• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Ferromagnetyzm



    Podstrony: [1] 2 [3]
    Przeczytaj także...
    Gadolin (Gd, łac. gadolinium) – pierwiastek chemiczny z grupy lantanowców w układzie okresowym, posiadający silne własności ferromagnetyczne. Nazwa pochodzi od nazwiska mineraloga i chemika fińskiego Johana Gadolina. Został odkryty w 1880 r. przez Jeana Charles’a Galissarda de Marignac.Diamagnetyzm – zjawisko polegające na indukcji w ciele znajdującym się w zewnętrznym polu magnetycznym pola przeciwnego, osłabiającego działanie zewnętrznego pola.
    Wyjaśnienie fizyczne[ | edytuj kod]

    Atom jako dipol magnetyczny[ | edytuj kod]

    Spin elektronu oraz jego orbitalny moment pędu wytwarza magnetyczny moment dipolowy. Elektron w ruchu, jako obdarzony ładunkiem elektrycznym, wytwarza pole magnetyczne.

    W mechanice klasycznej ten układ odpowiada kulce, posiadającej ujemny ładunek elektryczny, krążącej wokół własnej osi (spin) oraz krążącej wokół jądra posiadającego dodatni ładunek elektryczny. Oba zjawiska podobnie jak kołowy przewodnik z prądem wytwarzają pole magnetyczne, ale elektron jako cząstka kwantowa posiada wyraźne różnice – spin może przyjmować tylko dwie wartości (umownie określane jako góra i dół), podobnie jak orbitalny moment magnetyczny, który również przyjmuje jedynie określone wartości.

    Mechanika klasyczna – dział mechaniki w fizyce opisujący ruch ciał (kinematyka), wpływ oddziaływań na ruch ciał (dynamika) oraz badaniem równowagi ciał materialnych (statyka). Mechanika klasyczna oparta jest na prawach ruchu (zasadach dynamiki) sformułowanych przez Isaaca Newtona, dlatego też jest ona nazywana „mechaniką Newtona” (Principia). Mechanika klasyczna wyjaśnia poprawnie zachowanie się większości ciał w naszym otoczeniu.Koercja magnetyczna (zwana również natężeniem powściągającym) - wartość zewnętrznego pola magnetycznego jaką trzeba przyłożyć do ferromagnetyka, aby zmniejszyć do zera pozostałość magnetyczną.

    W wielu materiałach (ściślej tych, których atomy posiadają zapełnione powłoki elektronowe) całkowity moment dipolowy wszystkich elektronów wynosi zero (tzw. sparowanie – taka sama liczba spinów góra i dół powoduje wzajemne znoszenie się ich momentów). Jedynie atomy z częściowo zapełnioną powłoką (niesparowanymi spinami) posiadają wypadkowy moment magnetyczny różny od zera. Dipole te ustawiają się równolegle do linii zewnętrznego pola, ale z ustawienia tego wytrącane są przez drgania termiczne. W takich materiałach wytwarza się wewnętrzne pole magnetyczne skierowane zgodnie z zewnętrznym polem magnetycznym. Materiały te to paramagnetyki (substancje o przeciwnych własnościach to diamagnetyki).

    Alotropia – zjawisko występowania, w tym samym stanie skupienia, różnych odmian tego samego pierwiastka chemicznego, różniących się właściwościami fizycznymi i chemicznymi. Odmiany alotropowe pierwiastka mogą różnić się między sobą strukturą krystaliczną lub liczbą atomów w cząsteczce.Nanopianka (z ang. nanofoam) – odkryta przez naukowców z Australian National University w Canberze nowa krystaliczna odmiana węgla. Dane na temat wytworzenia nanopianki zostały opublikowane w 1999 r.

    Wśród paramagnetyków są takie substancje, w których oddziaływania między atomami powodują ustawianie sąsiednich dipoli magnetycznych w tym samym kierunku, nawet bez zewnętrznego pola magnetycznego, co sprawia że wszystkie dipole magnetyczne ustawione są w tym samym kierunku. Materiały te (ferromagnetyki) posiadają pole magnetyczne pomimo braku zewnętrznego pola magnetycznego (namagnesowanie spontaniczne). Drgania cieplne sieci wytrącają atomy z ich uporządkowania, aż w pewnej temperaturze zwanej temperaturą Curie drgania sieci są tak duże, że oddziaływanie atomów nie jest w stanie utrzymać jednakowego ustawienia dipoli magnetycznych, materiał przestaje być ferromagnetykiem. Utrzymanie dużych obszarów jednakowego namagnesowania wytwarza pole magnetyczne w dużym obszarze co jest stanem o bardzo dużej energii, dlatego kryształ może zmienić namagnesowanie części swoich obszarów tak by pole magnetyczne na zewnątrz ciała było jak najmniejsze, tak zachowuje się większość ferromagnetyków. Obszary o jednakowym namagnesowaniu nazywamy domenami magnetycznymi. W zależności od materiału domeny te mogą łatwo (ferromagnetyki miękkie) lub trudno (ferromagnetyki twarde) zmieniać kierunek namagnesowania oraz granice domen.

    Nazwą magnetyzm określa się zespół zjawisk fizycznych związanych z polem magnetycznym, które może być wytwarzane zarówno przez prąd elektryczny jak i przez materiały magnetyczne.Namagnesowanie spontaniczne zwane jest również pozostałością magnetyczną, a jest to wartość namagnesowania przy zerowym polu zewnętrznym magnetycznym (ale uprzednio po jego nasyceniu).

    W ferromagnetykach miękkich bez obecności zewnętrznego pola magnetycznego domeny ustawiają się tak, by zminimalizować energię ciała jako całości. Wokół ciał takich pozostaje tylko niewielkie pole magnetyczne.

    W ferromagnetykach twardych wykonanych w obecności silnego zewnętrznego pola magnetycznego uporządkowanie domen pozostaje nawet po usunięciu zewnętrznego pola magnetycznego i nie zmienia się, te materiały znane są jako magnesy trwałe

    Domeny magnetyczne[ | edytuj kod]

     Osobny artykuł: Domena magnetyczna.

    Nawiązując do klasycznej teorii elektromagnetyzmu, dwa pobliskie dipole magnetyczne powinny ustawiać się w przeciwległych, tzn. antyrównoległych kierunkach, analogicznie do dwóch swobodnych magnesów (co utworzyłoby materiał antyferromagnetyczny). Jednak w ferromagnetyku, gdzie między elektronami zachodzi oddziaływanie elektrostatyczne, stan układu może być bardziej stabilny i energetycznie korzystniejszy wówczas, gdy spinowe momenty magnetyczne elektronów ustawią się w tym samym kierunku (równolegle). Ich energia elektrostatyczna zostaje obniżona i jej różnica nazywana jest energią wymiany, a całe zjawisko – wymiennym oddziaływaniem wzajemnym. Takie grupy dipoli ukierunkowanych równolegle tworzą obszary spontanicznego namagnesowania, zwane domenami magnetycznymi (obszarami Weissa). Materia w domenie jest więc całkowicie namagnesowana w jednym kierunku, zwykle wzdłuż jednej z głównych osi krystalograficznych (w metalu).

    Półprzewodniki − najczęściej substancje krystaliczne, których konduktywność (przewodnictwo właściwe) może być zmieniana w szerokim zakresie (np. 10 do 10 S/cm) poprzez domieszkowanie, ogrzewanie, oświetlenie bądź inne czynniki. Przewodnictwo typowego półprzewodnika plasuje się między przewodnictwem metali i dielektryków.Nikiel (Ni, łac. niccolum) – pierwiastek chemiczny z grupy metali przejściowych w układzie okresowym. Został odkryty w roku 1751 przez szwedzkiego chemika, Axela Cronstedta. W 1804 r. otrzymano go po raz pierwszy w stanie czystym. Przed naszą erą był używany w stopach z miedzią i cynkiem.

    Jednak w większej skali (po wielu tysiącach jonów) przewaga energii wymiany ustępuje na korzyść klasycznej tendencji dipoli do ustawiania się antyrównolegle. Wyjaśnia to, dlaczego nienamagnesowany ferromagnetyk nie posiada wypadkowego pola magnetycznego (bądź posiada niewielkie) – momenty magnetyczne wszystkich, bezładnie zorientowanych domen znoszą się, dając zerowy bądź zbliżony do zera wypadkowy moment magnetyczny całego ciała.

    Stop metali (dawniej także: aliaż) – tworzywo o właściwościach metalicznych, w którego strukturze metal jest osnową, a poza nim występuje co najmniej jeden dodatkowy składnik, zwany dodatkiem stopowym. Dodatki są wprowadzane w celu poprawienia wytrzymałościowych właściwości materiału. Zwykle pogarszają plastyczność, przewodnictwo elektryczne, przewodnictwo cieplne. Często zmniejszają również odporność na korozję.Ferrimagnetyzm - własność magnetyczna polegająca na tym, że w temperaturach poniżej tzw. temperatury Néela pojawia się spontaniczne antyrównoległe uporządkowanie elementarnych momentów magnetycznych, a w odróżnieniu od antyferromagnetyzmu momenty te nie kompensują się wzajemnie do zera.

    Przejście pomiędzy dwiema domenami, gdzie magnetyzacja zmienia kierunek, nazywane jest granicą domenową (np. granica Blocha albo Néela, zależnie od tego, czy magnetyzacja zmienia się równolegle czy prostopadle do powierzchni domeny) i jest stopniowym przejściem w skali atomowej (obejmuje dystans ok. 300 jonów żelaza).

    Żelazo (Fe, łac. ferrum) – metal z VIII grupy pobocznej o dużym znaczeniu gospodarczym, znane od czasów starożytnych.Spin – moment własny pędu cząstki w układzie, w którym nie wykonuje ruchu postępowego. Własny oznacza tu taki, który nie wynika z ruchu danej cząstki względem innych cząstek, lecz tylko z samej natury tej cząstki. Każdy rodzaj cząstek elementarnych ma odpowiedni dla siebie spin. Cząstki będące konglomeratami cząstek elementarnych (np. jądra atomów) mają również swój spin będący sumą wektorową spinów wchodzących w skład jego cząstek elementarnych.

    Istnienie domen zostało potwierdzone doświadczalnie przez N.S. Akułowa i jego zespół, mają one rozmiary liniowe rzędu 10 ‒ 10 m.

    Ferromagnetyk w polu magnetycznym[ | edytuj kod]

    Zwykły kawałek materiału ferromagnetycznego (np. żelaza) nie posiada wypadkowego momentu magnetycznego. Jeżeli jednak zostanie on umieszczony w zewnętrznym polu magnetycznym, następuje namagnesowanie, czyli uporządkowanie domen – taki ruch ich ścianek, aby możliwie największa objętość ciała posiadała momenty magnetyczne skierowane równolegle do kierunku pola magnetycznego. Rozmiary domen początkowo namagnesowanych w kierunku zbliżonym do kierunku pola magnesującego zwiększają się kosztem innych, przyłączając sąsiednie atomy. W silnym polu domeny o innych kierunkach pierwotnego namagnesowania obracają się. Ponieważ ruch ścianek domen jest procesem skokowym, obserwuje się charakterystyczną schodkową strukturę krzywej namagnesowania w funkcji zewnętrznego pola magnetycznego (zjawisko Barkhausena).

    Dysproz jest pierwiastkiem chemicznym o symbolu Dy i liczbie atomowej 66. Dysproz należy do metali ziem rzadkich. W przyrodzie nie występuje w postaci wolnej, ale najczęściej jako dodatkowy składnik minerału ksenotymu. Występujący w przyrodzie dysproz składa się z 7 izotopów, spośród których najbardziej rozpowszechniony jest Dy. Dysproz został odkryty w 1886 roku przez Paul Émile Lecoq de Boisbaudran, lecz po raz pierwszy w czystej postaci został otrzymany dopiero w latach 50-tych XX wieku za pomocą wymiany jonowej. Ze względu na swój przekrój czynny używany jest do produkcji prętów kontrolnych w reaktorach jądrowych, a ze względu na swoją wysoką podatność magnetyczną na magnetyzację w urządzeniach do przechowywania danych jako składnik stopu Terfenol-D. rozpuszczalne sole dysprozu są lekko toksyczne, natomiast nierozpuszczalne sole uważane są za nietoksyczne.Energia wymiany (ang. exchange energy) — jest to różnica pomiędzy energią dla równoległej konfiguracji spinów i dla antyrównoległej konfiguracji. Jest to więc różnica pomiędzy energią dla stanu tripletowego a energią dla stanu singletowego. Jest ona odpowiedzialna za spontaniczne namagnesowanie w ferromagnetykach poprzez równoległe ustawienie się momentów magnetycznych atomów. Opisuje się ją za pomocą całki wymiany J.

    Wewnątrz ciała ferromagnetycznego pole może setki, nawet tysiące razy przewyższać przyłożone pole zewnętrzne. Domeny pozostaną jednakowo zorientowane nawet wówczas, gdy zewnętrzne pole zostanie usunięte, tworząc trwałą magnetyzację, która, jako funkcja zewnętrznego pola jest uwidoczniona na krzywej histerezy. Jednak wypadkowa magnetyzacja może być zniszczona poprzez podgrzanie, a następnie powolne oziębienie (czyli wyżarzanie) materiału, bez wpływu zewnętrznego pola.

    Temperatura pokojowa (ang. room temperature, oznaczana często skrótem r.t. albo R.T.) – warunek wykonania doświadczenia lub pomiaru, oznacza temperaturę 25 °C, czyli ok. 298 K, czasami określaną jako temperatura otoczenia. W starszych publikacjach spotyka się również określenie temperatury pokojowej jako 20 °C (293 K) – najczęściej w tablicach gęstości cieczy czy tablicach współczynników załamania światła.Ciało amorficzne, ciało bezpostaciowe – stan skupienia materii charakteryzujący się własnościami reologicznymi zbliżonymi do ciała krystalicznego, w którym nie występuje uporządkowanie dalekiego zasięgu. Ciało będące w stanie amorficznym jest ciałem stałym, ale tworzące je cząsteczki są ułożone w sposób dość chaotyczny, bardziej zbliżony do spotykanego w cieczach. Z tego powodu ciało takie często, choć błędnie, nazywa się stałą cieczą przechłodzoną. Jednak ciecz, w tym także ciecz przechłodzona, może płynąć, a ciało stałe utrzymuje swój kształt.

    Punkt Curie[ | edytuj kod]

    Stopień samorzutnego namagnesowania (istnienia domen), całkowity w temperaturze zera bezwzględnego, w miarę wzrostu temperatury maleje – zwiększają się termiczne oscylacje atomów, „rywalizując” z ich ferromagnetyczną tendencją do odpowiedniego ustawiania się. Kiedy temperatura przekroczy pewną, dla danego materiału ściśle określoną granicę, zwaną punktem Curie, następuje przejście fazowe drugiego rodzaju i ciało traci swoje właściwości ferromagnetyczne, stając się paramagnetykiem.

    Jakow Ilicz Frenkel, ros. Френкель, Яков Ильич (ur. 10 lutego1894 w Rostowie nad Donem, zm. 1952 w Petersburgu) – rosyjski fizyk, który wniósł istotny wkład do teorii płynów, metali, defektów sieci krystalicznych (m.in. defekt Frenkla), swobodnego spadku, ekscytonów i innych dziedzin fizyki, np. astronomii, geofizyki, materiałoznawstwa.Ładunek elektryczny ciała (lub układu ciał) – fundamentalna właściwość materii przejawiająca się w oddziaływaniu elektromagnetycznym ciał obdarzonych tym ładunkiem. Ciała obdarzone ładunkiem mają zdolność wytwarzania pola elektromagnetycznego oraz oddziaływania z tym polem. Oddziaływanie ładunku z polem elektromagnetycznym jest określone przez siłę Lorentza i jest jednym z oddziaływań podstawowych.

    Podstawy współczesnej teorii ferromagnetyzmu stworzyli, niezależnie od siebie, W. Heisenberg oraz J.I. Frenkel.

    Niezwykły ferromagnetyzm[ | edytuj kod]

    W 2004 r. podano do informacji, że nanopianka, odmiana alotropowa węgla, wykazuje ferromagnetyzm. Efekt ten znika po kilku godzinach w temperaturze pokojowej, ale trwa dłużej w temperaturach niższych. Materiał ten jest jednocześnie półprzewodnikiem. Uważa się, że podobnie utworzone materiały, jak np. z boru czy azotu, mogą również być ferromagnetykami.

    Przemiana fazowa (przejście fazowe) – proces termodynamiczny, polegający na przejściu jednej fazy termodynamicznej w drugą, zachodzący w kierunku zapewniającym zmniejszenie energii swobodnej układuHistereza – w naukach przyrodniczych, zjawisko zależności aktualnego stanu układu od stanów w poprzedzających chwilach. Inaczej – opóźnienie w reakcji na czynnik zewnętrzny. Zjawisko odkrył i nazwał James Alfred Ewing w roku 1890. Termin ten zapożyczony został także przez nauki społeczne.


    Podstrony: [1] 2 [3]



    w oparciu o Wikipedię (licencja GFDL, CC-BY-SA 3.0, autorzy, historia, edycja)

    Warto wiedzieć że... beta

    Zjawisko Barkhausena - skokowe zmiany namagnesowania ferromagnetyków pod wpływem ciągłej zmiany natężenia zewnętrznego pola magnetycznego (lub innych warunków zewnętrznych). Jest ono wynikiem skokowego przesuwania się granic domen magnetycznych, tzw. ścianek Blocha, ustawiających się w kierunku zewnętrznego pola magnesującego. Zjawisko to zostało odkryte w 1919 r. przez niemieckiego fizyka Heinricha Barkhausena, który tym samym dostarczył dowodu słuszności domenowego mechanizmu magnetyzacji ferromagnetyków.
    Magnetyzacja (namagnesowanie) jest właściwością materiałów (m.in. magnesów), która opisuje pole magnetyczne wytwarzane przez materiał. Przez magnetyzację rozumie się także wielkość fizyczną określającą wytwarzane przez materiał pole magnetyczne, definiuje się ją przez określenie momentów magnetycznych wytworzonych w jednostce objętości. Głównymi składnikami magnetyzacji są orbitalne i spinowe momenty magnetyczne elektronów.
    Temperatura Curie (oznaczana TC) − temperatura, powyżej której ferromagnetyk gwałtownie traci swoje właściwości magnetyczne i staje się paramagnetykiem, zjawisko to wynika ze zmiany fazy ciała stałego. Nazwa pochodzi od nazwiska francuskiego fizyka Piotra Curie, męża Marii Skłodowskiej-Curie.
    Fosfor (P, gr. phosphoros ‘niosący światło’, łac. phosphorus) – pierwiastek chemiczny, niemetal. Jedynym stabilnym izotopem fosforu jest P.
    Stopy Heuslera (fazy Heuslera) – grupa związków chemicznych i stopów o ogólnym wzorze X2YZ (gdzie X i Y to atomy z grupy pobocznej (metale przejściowe, ziemie rzadkie), a Z to atom z grupy głównej), krystalizujących w układzie regularnym ściennie centrowanym (fcc, grupa przestrzenna Fm3m, nr 225). Fazy Heuslera mają wiele interesujących właściwości fizycznych z aplikacyjnego punktu widzenia. Nazwa materiałów pochodzi od nazwiska niemieckiego uczonego Friedricha Heuslera(niem.) (1866–1947), który opisał tego typu układy w 1903 roku.
    Krzem (Si, łac. silicium) – pierwiastek chemiczny, z grupy półmetali w układzie okresowym. Izotopy stabilne krzemu to Si, Si i Si. Wartościowość: 4 (w większości związków), 5 i 6. Krzem (monokryształy krzemu) jest wykorzystywany powszechnie w przemyśle elektronicznym.
    Domeny magnetyczne – spontaniczne namagnesowane obszary w ferromagnetykach lub ferrimagnetykach, w których występuje uporządkowanie momentów magnetycznych. Każda z domen jest namagnesowana do nasycenia magnetycznego. Sąsiednie domeny są rozdzielone ściankami domenowymi, w których następuje zmiana orientacji momentów. Domeny zanikają powyżej temperatury Curie, ponieważ materiał traci wówczas własności ferromagnetyczne.

    Reklama

    Czas generowania strony: 0.031 sek.