15_16_własności_magnetyczne

ródłem magnetyzmu substancji s

atomowe momenty magnetyczne

Elektron kr

ążą

cy wokół j

dra w atomie posiada magnetyczny

moment dipolowy zwi

zany z orbitalnym momentem p

−

Podobnie jak z orbitalnym momentem p

du elektronu

równie

z jego spinem zwi

zany jest moment

magnetyczny tzw. spinowy moment magnetyczny.

Moment magnetyczny atomu to suma jego momentów magnetycznych orbitalnych i
spinowych.

Własno

ci magnetyczne ciał s

okre

lone przez zachowanie si

elementarnych

momentów (dipoli)

magnetycznych w polu magnetycznym.

( )





⋅

⋅ =

⋅









Przy opisie własno

ci magnetycznych ciał posługujemy si

poj

ciem wektora

polaryzacji magnetycznej

M nazywanej te

namagnesowaniem lub magnetyzacj

Wektor ten okre

la sum

wszystkich momentów magnetycznych, czyli wypadkowy

moment magnetyczny jednostki obj

ci.

∑

eli próbk

zawieraj

elementarne dipole magnetyczne umie

cimy w

jednorodnym polu magnetycznym o indukcji B

to pole to d

ąż

y do ustawienia dipoli

w kierunku pola i w efekcie powstaje w próbce wypadkowe pole o indukcji

- podatno

ść

magnetyczna

- wzgl

dna przenikalno

ść

magnetyczna o

rodka

- przenikalno

ść

magnetyczna pró

Diamagnetyzm

Własno

ci magnetyczne ciał

Materiały diamagnetyczne s

wypychane z pól magnetycznych.

cisłe wytłumaczenie diamagnetyzmu wynika z mechaniki kwantowej (rozpatruje si

precesj

momentu magnetycznego elektronu w polu

W nieobecno

ci zewn

trznego pola, orbitalne momenty magnetyczne maj

przypadkowe kierunki

(namagnesowanie

=0)

, ale obecno

ść

zewn

trznego pola

prowadzi do zmiany tych momentów (wskutek zmian pr

dów zwi

zanych z ruchem

elektronów w ka

dym atomie), która to zmiana stara si

skompensowa

obecno

ść

zewn

trznego pola

(

<0).

Podobnie jak w przypadku reguły przekory.

W zewn

trznym polu magnetycznym B zostaje wyindukowany moment magnetyczny, o

zwrocie przeciwnym do B.

Zewn

trzne pole magnetyczne wpływa na ruch elektronów (F = −ev×B). Zmiana ta

zale

y od kierunku ruchu elektronu wzgl

dem pola B i nie jest jednakowa dla

wszystkich elektronów. Diamagnetyzm wyst

puje w ka

dym materiale umieszczonym

w polu magnetycznym (w ka

dym materiale s

elektrony).

Paramagnetyzm

…. jest głównie zwi

zany ze spinowym momentem

magnetycznym elektronu w atomie.

namagnesowanie

W paramagnetykach atomowe momenty magnetyczne
słabo oddziaływuj

W nieobecno

ci zewn

trznego pola, spiny ró

nych

atomów maja przypadkowe orientacje.

Diamagnetyzm mozna zaobserwowa

tylko w ciałach, w których momenty
magnetyczne elektronów
wchodz

cych w skład danego atomu

znosz

wzajemnie (kompensuj

)

tak,

e moment magnetyczny atomu

jest równy zeru (gazy szlachetne oraz
np. bizmut, krzem, cynk, magnez,
złoto, mied

, fosfor, grafit, woda).

Nadprzewodniki mo

na traktowa

jako doskonałe diamagnetyki (

= −1), poniewa

wypieraj

linie pola magnetycznego (efekt Meissnera).

Moment magnetyczny w polu

doznaje działania momentu sił:

Moment sił stara si

uporz

dkowa

go zgodnie z

kierunkiem pola (przeszkadzaj

ruchy termiczne)

W obecno

ci pola porz

dkuj

tworz

c wypadkowy

moment magnetyczny, którego kierunek jest zgodny z
kierunkiem zewn

trznego pola

Paramagnetykami s

ciała, których atomy posiadaj

wypadkowy moment magnetyczny

ró

ny od zera (np. mangan Mn, platyna Pt, wolfram W, tlen O).

Dla paramagnetyków

≈

-9

– 10

-3

, a

≈

namagnesowanie

≠

Ferromagnetyzm

....silnie oddziaływuj

ce atomowe momenty magnetyczne

Momenty magnetyczne lokalnie porz

dkuj

wzajemnie(równoległe uło

enie).

Ferromagnetyzm jest zwi

zany z silnym oddziaływaniem

jakie wyst

puje pomi

dzy spinowymi momentami

magnetycznymi atomów. Ferromagnetyzm jest wi

własno

kryształów

, a nie pojedynczych atomów

(pierwiastki:

elazo Fe, kobalt Co, nikiel Ni, oraz pierwiastki

ziem rzadkich: gadolin Gd, terb Tb, dysproz Dy, holm Ho,
erb Er.

Momenty magnetyczne w wyniku oddziaływania
wymiennego, ustawiaj

równolegle do siebie

w du

ych obszarach kryształu zwanych

domenami.

da domena jest wi

c całkowicie

magnetycznie uporz

dkowana.

Natomiast kierunki momentów magnetycznych
poszczególnych domen s

ró

ne i próbka jako

cało

ść

e nie mie

wypadkowego

namagnesowania

(

=0)

W nieobecno

ci zewn

trznego

momenty magnetyczne domen s

nieuporz

dkowane

W obecno

ci zewn

trznego

momenty

magnetyczne domen porz

dkuj

zgodnie z polem

ksze pola sprzyjaj

powstawaniu wi

kszych domen:

~ 1∼10

obszar paramagnetyczny:
wysokie temperatury
(powy

ej temperatury Curie)

obszar ferromagnetyczny:
niskie temperatury
(poni

ej temperatury Curie)

wzrost T

Ferromagnetyki w T pokojowej:

elazo Fe

=1043 K

kobalt Co

=1388 K

nikiel Ni

=627K

gadolin Gd

=292 K

Zewn

trzne pole magnetyczne B

porz

dkuje

momenty magnetyczne w obszarze
ferromagnetycznym

(a)  materiał nienamagnesowany
(b)  namagnesowanie nasycenia
(c)  pozostało

ść

magnetyczna

(d) pole koercji
(e) namagnesowanie nasycenia

Magnesowanie materiałów magnetycznych -
p

tla histerezy

= 0

(b)

(c)

(d)

(e)

materiały magnetyczne:

∫

BdH

Magnesy miękkie (małe pole koercji,
µ

=10

–

stal niskowęglowa (ferrytyczna),

stal krzemowa (Fe-Si), stopy żelazo-nikiel
(permalloy Ni-Fe, superpermaloy Ni-Fe-Mo-Mn),
ferryty (słabo przewodzą prąd – brak prądów
wirowych) .

ferryty : ceramiki, spiekane proszki Fe

z tlenkami metali (MnO, CuO, NiO, MgO) mogą

być zarówno miękkie jak i twarde. Słabo przewodzą prąd i są

ferrimagnetykami

Magnesy trwałe (twarde – duże pole koercji,
pozostałość magnetyczna ~1T):

•

alnico - wykonane ze związków glinu, niklu i

kobaltu (Al-Ni-Co),

•

spiekane proszki na bazie ziem rzadkich

(neodymowe Nd

B, samarowo-kobaltowe

SmCo

•

magnesy niemetaliczne, zbudowane z

polimerów zawierających nikiel.

Magnesy półtwarde (małe pole koercji

)

napylane warstwy magnetyczne, dyski
magnetyczne (Fe

+ Co) , taśmy

magnetyczne CrO

, Fe

)