WWW.REFERATCENTRAL.ORG.UA - Я ТУТ НАВЧАЮСЬ

... відкритий, безкоштовний архів рефератів, курсових, дипломних робіт

ГоловнаТехнічні науки → Ферромагнетики - Курсова робота

Ферромагнетики - Курсова робота

намагніченість при даному значенні напруженості магнітного поле найбільша (напрямок легчайшего намагнічення), в інші - найменша (напрямок важкого намагнічення). З розгляду магнітних властивостей ферромагнетиків випливає, що вони схожі на сегнетоэлектрики .
Існують речовини, у яких обмінні сили викликають антипаралельну орієнтацію спінових магнітних моментів електронів. Такі тіла називаються антиферромагнетиками. Їхнє існування теоретично було передвіщено Л. Д. Ландау. Антиферромагнетиками є деякі з'єднання марганцю (Mn, Mn2),заліза (Fe, Fe2) і багатьох інших елементів. Для них також існує антиферомагнітна точка Кюрі (точка Нееля*), при якій магнітне упорядкування спінових магнітних моментів порушується й антиферромагнетик перетворюється в парамагнетик.
Останнім часом велике значення придбали напівпровідникові ферромагнетики-феррити, хімічні сполуки типу Me*Fe2O3, де Me-ион двовалентного металу (Мn, З, Ni, Сu, Mg, Zл, Cd, Fe). Вони відрізняються помітними феромагнітними властивостями і великим питомим електричним опором (у мільярди раз більшим, ніж у металів). Феррити застосовуються для виготовлення постійних магнітів, ферритових антен, сердечників радіочастотних контурів, елементів оперативної пам'яті в обчислювальній техніці, для покриття плівок у магнітофонах і відеомагнітофонах і т.д.
Властивості ферромагнетиків і якісні основи природи феромагнетизму
Особливий клас магнетиків утворюють речовини, у яких магнітна проникність у сотні і тисячі разів перевищує магнітну проникність звичайних матеріалів. Ці речовини одержали назва ферромагнетиків. До них відносяться залізо, нікель, кобальт і їхні з'єднання і сплави. Іншою відмінною рисою ферромагнетиков є те, що їхня намагніченість J залежить від Н нелінійно, причому при великих полях настає стан магнітного насичення (мал.2). Оскільки залежність J від Н нелинійна, то і магнітна сприйнятливість ?m залежить від напруженості (мал.2). Крім нелінійної залежності між J і Н (або між В и Н) для ферромагнетиків характерно також наявність явища гистерезиса (мал.3). Це явище полягає в тім , що процес намагничения ферромагнетика необоротний у більшій своїй частині, тому крива намагничения не збігається з кривій размагничения. Якщо спочатку розмагнічений зразок намагнітити в поступово зростаючому магнітному полі по кривій 0-1 (крива первісного намагничения), а потім зменшити напруженість магнітного поля, то індукція У випливає не по первісній кривій 0-1, а змінюється відповідно до кривій 1-2.
Коли напруженість полючи стане рівної нулеві (крапка 2), намагничення не зникає і характеризується величиною Вr (відрізок 0-2 на мал.3), що називається залишковою індукцією. Намагніченість має при цьому значення Jr, називане залишковою намагніченістю. Намагніченість звертається в нуль лише під дією полючи Нc (відрізок 0-3 на мал. 3) зворотні напрямки . Величина напруженості полючи Нс називається коерцитивной силою ферромагнетика. Існування залишкової намагніченості уможливлює виготовлення постійних магнітів. Постійний магніт тим краще зберігає свої властивості, чим більше величина коерцитивної сили матеріалу, з якої він виготовлений.
Дослідами Эйнштейна і ДЕ Гааза було доведено, що відповідальним за магнітні властивості ферромагнетиків є власні (спінові ) магнітні моменти електронів (а не орбітальні , як у диа- і парамагнетиков). Атоми елементів, що володіють феромагнітними властивостями (Fe, Co, Nі), мають деяку особливість. У них порушується послідовність заповнення місць в оболонках і шарах: перш ніж цілком "забудується" нижня оболонка, починається заповнення вище розташованої оболонки. У результаті електронні спіни деяких внутрішніх оболонок виявляються нескомпенсиро- ванними. Таким чином, феромагнітними властивостями можуть володіти тільки такі речовини, в атомах яких маються недобудовані внутрішні електронні оболонки. Крім того, дослідження феромагнітних кристалів дозволили виявити в них області з мимовільної (спонтанної ) намагніченістю - так називані домени, лінійні розміри яких 1-10 мкм (мал.).
Мал. Доменна структура ферромагнетика:
а) під час відсутності зовнішнього поля,
б) при наявності зовнішнього поля
У межах кожного домена нескомпенсовані спини орієнтовані в одному напрямку , тобто речовина в домені знаходиться в стані магнітного насиченні і володіє визначеним магнітним моментом. Напрямку цих моментів для різних доменов різні, так що під час відсутності зовнішнього поля сумарний момент завжди дорівнює нулю.
Сили, що змушують магнітні моменти електронів вибудовуватися паралельно один одному, називаються обмінними. Їхнє пояснення в рамках класичної фізики неможливо (дається тільки квантовою механікою). Якщо помістити ферромагнетики в зовнішнє магнітне поле, то спочатку, при слабких полях, спостерігається зсув границь доменів (область 0-а кривій намагниченияна мал.3). У результаті цього відбувається збільшення розмірів тих доменов, магнітні моменти яких складають з напрямок полючи Н менший кут за рахунок доменов, у яких кут між Pm і H більше . При збільшенні Н має місце поворот магнітних моментів доменів у напрямку полюя (область А-1 кривій намагничения на мал.3). При цьому моменти електронів у межах домена повертаються одночасно, без порушення паралельності один одному. Ці процеси є необоротними, що і служить причиною гистерезиса.
Для кожного ферромагнетика мається визначена температура Тс, при якій області спонтанного намагничения розпадаються і речовина утрачає феромагнітні властивості (стає звичайним парамагнетиком). Ця температура називається крапкою Кюрі.
Точки Кюрі деяких речовин:
Сегнетоэлектрики
Речовина Точка Кюрі,C
Метатитанат барію +100
Сегнетова сіль Верхняя +22,5 нижняя 15
Ферромагнетики
Залізо +770
Железо кремнієве (4,3% Si) +690
Кобальт +1130
Нікель +358
Пермаллой (22% Fe, 78% Ni) +550
Гадолиний +16
Магнетит Fe3O4 +572
Сплав Гейслера (61% Cu, 26% Mn, 13% Al) +330
Розглянуто залежність магнітної проникності від напруженості магнітного поля для ферромагнетиків.
Приведені значення температури Кюрі для ряду магнетиків.
Вивчення гистерезиса феромагнітних матеріалів
Дозволяє одержувати петлю гистерезиса феромагнітних матеріалів; визначати коерцетивну силу і роботу перемагнічування за один цикл.
Основи теорії феромагнетизму.
На відміну від діамагнетизму і парамагнетизму, що є властивостями окремих чи атомів молекул речовини, феромагнітні властивості речовини порозуміваються особливостями його кмалталічної структури. Атоми заліза, якщо взяти їх, наприклад, у пароподібному стані, самі по собі диамагнитны чи лише слабко парамагнитні. Феромагнетизм є властивість заліза у твердому стані, тобто властивість кмалталів заліза.
У цьому нас переконує ряд фактів. Насамперед на це вказує залежність магнітних властивостей заліза й інших феромагнітних матеріалів від обробки, що змінює їхня кмалталічна будівля (загартування, отжиг). Далі виявляється, що з парамагнітних і діамагнітних металів можна виготовити сплави, що володіють високими феромагнітними властивостями. Такий, наприклад, сплав Гойслера, що майже не уступає по своїх магнітних властивостях залозу, хоча він складається з таких слабко магнітних металів, як мідь (60%), марганець (25%) і алюміній (15%). З іншого боку, деякі сплави з феромагнітних матеріалів, наприклад сплав з 75% заліза і 25% нікелю, майже не магнитны. Нарешті, самим вагомим
Loading...

 
 

Цікаве