IMIR własności magnetyczne


Własności magnetyczne
materii
Dipole magnetyczne
NajprostszÄ…  strukturÄ… magnetycznÄ… sÄ… magnetyczne
dipole.
Kompas, Chiny
Fe3O4
220 p.n.e
1
yródłem magnetyzmu substancji są atomowe momenty magnetyczne
Elektron krążący wokół jądra w atomie posiada magnetyczny
moment dipolowy związany z orbitalnym momentem pędu L.
e e 2Ä„ r e
öÅ‚
µ = IS = Ä„ r2 = Å"ëÅ‚ m Å" r = Å" mv Å" r
( )
ìÅ‚ ÷Å‚
T 2m T 2m
íÅ‚ Å‚Å‚
e
µe = - L
2m
Podobnie jak z orbitalnym momentem pędu elektronu
również z jego spinem związany jest moment
magnetyczny tzw. spinowy moment magnetyczny.
Moment magnetyczny atomu to suma jego momentów magnetycznych orbitalnych i
spinowych.
Własności magnetyczne ciał są określone przez zachowanie się elementarnych
momentów (dipoli) magnetycznych w polu magnetycznym.
Przy opisie własności magnetycznych ciał posługujemy się pojęciem wektora
polaryzacji magnetycznej M nazywanej też namagnesowaniem lub magnetyzacją .
Wektor ten określa sumę wszystkich momentów magnetycznych, czyli wypadkowy
moment magnetyczny jednostki objętości.
"µ
M =
M
M
M
V
Jeżeli próbkę zawierającą elementarne dipole magnetyczne umieścimy w
jednorodnym polu magnetycznym o indukcji B0 to pole to dąży do ustawienia dipoli
w kierunku pola i w efekcie powstaje w próbce wypadkowe pole o indukcji
M
B = B0 + µ0M = µrB0
M
M
M
µr = 1+ µ0 = 1+ Ç
B0
Ç- podatność magnetyczna
µr - wzglÄ™dna przenikalność magnetyczna oÅ›rodka
µ0 - przenikalność magnetyczna próżni
2
Własności magnetyczne ciał
Diamagnetyzm
ZewnÄ™trzne pole magnetyczne wpÅ‚ywa na ruch elektronów (F = -ev×B). Zmiana ta
zależy od kierunku ruchu elektronu względem pola B i nie jest jednakowa dla
wszystkich elektronów. Diamagnetyzm występuje w każdym materiale umieszczonym
w polu magnetycznym (w każdym materiale są elektrony).
W nieobecności zewnętrznego pola, orbitalne momenty magnetyczne mają
przypadkowe kierunki (namagnesowanie M=0), ale obecność zewnętrznego pola
prowadzi do zmiany tych momentów (wskutek zmian prądów związanych z ruchem
elektronów w każdym atomie), która to zmiana stara się skompensować obecność
zewnętrznego pola (M <0). Podobnie jak w przypadku reguły przekory.
W zewnętrznym polu magnetycznym B zostaje wyindukowany moment magnetyczny, o
zwrocie przeciwnym do B.
Ç < 0
µr < 1
Materiały diamagnetyczne są wypychane z pól magnetycznych.
Ścisłe wytłumaczenie diamagnetyzmu wynika z mechaniki kwantowej (rozpatruje się
precesjÄ™ momentu magnetycznego elektronu w polu B)
Diamagnetyzm mozna zaobserwować
tylko w ciałach, w których momenty
magnetyczne elektronów
wchodzących w skład danego atomu
znoszÄ… siÄ™ wzajemnie (kompensujÄ…)
tak, że moment magnetyczny atomu
jest równy zeru (gazy szlachetne oraz
np. bizmut, krzem, cynk, magnez,
złoto, miedz, fosfor, grafit, woda).
Nadprzewodniki można traktować jako doskonaÅ‚e diamagnetyki ( Ç = -1), ponieważ
wypierajÄ… linie pola magnetycznego (efekt Meissnera).
Paramagnetyzm
& . jest głównie związany ze spinowym momentem
magnetycznym elektronu w atomie.
W paramagnetykach atomowe momenty magnetyczne
słabo oddziaływują.
namagnesowanie
W nieobecności zewnętrznego pola, spiny różnych
M =0
atomów maja przypadkowe orientacje.
3
Moment magnetyczny w polu B0 doznaje działania momentu sił:
M = µ × B
B
Moment sił stara się uporządkować go zgodnie z
kierunkiem pola (przeszkadzajÄ… ruchy termiczne)
µ
W obecności pola porządkują się tworząc wypadkowy
moment magnetyczny, którego kierunek jest zgodny z
kierunkiem zewnętrznego pola B0.
Paramagnetykami są ciała, których atomy posiadają wypadkowy moment magnetyczny
różny od zera (np. mangan Mn, platyna Pt, wolfram W, tlen O).
Ç > 0
µr > 1
Dla paramagnetyków Ç H" 10-9  10-3, a µr H" 1.
Ferromagnetyzm
....silnie oddziaływujące atomowe momenty magnetyczne
Momenty magnetyczne lokalnie porzÄ…dkujÄ… siÄ™
wzajemnie(równoległe ułożenie).
Ferromagnetyzm jest związany z silnym oddziaływaniem
jakie występuje pomiędzy spinowymi momentami
magnetycznymi atomów. Ferromagnetyzm jest więc
własnością kryształów, a nie pojedynczych atomów
(pierwiastki: żelazo Fe, kobalt Co, nikiel Ni, oraz pierwiastki
namagnesowanie
ziem rzadkich: gadolin Gd, terb Tb, dysproz Dy, holm Ho,
M`"0
erb Er.
Momenty magnetyczne w wyniku oddziaływania
wymiennego, ustawiają się równolegle do siebie
w dużych obszarach kryształu zwanych
domenami. Każda domena jest więc całkowicie
magnetycznie uporzÄ…dkowana.
Natomiast kierunki momentów magnetycznych
poszczególnych domen są różne i próbka jako
całość może nie mieć wypadkowego
Ni
namagnesowania (M =0).
4
W nieobecności zewnętrznego B0
W obecności zewnętrznego B0 momenty
momenty magnetyczne domen sÄ…
magnetyczne domen porzÄ…dkujÄ… siÄ™
nieuporzÄ…dkowane
zgodnie z polem
Pole magnetyczne sprzyja powstawaniu większych domen:
Ç >> 0
µr >> 1
Ç ~ 1<"104
wzrost T
obszar ferromagnetyczny:
obszar paramagnetyczny:
niskie temperatury
wysokie temperatury
(poniżej temperatury Curie)
(powyżej temperatury Curie)
Ferromagnetyki w T pokojowej:
M
żelazo Fe TC=1043 K
kobalt Co TC=1388 K
nikiel Ni TC=627K
gadolin Gd TC=292 K
T
TC
5
Magnesowanie materiałów magnetycznych - pętla
histerezy
Zewnętrzne pole magnetyczne B0 porządkuje
momenty magnetyczne w obszarze
ferromagnetycznym
(a) materiał nienamagnesowany
(b) namagnesowanie nasycenia
(c) pozostałość magnetyczna
(d) pole koercji
(e) namagnesowanie nasycenia
B
M
M M M
M0
M0 M0 M0
Bzewn
Bzewn Bzewn Bzewn
-
- - -
M0
M0 M0 M0
materiały magnetyczne:
Magnesy miękkie (małe pole koercji,
B = B0 + µ0M = µrB0
M
M
M
µr=104  106): stal niskowÄ™glowa (ferrytyczna),
H = B0 / µ0
stal krzemowa (Fe-Si), stopy żelazo-nikiel
(permalloy Ni-Fe, superpermaloy Ni-Fe-Mo-Mn),
ferryty (słabo przewodzą prąd  brak prądów
wirowych) .
H2
W =
+"BdH
H1
Magnesy półtwarde (małe pole koercji)
napylane warstwy magnetyczne, dyski
Magnesy trwałe (twarde  duże pole koercji,
magnetyczne (Fe2O3 + Co) , taśmy
pozostałość magnetyczna ~1T):
magnetyczne CrO2 , Fe2O3 )
" alnico - wykonane ze związków glinu, niklu i
kobaltu (Al-Ni-Co),
" spiekane proszki na bazie ziem rzadkich
(neodymowe Nd2Fe14B, samarowo-kobaltowe
SmCo5),
" magnesy niemetaliczne, zbudowane z
polimerów zawierających nikiel.
ferryty : ceramiki, spiekane proszki Fe2O3 z tlenkami metali (MnO, CuO, NiO, MgO) mogÄ…
być zarówno miękkie jak i twarde. Słabo przewodzą prąd i są ferrimagnetykami.
6


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
IMIR własności magnetyczne materii
15 własności magnet mater
ĆWICZENIE 11 Własności magnetyczne
Materiały magnetycznie miękkie badania wybranych własności magnetycznych
15 własności magnet mater (2)
11 IMIR przykłady pole magnetyczneid428
IMIR materiały pole magnetyczne
Wykład 26 magnetyczne własności materii
IMiR NM2 Introduction to MATLAB
REZONANS MAGNETYCZNY
4 magneto (3)
35 Badanie pętli histerezy magnetycznej ferromagnetyków i ferrytów przy użyciu oscyloskopu
Sztuka bycia yjnym Sekrety osobistego magnetyzmu

więcej podobnych podstron