Феромагнетизам

Из Википедије, слободне енциклопедије
Хистерезисна крива: крива првобитне магнетизације је означена плавом бојом, док је касније понашање при обрнутој магнетизацији исте јачине означено зеленом бојом.
Три примера уређености линеарног низа елементарних магнетних момената.

Феромагнетизам (од лат. ferrum = гвожђе + магнет) је форма магнетизма којом најчешће илуструјемо ову појаву. Јавља се код неких метала: гвожђа, кобалта и никла. Материјал је феромагнетски ако у присуству спољњег магнетског поља и сам постаје магнет, тако што се његови елементарни магнети (магнетни диполи) оријентишу у правцу спољњег поља тако што на диполе делује момент магнетизације m.

Карактеристика феромагнетизма је хистерезисна крива у облику слова S која описује магнетизацију феромагнетних материјала под утицајем спољног магнетског поља. Облик ове криве је последица:

  • магнетског усмеравања електромагнета на нивоу атома
  • усмеравања магнетних домена који се мере у микрометрима и нанометрима

Унутар једног магнетног домена сви елементарни магнети су усмерени у истом правцу. Када материјал није магнетизован, елементарни магнети су усмерени у свим правцима. Када се такав материјал изложи магнетном пољу, магнетни домени се све више оријентишу у правцу спољњег магнетног поља. Када се сви домени усмере у том правцу, даља магнетизација материјала више није могућа. Тада кажемо да је дошло до засићења.

Када се уклони спољно магнетно поље, домени се делом дезоријентишу и магнетизација опада. Феромагнетни материјал показује особину реманентне магнетизације. Да би се материјал размагнетисао, потребно је применити спољно магнетно поље супротног смера.

Магнетно уређење може се пореметити загревањем. Тада феромагнетни материјали постају парамагнетни. Температура на којој нестаје магнетна уређеност материјала назива се Киријева температура T_{\mathrm{C}} (добила име по Пјеру Кирију).

Физичко објашњење[уреди]

Носиоци елементарних магнетских момената су спинови електрона. Као и код других магнетних феномена чврстих тела и код феромагнетизма су магнетне силе сувише слабе да би биле одговорне за уређеност спинова. Паралелна уређеност магнетских момената је уз то енергетски неповољна. Силе одговорне за уређеност спинова су такозване силе измене, које су повезане са могућим стањима система од два електрона и Паулијевим принципом.

Може се рећи да: „Уређеност магнетских момената последица је квантномеханичке силе измене, а не класичне магнетне силе“.

По Паулијевом принципу асиметричној таласној функцији положаја одговара симетрична таласна функција спина (на пример, код паралелних спинова у систему од два електрона). Може се показати да је средње растојање честица веће у случају несиметричне таласне функције положаја, и стога је за исте честице нижа сила електростатичког одбијања. Силе измене доводе до ефективног смањења потенцијалне енергије. Електрони са паралелним спиновима, по Паулијевом принципу, не могу да остану у основном стању и морају да пређу у низ виших енергетских стања, што повећава њихову кинетичку енергију. Спонтано паралелно уређење магнетних спинова се дакле дешава онда када је смањење потенцијалне енергије више него компензовано повећањем кинетичке енергије.

Магнетна пермеабилност \mu = \mu_0 (1 + \chi) и магнетна сусцептибилност \chi нису константне код феромагнета, већ представљају компликовану функцију јачине магнетског поља и зависе од историје магнетизације. Диференцијална магнетна сусцептибилност \chi се користи да прикаже зависност магнетизације од магнетског поља. Она нестаје у подручју засићења.

Магнетизација је повезана са густином магнетског флукса  \vec B једначинама

\vec B = \mu_0 (\vec H + \vec M) = \mu \vec H
\vec M = \chi \vec H .

Киријева температура материјала са феромагнетним својствима[уреди]

Супстанца T_{\mathrm{C}} у K
Co 1395
Fe 1033
Ni 627
CrO2 390
Gd 289
Dy 85
EuO 70
Ho 20

Види још[уреди]