Feromagnetizam
Feromagnetizam (od lat. ferrum = gvožđe + magnet) je osnovni mehanizam kojim određeni materijali (kao što je gvožđe) formiraju trajne magnete ili ih privlače magneti. U fizici se razlikuje nekoliko tipova magnetizma. Feromagnetizam (zajedno sa sličnim efektom ferimagnetizmom) je najjači tip i odgovoran je za uobičajene pojave magnetizma u magnetima na koje se nailazi u svakodnevnom životu.[1] Supstance slabo reaguju na magnetna polja sa tri druga tipa magnetizma[2] - paramagnetizmom,[3][4] diamagnetizmom[5][6][7][8] i antiferomagnetizmom[9][10] - ali sile su obično toliko slabe da se mogu detektovati samo osetljivim instrumentima u laboratoriji. Svakodnevni primer feromagnetizma je frižiderski magnet koji se koristi za držanje beleški na vratima frižidera. Privlačnost između magneta i feromagnetnog materijala je „kvalitet magnetizma koji je bio očigledan u antičkom svetu, i u današnje vreme”.[11]
Feromagnetizam je forma magnetizma kojom se najčešće ilustruje ova pojava. Materijal je feromagnetski ako u prisustvu spoljnjeg magnetskog polja i sam postaje magnet, tako što se njegovi elementarni magneti (magnetni dipoli) orijentišu u pravcu spoljnjeg polja tako što na dipole deluje moment magnetizacije m. Karakteristika feromagnetizma je histerezisna kriva u obliku slova S koja opisuje magnetizaciju feromagnetnih materijala pod uticajem spoljnog magnetskog polja. Oblik ove krive je posledica: magnetskog usmeravanja elektromagneta na nivou atoma, i usmeravanja magnetnih domena koji se mere u mikrometrima i nanometrima. Unutar jednog magnetnog domena svi elementarni magneti su usmereni u istom pravcu. Kada materijal nije magnetizovan, elementarni magneti su usmereni u svim pravcima. Kada se takav materijal izloži magnetnom polju, magnetni domeni se sve više orijentišu u pravcu spoljnjeg magnetnog polja. Kada se svi domeni usmere u tom pravcu, dalja magnetizacija materijala više nije moguća. Tada se kaže da je došlo do zasićenja.
Kada se ukloni spoljno magnetno polje, domeni se delom dezorijentišu i magnetizacija opada. Feromagnetni materijal pokazuje osobinu remanentne magnetizacije. Da bi se materijal razmagnetisao, potrebno je primeniti spoljno magnetno polje suprotnog smera. Magnetno uređenje može se poremetiti zagrevanjem. Tada feromagnetni materijali postaju paramagnetni. Temperatura na kojoj nestaje magnetna uređenost materijala naziva se Kirijeva temperatura (dobila ime po Pjeru Kiriju).
Fizičko objašnjenje[uredi | uredi izvor]
Nosioci elementarnih magnetskih momenata su spinovi elektrona. Kao i kod drugih magnetnih fenomena čvrstih tela i kod feromagnetizma su magnetne sile suviše slabe da bi bile odgovorne za uređenost spinova. Paralelna uređenost magnetskih momenata je uz to energetski nepovoljna. Sile odgovorne za uređenost spinova su takozvane sile izmene, koje su povezane sa mogućim stanjima sistema od dva elektrona i Paulijevim principom.
Može se reći da: „Uređenost magnetskih momenata posledica je kvantnomehaničke sile izmene, a ne klasične magnetne sile“.
Po Paulijevom principu asimetričnoj talasnoj funkciji položaja odgovara simetrična talasna funkcija spina (na primer, kod paralelnih spinova u sistemu od dva elektrona). Može se pokazati da je srednje rastojanje čestica veće u slučaju nesimetrične talasne funkcije položaja, i stoga je za iste čestice niža sila elektrostatičkog odbijanja. Sile izmene dovode do efektivnog smanjenja potencijalne energije. Elektroni sa paralelnim spinovima, po Paulijevom principu, ne mogu da ostanu u osnovnom stanju i moraju da pređu u niz viših energetskih stanja, što povećava njihovu kinetičku energiju. Spontano paralelno uređenje magnetnih spinova se dakle dešava onda kada je smanjenje potencijalne energije više nego kompenzovano povećanjem kinetičke energije.
Magnetna permeabilnost i magnetna susceptibilnost nisu konstantne kod feromagneta, već predstavljaju komplikovanu funkciju jačine magnetskog polja i zavise od istorije magnetizacije. Diferencijalna magnetna susceptibilnost se koristi da prikaže zavisnost magnetizacije od magnetskog polja. Ona nestaje u području zasićenja.
Magnetizacija je povezana sa gustinom magnetskog fluksa jednačinama
- .
Kirijeva temperatura materijala sa feromagnetnim svojstvima[uredi | uredi izvor]
Supstanca | u K |
---|---|
Co | 1395 |
Fe | 1033 |
Ni | 627 |
CrO2 | 390 |
Gd | 289 |
Dy | 85 |
EuO | 70 |
Ho | 20 |
Primena feromagnetika[uredi | uredi izvor]
Feromagnetici se koriste kad su potrebni jaki magneti. Tako se na primer posebni elektromagneti s feromagnetskom jezgrom koriste u oftalmologiji i pomoću njih se mogu izvaditi sitnija strana tela iz oka i iz dubine do 2,5 cm.[12]
Feriti[uredi | uredi izvor]
Ferit (prema lat. ferrum: željezo) je elektrokeramički tehnički materijal, mešoviti oksid koji se sastoji od spoja gvožđe(III) oksida (Fe2O3), s jednim ili dva oksida nekog najčešće dvovalentnog metala (kobalt, mangan, magnezijum, kadmijum, olovo, bakar, nikal, cink, barijum). Feriti su izrazitih magnetskih svojstava, feromagnetični poput željeza, ali s mnogostruko većom električnom otpornošću, pa se zato u njima gotovo ne stvaraju vrtložne struje. Svojstva im zavise od sastava, pa neki imaju malu koercitivnu silu i strmu krivu magnetizacije (na primer Zn, Mn-feriti), a neki veliku koercitivnu silu i remanenciju (na primer Ba-ferit). Obično se lako magnetiziraju i demagnetiziraju, vrlo su prikladni za primenu u tehnici visokih frekvencija i upotrebljavaju se kao magnetski materijali za memorije elektronskih računara te za jezgra zavojnica, visokofrekventnih transformatora i magnetskih antena (takozvanih feritnih antena).[13]
Vidi još[uredi | uredi izvor]
Reference[uredi | uredi izvor]
- ^ Chikazumi, Sōshin (2009). Physics of ferromagnetism. English edition prepared with the assistance of C.D. Graham, Jr (2nd izd.). Oxford: Oxford University Press. str. 118. ISBN 9780199564811.
- ^ „Magnetic Properties”. Chemistry LibreTexts (na jeziku: engleski). 2013-10-02. Pristupljeno 2020-01-21.
- ^ Miessler, G. L. and Tarr, D. A. (2010) Inorganic Chemistry 3rd ed., Pearson/Prentice Hall publisher, ISBN 0-13-035471-6.
- ^ Jensen, J.; MacKintosh, A. R. (1991). Rare Earth Magnetism. Oxford: Clarendon Press. Arhivirano iz originala 2010-12-12. g. Pristupljeno 2009-07-12.
- ^ Gerald Küstler (2007). „Diamagnetic Levitation – Historical Milestones”. Rev. Roum. Sci. Techn. – Électrotechn. Et Énerg. 52, 3: 265—282.
- ^ Jackson, Roland (21. 7. 2014). „John Tyndall and the Early History of Diamagnetism”. Annals of Science. 72 (4): 435—489. PMC 4524391 . PMID 26221835. doi:10.1080/00033790.2014.929743.
- ^ „diamagnetic, adj. and n”. OED Online. Oxford University Press. jun 2017.
- ^ „Magnetic Properties”. Chemistry LibreTexts (na jeziku: engleski). 2013-10-02. Pristupljeno 2020-01-21.
- ^ Landau, L. D. (1933). A possible explanation of the field dependence of the susceptibility at low temperatures. Phys. Z. Sowjet, 4, 675.
- ^ M. Louis Néel (1948). „Propriétées magnétiques des ferrites; Férrimagnétisme et antiferromagnétisme” (PDF). Annales de Physique. 12 (3): 137—198. Bibcode:1948AnPh...12..137N. S2CID 126111103. doi:10.1051/anphys/194812030137.
- ^ Bozorth, Richard M. Ferromagnetism, first published 1951, reprinted 1993 by IEEE Press, New York as a "Classic Reissue." ISBN 0-7803-1032-2.
- ^ Feromagnetizam, Zavod za fiziku i biofiziku Medicinskog fakulteta Sveučilišta u Zagrebu (preuzeto 16. prosinca 2010.)
- ^ Ferit, [1] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2014.
Литература[uredi | uredi izvor]
- Magnetism: Models and Mechanisms in E. Pavarini, E. Koch, and U. Schollwöck: Emergent Phenomena in Correlated Matter, Jülich 2013, ISBN 978-3-89336-884-6
- Chikazumi, Sōshin (1997). Physics of Ferromagnetism. Clarendon Press. ISBN 978-0-19-851776-4.
- Jiles, D. C.; Atherton, D. L. (1986). „Theory of ferromagnetic hysteresis”. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 61 (1–2): 48—60. Bibcode:1986JMMM...61...48J. doi:10.1016/0304-8853(86)90066-1.
- Krasnosel'skii, Mark; Pokrovskii, Alexei (1989). Systems with Hysteresis. New York: Springer-Verlag. ISBN 978-0-387-15543-2.
- Mayergoyz, Isaak D.; Bertotti, Giorgio, ur. (2005). The Science of Hysteresis (3-volume set). Academic Press. ISBN 978-0-12-480874-4.
- Mielke, A.; Roubíček, T. (2015). Rate-Independent Systems: Theory and Application. New York: Springer. ISBN 978-1-4939-2705-0.
- Truesdell, C.; Noll, Walter (2004). Antman, Stuart, ur. The Non-Linear Field Theories of Mechanics (Third izd.). ISBN 978-3-540-02779-9. Originally published as Volume III/3 of Handbuch der Physik in 1965.
- Visintin, Augusto (1994). Differential Models of Hysteresis. Springer. ISBN 978-3-540-54793-8.
- Noori, Hamid R. (2014). Hysteresis Phenomena in Biology. Springer. ISBN 978-3-642-38217-8.
- Mayergoyz, I. D. (2003). Mathematical models of hysteresis and their applications. Amsterdam: Elsevier. str. xiv. ISBN 978-0-12-480873-7. OCLC 162129543.
- „VII. On the production of transient electric currents in iron and steel conductors by twisting them when magnetised or by magnetising them when twisted”. Proceedings of the Royal Society of London. 33 (216–219): 21—23. 1882. S2CID 110895565. doi:10.1098/rspl.1881.0067.
- Bertotti, Giorgio (1998). „Ch. 2”. Hysteresis in magnetism: For physicists, materials scientists, and engineers. Academic Press. ISBN 978-0-12-093270-2.
- Zifeng Yang; Hirofumi Igarashi; Mathew Martin; Hui Hu (7—10. 1. 2008). An Experimental Investigation on Aerodynamic Hysteresis of a Low-Reynolds Number Airfoil (PDF). 46th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit. Reno, Nevada: American Institute of Aeronautics and Astronautics. AIAA-2008-0315. Arhivirano iz originala (PDF) 2017-08-10. g. Pristupljeno 2012-04-25.
- Warnecke, Martin; Jouaneh, Musa (1. 9. 2003). „Backlash Compensation in Gear Trains by Means of Open-Loop Modification of the Input Trajectory”. Journal of Mechanical Design. 125 (3): 620—624. doi:10.1115/1.1596241.
- Love, Augustus E. (1927). Treatise on the Mathematical Theory of Elasticity (Dover Books on Physics & Chemistry). New York: Dover Publications. ISBN 978-0-486-60174-8.
- Ewing, J. A. (1889). „On hysteresis in the relation of strain to stress”. British Association Reports: 502.
Spoljašnje veze[uredi | uredi izvor]
- Electromagnetism – ch. 11, from an online textbook
- Sandeman, Karl (јануар 2008). „Ferromagnetic Materials”. DoITPoMS. Dept. of Materials Sci. and Metallurgy, Univ. of Cambridge. Приступљено 22. 6. 2019.
- Magnetism: Models and Mechanisms in E. Pavarini, E. Koch, and U. Schollwöck: Emergent Phenomena in Correlated Matter, Jülich 2013, ISBN 978-3-89336-884-6