• CZĘŚĆ TEORETYCZNA

Namagnesowanie M zdefiniowane jest jako moment magnetyczny na jednostkę objętości substancji

,

gdzie V jest objętością ośrodka. Jednostką jest [A/m]. Namagnesowany ośrodek wytwarza swoje własne pole magnetyczne. Jeśli na rozpatrywany układ działa zewnętrzne pole magnetyczne o natężeniu
, to wewnątrz materiału działa suma pól wewnętrznego i zewnętrznego dając nową wielkość zwaną indukcją pola magnetycznego
, którą mierzymy w teslach

,

gdzie
oznacza przenikalność magnetyczną próżni.

Podatnością magnetyczną κ materiału nazywamy wielkość

κ=

Wykorzystując tę wielkość można zapisać, że

,

gdzie
oznacza tzw. względną przenikalność magnetyczną danej substancji.

Materiały magnetyczne klasyfikuje się zgodnie z wartościami podatności magnetycznej κ i sposobem, w jaki zmieniają się one wraz ze zmianą pola magnetycznego i temperatury. Ogólnie ośrodki materialne dzielimy na diamagnetyki, paramagnetyki, ferromagnetyki, antyferromagnetyki i ferrimagnetyki.

Diamagnetyzm

W przypadku materiałów diamagnetycznych wypadkowy moment magnetyczny powłok elektronowych równa się zeru. Dopiero działanie zewnętrznego pola magnetycznego indukuje w nich moment magnetyczny o zwrocie przeciwnym do wektora natężenia pola magnetycznego. Materiały diamagnetyczne mają ujemną wartość podatności magnetycznej (κ < 0) rzędu 10^-5 , niemal niezależną od temperatury.

Paramagnetyzm

Paramagnetyzmem nazywamy zjawisko magnesowania się ciał w zewnętrznym polu magnetycznym w kierunku zgodnym z tym polem. W węższym znaczeniu za paramagnetyki uważa się ciała, w których brak jest silnych wzajemnych oddziaływań orientujących momenty magnetyczne atomów lub molekuł. Ich podatność magnetyczna jest niewielka, rzędu 10^-3, 10^-6, lecz dodatnia (κ > 0). Paramagnetykami są taki gazy, jak O₂ i NO.

Ferromagnetyzm

Atomy pierwiastków ferromagnetycznych mają dużą podatność magnetyczną, która silnie zależy od natężenia pola magnetycznego. Do pierwiastków ferromagnetycznych należą: Fe, Co, Ni, pierwiastki ziem rzadkich: Gd, Dy, Sm, Eu, Ho, Tb.

Ferromagnetyzm występuje przeważnie w ciałach krystalicznych, ale istnieją również ferromagnetyczne amorficzne ciała stałe. Na to, aby substancja mogła być ferromagnetykiem, musi być spełniony warunek:
> 1,5, gdzie d oznacza stała sieci krystalicznej, R - promień orbity elektronu z nieskompensowanym spinem. Gdy warunek ten jest spełniony, orbity elektronów przenikają się wzajemnie i pojawia się oddziaływanie, które przyczynia się do powstania pola oddziaływania międzycząsteczkowego.

Na podstawie faktów doświadczalnych została sformułowana przez Weissa i Heisenberga współczesna teoria ferromagnetyzmu. Zgodnie z tą teorią, materiały ferromagnetyczne składają się z dużej liczby małych obszarów, zwanych domenami, przy czym w każdej z nich spiny są ustawione w szeregi w tym samym kierunku tak, że wypadkowe namagnesowanie danej domeny ma wartość maksymalną dla danego materiału i temperatury. Granice między domenami (tzw. ścianki Blocha) mają postać obszarów, w których kierunek spinów znajdujących się tam elektronów ulega zmianie.

Gdy pole magnetyczne jest słabe, to powiększają swą objętość domeny magnetyczne, w których kierunek spontanicznego namagnesowania jest najbardziej zbliżony do kierunku zewnętrznego pola magnetycznego.

Powierzchnia pola obejmowanego pętlą histerezy magnetycznej jest równa energii W potrzebnej na przemagnesowanie jednostki objętości próbki przy jednym „obiegu” pętli przemagnesowania

W =

W praktyce przyjęto obliczać straty energii związane z przemagnesowaniem na jednostkę masy próbki. Temperaturowa zależność przydatności magnetycznej ferromagnetyków jest opisana prawem Curie - Weissa.

Antyferromagnetyzm

W przypadku materiałów antyferromagnetycznych warunek minimalizacji energii prowadzi do wniosku, że spinowe momenty magnetyczne elektronów w tych materiałach są skierowane przeciwnie. Do tej klasy materiałów należy szereg zwiążków: żelaza ( FeS₂, FeS-FeS₂ ), chromu ( Cr₂O₃, NiCr, CrS-CrS₂ ), manganu ( MnO, MnS ), wanadu VO₂.

Ferrimagnetyzm

Do materiałów ferrimagnetycznych (tzw. ferrytów) należą grupy tlenków żelaza, o ogólnym wzorze MO*Fe₂O₃, gdzie M oznacza metal dwuwartościowy, taki jak Mn²⁺, Fe²⁺, Co²⁺, Ni2+, Cu²⁺, Mg²⁺, Cd²⁺. Typowym ferrytem jest magnetyt Fe₃O₄ lub FeO*Fe₂O₃. Zastępując dwuwartościowe żelazo w związku Fe₃O₄ innymi jonami dwuwartościowymi uzyskuje się ferryty, charakteryzujące się różnym namagnesowaniem wewnętrznym. Związki te tworzą kryształy jonowe.

Wielką zaletą ferrytów jest ich duży opór właściwy.

---