Презентация "Феромагнетики" по химии – проект, доклад

Феромагнетики

До феромагнетики (ferrum - залізо) належать речовини, магнітна сприйнятливість яких позитивна і досягає значень. Намагніченість і магнітна індукція ферромагнетиков ростуть із збільшенням напруженості магнітного поля нелінійно, і в полях намагніченість феромагнетиків досягає граничного значення, а вектор магнітної індукції зростає лінійно з :

Феромагнітні властивості матеріалів проявляються тільки у речовин у твердому стані , атоми яких мають постійним спіновим або орбітальним магнітним моментом , зокрема у атомів з недобудованими внутрішніми електронними оболонками. Типовими феромагнетиками є перехідні метали . У феромагнетиках відбувається різке посилення зовнішніх магнітних полів. Причому для феромагнетиків складним чином залежить від величини магнітного поля. Типовими феромагнетиками є Fe , Co , Ni , Gd , Tb , Dy , Ho , Er , Tm , а також сполуки феромагнітних матеріалів з ​​неферомагнітними .

Істотною відмінністю феромагнетиків від діа-і парамагнетиків є наявність у феромагнетиків мимовільної (спонтанної) намагніченості в відсутність зовнішнього магнітного поля. Наявність у феромагнетиків мимовільного магнітного моменту в відсутність зовнішнього магнітного поля означає, що електронні спини і магнітні моменти атомних носіїв магнетизму орієнтовані в речовині впорядкованим чином.

Феромагнетики це речовини, що володіють мимовільної намагніченістю, яка сильно змінюється під впливом зовнішніх впливів - магнітного поля, деформації, температури. Ферромагнетики, на відміну від слабо магнітних діа-і парамагнетиків, є сильно магнітними речовинами: Внутрішнє магнітне поле в них може в сотні разів перевершувати зовнішнє поле.

Основні відмінності магнітних властивостей феромагнетиків. 1) Нелінійна залежність намагніченості від напруженості магнітного поля Н (малюнок). Як видно з малюнка при спостерігається магнітне насичення.

2)При залежність магнітної індукції В від Н нелінійна, а при - лінійна

Залежність відносної магнітної проникності від Н має складний характер (малюнок), причому максимальні значення μ дуже великі ( ).

4) У кожного феромагнетика є така температура називається точкою Кюрі ( ) , вище якої ця речовина втрачає свої особливі магнітні властивості. Наявність температури Кюрі пов'язано з руйнуванням при упорядкованого стану в магнітній підсистемі кристала - паралельної орієнтації магнітних моментів. Для нікелю температура Кюрі дорівнює 360 С.

5) Існування магнітного гистерезиса. На малюнку показана петля гістерезису - графік залежності намагніченості речовини від напруженості магнітного поля Н.

Намагніченість при називається намагніченість насичення. Намагніченість при називається залишковою намагніченістю (що необхідно для створення постійних магнітів). Напруженість магнітного поля, повністю розмагніченого феромагнетика, називається коерцитивною силою. Вона характеризує здатність феромагнетика зберігати намагнічене стан.

Великий коерцитивної силою (широкої петлею гистерезиса) мають магнітотверді матеріали. Малу коерцитивної силу мають магнитомягкие матеріали. Вимірювання гіромагнітного відношення для ферромагнетиків показали, що елементарними носіями магнетизму в них є спінові магнітні моменти електронів. Мимовільно при намагнічуються лише дуже маленькі монокристали феромагнітних матеріалів, наприклад нікелю або заліза.

Для того щоб постійними магнітними властивостями - постійним магнітом став великий шматок заліза, необхідно його намагнітити, тобто помістити в сильне магнітне поле, а потім це поле прибрати. Виявляється, що при великій вихідний шматок заліза розбитий на безліч дуже Маленьких ( ), повністю намагнічених областей - доменів. Вектори намагніченості доменів в відсутність зовнішнього магнітного поля орієнтовані таким чином, що повний магнітний момент феромагнітного матеріалу дорівнює нулю.

Ферромагнетики

Якщо б у відсутність поля кристал заліза був би єдиним доменом, то це призвело б до виникнення значного зовнішнього магнітного поля, яке містить значну енергію (малюнок А ). Розбиваючись на домени, феромагнітний кристал зменшує енергію магнітного поля. При цьому, розбиваючись на косокутні області (малюнок Г), можна легко отримати стан феромагнітного кристала, з якого магнітне поле взагалі не виходить.

Загалом у монокристалі реалізується таке розбиття на доменні структури, яке відповідає мінімуму вільної енергії феромагнетика. Якщо помістити ферромагнетик, розбитий на домени, в зовнішнє магнітне поле, то в ньому починається рух доменних стінок. Вони переміщуються таким чином, щоб областей з орієнтацією вектора намагніченості по полю стало більше, ніж областей з протилежного орієнтацією (малюнок Б,В,Г). Такий рух доменних стінок знижує енергію феромагнетика в зовнішньому магнітному полі.

У міру наростання магнітного поля весь кристал перетворюється в один великий домен з магнітним моментом, орієнтованим по полю (малюнок). У реальному шматку заліза міститься величезна кількість дрібних кристаликів з різною орієнтацією, в кожному з яких є кілька доменів. Феромагнітні матеріали відіграють величезну роль в самих різних областях сучасної техніки.

Широке поширення в радіотехніці, особливо в високочастотної радіотехніці отримали ферити - феромагнітні неметалеві матеріали - сполуки окису заліза з окислами інших металів. Ферити поєднують феромагнітні і напівпровідникові властивості, саме з цим пов'язано їх застосування як магнітних матеріалів в радіоелектроніці і обчислювальній техніці. Ферити володіють високим значеннями намагніченості і температурами Кюрі.

У реальному шматку заліза міститься величезна кількість дрібних кристаликів з різною орієнтацією, в кожному з яких є кілька доменів. Феромагнітні матеріали відіграють величезну роль в самих різних областях сучасної техніки. Магнитомягкие матеріали використовуються в електротехніці при виготовленні трансформаторів, електромоторів, генераторів, в слаботочной техніці зв'язку і радіотехніки; магнитожорсткі матеріали застосовують при виготовленні постійних магнітів.

Магнітні матеріали широко використовуються в традиційній технології запису інформації в вінчестері .. Магнітне речовина 2 нанесено тонким шаром на основу твердого диска 3 . Кожен біт інформації представлений групою магнітних доменів ( в ідеальному випадку - одним доменом ) . Для перемагнічування домена ( зміни напрямку вектора його намагніченості ) використовується поле записуючої головки 4 ( 5 - зчитує голівка ) . Енергія, необхідна для запису , залежить від обсягу домену і наявності додаткових стабілізуючих шарів , що перешкоджають мимовільної втрати інформації. При цьому використовується запис на вертикально орієнтовані домени і досягається щільність запису до.