15 własności magnet mater (2)

background image

1

Własności magnetyczne

materii

Najprostsz

ą

„struktur

ą

magnetyczn

ą

” s

ą

magnetyczne

dipole

.

Kompas, Chiny

220 p.n.e

Fe

3

O

4

Dipole magnetyczne

background image

2

Ź

ródłem magnetyzmu substancji s

ą

atomowe momenty magnetyczne

Elektron kr

ążą

cy wokół j

ą

dra w atomie posiada magnetyczny

moment dipolowy zwi

ą

zany z orbitalnym momentem p

ę

du

L

.

L

m

e

2

µ

e

=

Podobnie jak z orbitalnym momentem p

ę

du elektronu

równie

ż

z jego spinem zwi

ą

zany jest moment

magnetyczny tzw. spinowy moment magnetyczny.

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

Własno

ś

ci magnetyczne ciał s

ą

okre

ś

lone przez zachowanie si

ę

elementarnych

momentów (dipoli)

magnetycznych w polu magnetycznym.

Przy opisie własno

ś

ci magnetycznych ciał posługujemy si

ę

poj

ę

ciem wektora

polaryzacji magnetycznej

M nazywanej te

ż

namagnesowaniem lub magnetyzacj

ą

.

Wektor ten okre

ś

la sum

ę

wszystkich momentów magnetycznych, czyli wypadkowy

moment magnetyczny jednostki obj

ę

to

ś

ci.

V

=

µ

M

M

M

M

Je

ż

eli próbk

ę

zawieraj

ą

c

ą

elementarne dipole magnetyczne umie

ś

cimy w

jednorodnym polu magnetycznym o indukcji B

0

to pole to d

ąż

y do ustawienia dipoli

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

0

0

0

B

B

B

r

µ

µ

=

+

=

M

M

M

M

χ

µ

µ

+

=

+

=

1

1

0

0

B

M

r

wielko

ść

χ

nazywana jest podatno

ś

ci

ą

magnetyczn

ą

background image

3

Diamagnetyzm

…… jest zwi

ą

zany z orbitalnym momentem magnetycznym elektronu w atomie.

-B|| L i zwroty B i L zgodne

: Siła dośrodkowa wzrasta więc wzrasta prędkość elektronu i prąd spowodowany jego

ruchem po orbicie. Wzrasta więc orbitalny moment magnetyczny,

µµµµ

orb

o kierunku przeciwnym do pola

B

.

- B|| L i zwroty B i L przeciwne

: Siła dośrodkowa maleje więc maleje prędkość elektronu i prąd spowodowany jego

ruchem po orbicie. Maleje więc orbitalny moment magnetyczny,

µµµµ

orb

o kierunku zgodnym z polem

B

.

B

0

||z

Własno

ś

ci magnetyczne ciał

r

mv

r

e

k

2

2

2

=

W nieobecności pola magnetycznego elektron porusza się po
orbicie pod wpływem siły dośrodkowej

elektrostatyczne

przyciąganie electronu i jądra siłą Coulomba :

W obecności pola magnetycznego, (np..:

B||z, zwroty B i L

zgodne)

dodatkowy przyczynek do siły dośrodkowej od pola

B

:

r

mv

ev

B

r

e

k

2

0

2

2

=

+

Materiały diamagnetyczne s

ą

wypychane z pól magnetycznych – zgodnie z reguł

ą

Lentza.

Ś

cisłe wytłumaczenie diamagnetyzmu wynika z mechaniki kwantowej (rozpatruje si

ę

precesj

ę

momentu magnetycznego elektronu w polu

B)

W nieobecno

ś

ci zewn

ę

trznego pola, orbitalne momenty magnetyczne maj

ą

przypadkowe kierunki

(namagnesowanie

M

=0)

, ale obecno

ść

zewn

ę

trznego pola prowadzi do zmiany tych momentów,

która to zmiana stara si

ę

skompensowa

ć

obecno

ść

zewn

ę

trznego pola

(

M

<0).

1

<

r

µ

0

<

χ

Diamagnetyzm jest bardzo słabym efektem obserwowanym w atomach o parzystej liczbie
elektronów (gazy szlachetne oraz np. bizmut, krzem, cynk, magnez, złoto, mied

ź

, fosfor,

grafit, woda).

Nadprzewodniki mo

ż

na traktowa

ć

jako doskonałe diamagnetyki (

χ

= −1), poniewa

ż

wypieraj

ą

linie pola magnetycznego (efekt Meissnera).

Paramagnetyzm

…. jest głównie zwi

ą

zany ze spinowym momentem

magnetycznym elektronu w atomie.

namagnesowanie

M

=0

W paramagnetykach atomowe momenty magnetyczne
słabo oddziaływuj

ą

.

W nieobecno

ś

ci zewn

ę

trznego pola, spiny ró

ż

nych

atomów maja przypadkowe orientacje

background image

4

B

µ

Moment magnetyczny w polu

B

0

doznaje działania momentu sił:

B

µ

M

×

=

Moment sił stara si

ę

uporz

ą

dkowa

ć

go zgodnie z

kierunkiem pola (przeszkadzaj

ą

ruchy termiczne)

W obecno

ś

ci pola porz

ą

dkuj

ą

si

ę

tworz

ą

c wypadkowy

moment magnetyczny, którego kierunek jest zgodny z
kierunkiem zewn

ę

trznego pola

B

0

.

Paramagnetykami s

ą

ciała, których atomy posiadaj

ą

wypadkowy moment magnetyczny

ż

ny od zera.

Np. atomy o nieparzystej liczbie elektronów, w których wypadkowy spin elektronów
b

ę

dzie zawsze wi

ę

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

Dla paramagnetyków

χ ≈

10

-9

– 10

-3

, a

µ ≈

1.

1

>

r

µ

0

>

χ

namagnesowanie

M

0

Ferromagnetyzm

....silnie oddziaływuj

ą

ce atomowe momenty magnetyczne

Momenty magnetyczne lokalnie porz

ą

dkuj

ą

si

ę

wzajemnie(równoległe uło

ż

enie).

Ferromagnetyzm jest zwi

ą

zany z silnym oddziaływaniem

wymiennym jakie wyst

ę

puje pomi

ę

dzy spinowymi

momentami magnetycznymi atomów. Ferromagnetyzm jest
wi

ę

c własno

ś

ci

ą

kryształów

, a nie pojedynczych atomów

(

ż

elazo Fe, kobalt Co, nikiel Ni, gadolin Gd).

Momenty magnetyczne w wyniku oddziaływania
wymiennego, ustawiaj

ą

si

ę

równolegle do siebie

w du

ż

ych obszarach kryształu zwanych

domenami.

Ka

ż

da domena jest wi

ę

c całkowicie

magnetycznie uporz

ą

dkowana.

Natomiast kierunki momentów magnetycznych
poszczególnych domen s

ą

ż

ne i próbka jako

cało

ść

mo

ż

e nie mie

ć

wypadkowego

namagnesowania

(

M

=0)

.

Ni

background image

5

W nieobecno

ś

ci zewn

ę

trznego

B

0

momenty magnetyczne domen s

ą

nieuporz

ą

dkowane

W obecno

ś

ci zewn

ę

trznego

B

0

momenty

magnetyczne domen porz

ą

dkuj

ą

si

ę

zgodnie z polem

Wi

ę

ksze pola sprzyjaj

ą

powstawaniu wi

ę

kszych domen:

χ

~ 1∼10

4

1

>>

r

µ

0

>>

χ

obszar paramagnetyczny:
wysokie temperatury
(powy

ż

ej temperatury Curie)

obszar ferromagnetyczny:
niskie temperatury
(poni

ż

ej temperatury Curie)

wzrost T

Ferromagnetyki w T pokojowej:

ż

elazo Fe

T

C

=1043 K

kobalt Co

T

C

=1388 K

nikiel Ni

T

C

=627K

gadolin Gd

T

C

=292 K

M

T

T

C

background image

6

Zewn

ę

trzne pole magnetyczne B

0

porz

ą

dkuje

momenty magnetyczne w obszarze
ferromagnetycznym

B

B = 0

B

B

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

ść

magnetyczna

(d) pole koercji
(e) namagnesowanie nasycenia

Magnesowanie materiałów magnetycznych -
p

ę

tla histerezy

(b)

(c)

(d)

(e)


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Materiały magnetycznie miękkie badania wybranych własności magnetycznych
IMIR własności magnetyczne materii
Badanie podstawowych własności magnetycznych materiałów ferromagnetycznych, Politechnika Lubelska, S
Ferromagnetyki są materiałami o silnych własnościach magnetycznych
6IMIR wlasnosci magnetyczne mat Nieznany (2)
IMIR własności magnetyczne
własności magnetyczne, Własnosci, Opracował :Marcin Zając
6IMIR własności magnetyczne materii
IMIR własności magnetyczne
15 Pole magnetyczne gr poprawa IIA
IMIR własności magnetyczne materii
15 Magnetyczne wlasciwosci materii
Prezentacja pole magnetyczne 15 11 10r
Badanie Własności Materiałów Magnetycznych, Elektrotechnika AGH, Semestr III zimowy 2013-2014, semes
Badanie Własności Materiałów Magnetycznych, I Semestr - Materialoznawstwo - sprawozdania

więcej podobnych podstron