Feromagneți și structura domeniului

O clasă specială de magneți care pot magnetiza în absența unui câmp magnetic extern (magnetizarea spontană) se numește ferromagnetică.

Ferromagnetismul are substanțe numai în starea cristalină. Printre proeminente reprezentanții materialelor feromagnetice includ: fier, nichel, cobalt, compuși de mangan și crom și multe altele. Ferromagneții sunt clasificați ca substanțe puternic magnetice. Magnetizarea lor depinde nelimitat de câmpul exterior și ajunge la saturație. În acest sens, pentru feromagneți susceptibilitatea magnetică ($ \ varkappa $) și permeabilitate magnetică ($ \ mu $) nu sunt permanente. Ca și înainte, ei scriu că:

dar apoi $ \ mu \ și \ \ varkappa $ sunt tratate ca funcții ale puterii câmpului. Aceste funcții cresc mai întâi cu o creștere a intensității câmpului, trece printr-un maxim, în câmpuri puternice, atunci când a ajuns la saturație, permeabilitatea tinde spre unitate, și susceptibilitatea magnetică la zero. Valoarea lui $ \ mu $ la maxim atinge sute de mii de unități pentru majoritatea feromagneților la temperaturi obișnuite.

Monocristalele feromagnetilor sunt anizotropice în ceea ce privește proprietățile magnetice. În fiecare cristal unic, există una sau mai multe direcții de-a lungul cărora susceptibilitatea magnetică este deosebit de mare. Există direcții în care cristalul este slab magnetizat. Trebuie remarcat faptul că, dacă o substanță feromagnetică constă din mici policristaline, atunci este izotropă.

Pentru feromagneți, există o anumită temperatură în timpul tranziției prin care substanța efectuează o tranziție de fază de ordinul doi. Această temperatură se numește temperatura Curie ($ T_k $) (sau punctul Curie). Substanța la o temperatură sub punctul Curie este un feromagnet și la o temperatură deasupra punctului Curie devine un paramagnet. În acest caz, susceptibilitatea magnetică în vecinătatea punctelor Curie respectă legea Curie-Weiss:

unde $ C $ este o constantă în funcție de tipul de substanță.

Structura de domeniu a unui feromagnet

A fost obținută experimental de Einstein că feromagnetismul este cauzat de rotirea electronilor. Ferromagneții au magnetizare spontană atunci când nu există câmp extern, dar sub influența cauzelor interne, rotirea electronilor tind să se orienteze într-o direcție generală. Dar întregul feromagnet ca întreg nu poate fi favorizat din punct de vedere magnetic.

Prima teorie cantitativă care descrie proprietățile feromagneți a fost dezvoltat de către Weiss în 1907. La prima vedere, în teoria sa magnetizării spontane este în contradicție cu faptul că, chiar și la temperaturi sub punctul Curie al unor materiale feromagnetice, de obicei, nu magnetizate, deși există magneți permanenți. Weiss elimina această contradicție, atunci când a introdus ipoteza că feromagneți sub punctul Curie magnetic împărțit în mai multe regiuni mici macroscopice. Fiecare regiune este magnetizată spontan. Astfel de domenii se numesc domenii. În condiții normale, direcția domeniilor este haotică. Corpul ca întreg nu este magnetizat. Atunci când un câmp extern, domeniile orientate de-a lungul câmpului să crească în detrimentul domeniilor care sunt orientate antiparalel la câmp, este deplasarea limitelor de domeniu. În câmpuri slabe, o astfel de deplasare este reversibilă. În domenii puternice, domeniile sunt reorientate în întregul domeniu. Procesul dobândește un caracter ireversibil, există un fenomen de histerezis și magnetizare reziduală.

Domeniul "dezintegrare" este benefic din punct de vedere energetic. Când feromagnetul este fragmentat în domenii și apar domenii cu orientări diferite, câmpul magnetic generat de feromagnet este slăbit. Energia corespunzătoare devine mai mică. Energia interacțiunii de schimb a electronilor nu se schimbă pentru toți electronii, cu excepția electronilor la limitele domeniului (așa-numita energie de suprafață). Se dezvoltă din cauza orientărilor diferite ale rotirilor electronilor din domeniile învecinate. Divizarea domeniului se termină atunci când suma energiei magnetice și a schimbului ajunge la un nivel minim. Condiția minimă determină și dimensiunea domeniilor. Structura domeniului de ferromagneți a fost dovedită empiric.

Limitele domeniului

Deci, pentru a minimiza energia câmpului magnetic, este benefică reducerea dimensiunii domeniului. Totuși, acest lucru este împiedicat de necesitatea consumului de energie pentru formarea limitelor între domenii, deoarece magnetizarea pe diferite laturi ale limitei are o direcție diferită. Limita are o grosime finită, în care magnetizarea își schimbă treptat direcția de orientare într-un domeniu spre orientarea în domeniul învecinat.

Peretele domeniilor este clasificat prin caracteristicile rotației vectorului de magnetizare. În cazul în care componenta vectorului de magnetizare perpendicular (față de perete) nu se schimbă în timpul rotației, acesta este peretele Bloch. (Se spune că în peretele Bloch, rotația are loc într-un plan paralel cu peretele). Dacă schimbarea în direcția vectorului de magnetizare are loc cu o schimbare a componentei perpendiculare, atunci peretele poartă numele de Neel.

Articole similare

• Structura domeniului și anizotropia magnetică a feromagneților - stadopedia

• Structura și scorurile lui oge în matematică 2019, curba timp-călătorie

• Structura, sarcinile și funcțiile Serviciului de securitate aeriană

Trimiteți-le prietenilor: