари или високи температури да рандомизират магнитните домейни на метала.

Феромагнетизмът е механизъм, чрез който някои материали (например желязото) се превръщат в постоянни магнити. Във физиката са известни няколко различни типа магнетизъм. Феромагнетизъм (включително и феримагнетизма)^[1] е най-силният вид. Това е единственият вид, който създава достатъчно големи сили за да бъдат усетени и които са в основата на явлението магнетизъм.

Феромагнитите са вещества, които се намагнитват силно под действие на външно магнитно поле и запазват намагнитеността си при премахване на външното поле. Феромагнитни вещества са желязото, кобалтът, никелът и гадолиният, сплавите на тези вещества помежду им и с някои други метали, както и някои сплави на неферомагнитни метали. Относителната магнитна проницаемост на феромагнитните вещества е много по-голяма от единица и зависи от интензитета на намагнитващото поле и от магнитното състояние на тялото. Други характерни свойства на феромагнитните вещества са: възможност за достигане при силно намагнитващо поле на състояние на магнитно насищане, наличие на остатъчна индукция и на коерцитивна сила, съществуване на точка на Кюри. Феромагнитните вещества се използват за направа на трансформатори, електрически машини, постоянни магнити и електромагнити, релета, измерителни уреди и други. Феромагнитите имат свойството да увеличават многократно магнитното поле.

История

Исторически терминът феромагнетизъм е използван за всички материали, които имат спонтанно намагнитване и собствен магнитен момент в отсъствие на външно магнитно поле. Това общо определение все още се употребява. Напоследък обаче е открит различен вид спонтанно намагнитване, който е наречен феримагнетизъм.^[2]

Феромагнитни материали

Феромагнетизмът е свойство, което зависи от кристалната структура и микроскопичната организация на материала, а не от химическия състав на веществото. Съществуват феромагнитни сплави, чиито компоненти сами по себе си нямат феромагнитни свойства.

Микрография на Keрр на метална повърхност показваща магнитни домени. Домените са червени или зелени в рамките на всяко микрокристално зърно. Магнитното поле на червените домени е обратно на магнитното поле на зелените домени.

Обяснение

Магнитна анизотропия

Въпреки че обемното взаимодействие държи спиновете подредени, то не ги подрежда в определена посока. Без магнитна анизотропия спиновете на магнитните домени произволно променят посоката си в резултат на топлинни колебания. Съществуват няколко вида магнитната анизотропия. Най-често срещана е зависимостта на посоката на намагнитване от кристалографската решетка. Друг често срещан източник на анизотропия е обратната магнитострикция, която се предизвиква от вътрешни деформации. В резултат на магнитостатичен ефект понякога единичните магнитни домени имат обемна анизотропия. Когато температурата на магнита започва да расте, анизотропията намалява ^[3]

Магнитни домени

Изглежда че всяка част от магнитния материал трябва да има силно магнитно поле когато всички спинове са подредени, но желязо и някои други феромагнитни материали често се намират в немагнитно състояние. Причина за това е че в по-голямата си част феромагнитните материали са разделени на малки магнитни области, наречени магнитни домени^[4] (известни също като домени на Weiss). Във вътрешността на всеки домен спиновете са подредени, но (ако материалът е ненамагнетизиран), спиновете на отделните домени са ориентирани в различни посоки и тяхното магнитно поле се нулира.

Температура на Кюри за някои кристални феромагнитни
(* = феримагнитни) материали^[5]
Материал	Темп. Кюри (K)
Co	1388
Fe	1043
Fe₂O₃^*	948
Fe₃O₄^*	858
NiFe₂O₄^*	858
CuFe₂O₄^*	728
MgFe₂O₄₃^*	713
MnBi	630
Ni	627
MnSb	587
MnFe₂O₄^*	573
Y₃Fe₅O₁₂^*	560
CrO₂	386
MnAs	318
Gd	292
Tb	219
Dy	88
EuO	69

Температура на Кюри

Основна статия: Температура на Кюри

Когато температурата намалява термичното движение или ентропията намалява и диполите стават все по-подредени. Когато температурата достигне определена критична точка, наречена температура на Кюри настъпва фазов преход от втори род. При него магнитните материали губят магнитните си свойства.

Вижте също

Източници

↑ Chikazumi 2009, с. 118
↑ Herrera, J. M. и др. Mixed valency and magnetism in cyanometallates and Prussian blue analogues // Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences 366 (1862). 13 януари 2008. DOI:10.1098/rsta.2007.2145. с. 127 – 138.
↑ Aharoni, Amikam. Introduction to the Theory of Ferromagnetism. Clarendon Press, 1996. ISBN 0-19-851791-2.
↑ Feynman, Richard P. и др. The Feynman Lectures on Physics, Vol. I. USA, California Inst. of Technology, 1963. ISBN 0-201-02117-XP. с. 37.5 – 37.6.
↑ Kittel, Charles. Introduction to Solid State Physics. sixth. John Wiley and Sons, 1986. ISBN 0-471-87474-4.

Външни препратки

Sandeman, Karl. Ferromagnetic Materials // DoITPoMS. Dept. of Materials Sci. and Metallurgy, Univ. of Cambridge, януари 2008. Посетен на 3 октомври 2022. (на английски) Detailed nonmathematical description of ferromagnetic materials with animated illustrations
Magnetism: Models and Mechanisms in E. Pavarini, E. Koch, and U. Schollwöck: Emergent Phenomena in Correlated Matter, Jülich 2013, ISBN 978-3-89336-884-6 на английски

[1] Chikazumi 2009, с. 118

[2] Herrera, J. M. и др. Mixed valency and magnetism in cyanometallates and Prussian blue analogues // Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences 366 (1862). 13 януари 2008. DOI:10.1098/rsta.2007.2145. с. 127 – 138.

[Aharoni-3] Aharoni, Amikam. Introduction to the Theory of Ferromagnetism. Clarendon Press, 1996. ISBN 0-19-851791-2.

[Feynman-4] Feynman, Richard P. и др. The Feynman Lectures on Physics, Vol. I. USA, California Inst. of Technology, 1963. ISBN 0-201-02117-XP. с. 37.5 – 37.6.

[5] Kittel, Charles. Introduction to Solid State Physics. sixth. John Wiley and Sons, 1986. ISBN 0-471-87474-4.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]