Img00287

291

5.18. W rzeczywistych materiałach paramagnetycznych nie można rozdzielić wpływów efektów paramagnetycznych i diamagnetycznych na wartość podatności magnetycznej. Działają one w przeciwnych kierunkach, sumując się z przeciwnymi znakami. W mierzonej wartości podatności magnetycznej zawarty jest udział efektu diamagnetycznego.

Materiały paramagnetyczne charakteryzują się dodatnimi, bliskimi zeru wartościami podatności magnetycznej. Dla wielu zastosowań inżynierskich można przyjąć, że podatność magnetyczna materiałów paramagnetycznych jest równa zeru.

Materiały ferromagnetyczne

5.19. Istnieje grupa materiałów, należą do niej przede wszystkim Fe, Ni i Co, która charakteryzuje się szczególnie wysoką wartością podatności magnetycznej, wiele rzędów wyższą niż podatność materiałów paramagnetycznych. Materiały te nazwano materiałami ferromagnetycznymi.

Podstawowym warunkiem wystąpienia ferromagnetyzmu jest istnienie w materiale nieskompensowanych spinowych momentów magnetycznych, które mogą występować tylko w atomach z nie zapełnionymi powłokami. Jest to jednak warunek konieczny, ale nie wystarczający, ponieważ nie zapełnione powłoki mają także pierwiastki nie wykazujące ferromagnetyzmu.

Drugim warunkiem zaistnienia zjawiska ferromagnetyzmu jest występowanie w strukturze materiału tzw. sił wymiany o odpowiednio dużej wielkości.

Siły wymiany

5.20. Zjawiska paramagnetyczne i diamagnetyczne występują głównie w takich układach, w których poszczególne atomy nie oddziałują ze sobą. W rezultacie, kierunek momentu magnetycznego określonego atomu nie zależy od kierunków momentów magnetycznych atomów sąsiednich.

W pewnych ciałach stałych wzajemne oddziaływanie atomów wpływa w zasadniczym stopniu na ich własności magnetyczne. Najczęściej są to ciała krystaliczne, w których atomy tworzą periodyczną, ciasno upakowaną sieć przestrzenną.

Mechanika kwantowa wskazuje, że w układzie, w którym elektrony oddziałują na siebie siłami elektrycznymi, najbardziej trwały, o najniższej energii stan wystąpi, gdy ich momenty spinowe będą skierowane zgodnie.

Siły wzajemnego oddziaływania spinowych momentów elektronów prowadzące do spontanicznego uporządkowania orientacji spinów noszą nazwę sił wymiany, a charakteryzująca je energia — energii wymiany lub też całki wymiany.