Wstęp teoretyczny

Właściwości magnetyczne każdej substancji charakteryzuje współczynnik przenikalności magnetycznej μ, zwany krócej przenikalnością magnetyczną. Dla próżni definiuje się: μ=1. Pomiar przenikalności magnetycznej μ dostarcza istotnych informacji o budowie atomów danej substancji. Jeżeli suma momentów magnetycznych orbitalnych i spinowych atomów danej substancji jest równa zeru, to wykazuje ona przenikalność magnetyczną μ nieco mniejszą od jedności. Substancje takie nazywamy diamagnetykami. Jeśli atomy posiadają trwały moment magnetyczny, to przenikalność magnetyczna jest nieco większa od jedności, a substancje takie nazywamy paramagnetykami. W niektórych kryształach pierwiastków (np. żelaza, kobaltu, niklu, gadolinu) i niektórych związków obserwuje się sprzężenie momentów magnetycznych, przejawiające się w jednakowym ukierunkowaniu momentów magnetycznych sąsiednich atomów w dość dużych obszarach wewnątrz kryształu, które nazywamy domenami magnetycznymi. Przenikalność magnetyczna takich substancji, zwanych ferromagnetykami jest dużo większa od jedności i może nawet przekroczyć wartość rzędu 10⁴ . substancje takie są szeroko wykorzystywane w technice, od transformatorów począwszy, a na pamięciach magnetycznych kończąc.

Bardzo ciekawą cechą ferromagnetyków jest to, że stan o dużej wartości μ może istnieć tylko poniżej pewnej temperatury, zwanej temperaturą Curie T_C. Temperatury Curie dla różnych ferromagnetyków są różne. Dla gadolinu wynosi ona 289K. Powyżej T_C zachodzi gwałtowny spadek przenikalności magnetycznej μ od dużej wartości typowej dla ferromagnetyków do wartości niewiele większej od jedności, charakterystycznej dla paramagnetyków. Zmiany te w obszarze paramagnetycznym opisuje prawo Curie - Weissa, które ma postać:

Gdzie C jest stałą materiałową, zwaną stała Curie.

Wyznaczenie przenikalności magnetycznej μ substancji polega na porównaniu indukcyjności własnej L zwojnicy wypełnionej daną substancją, z samoindukcją zwojncy umieszczonej w próżni.

Jeżeli zwiększymy a następnie zmniejszymy natężenie prądu płynącego w toroidzie, krzywe namagnesowania dla ferromagnetyków nie pokrywają się ze sobą w obu tych przypadkach.

Na rysunku przedstawione jest doświadczenie gdzie można zaobserwować krzywą histerezy.

Biorąc żelazo nie namagnesowane pkt. a zwiększamy prąd w toroidzie, aż do osiągnięcia przez Bo wartości odpowiadającej punktowi b. Zmniejszamy prąd w toroidzie wracając do zera pkt. c. Zmniejszamy kierunek prądu i zwiększmy jego natężenie, aż do osiągnięcia pkt. d. Zmniejszamy prąd do zera pkt. e. Zmieniamy jeszcze raz kierunek prądu i dochodzimy znowu do pkt. b. Fakt niepowtarzalności przebiegu, widoczny na rysunku nazywamy histerezą.

---