Ю., Ташкеева Г.Қ. Физикалық материалтануға кіріспе
жүктеу/скачать 5,26 Mb.
|
| Ферромагнетизм парамагнетизм секілді электрондардың спинді магнитті моментімен байланысты. Парамагнетиктерден айырмашылығы ферромагнетиктерде барлық атомдардың спиндік моменттері белгілі төмен температурада (Тс Кюри температуралары) барлық атомдардың спиндік моменттері бірдей бағытталған және сыртқы магниттік өрістің жаңа жеке микроаумақ (домендер) бар. Домен микрометрге тұйық өлшемді микроаумақтардан құралады, өздігінен Тс төмен температура кезінде қанығуға дейінгі мангитттеледі.
Әртүрлі домендердің магнитттелу векторлары сыртқы өрістің жоқтығында ретсіз бағытталған және өзара компенсацияланады. Сыртқы магниттті өрісті қосқан кезде магниттелу векторлары ақырын өрісті бойлай қайта бағытталады. Бұл үдеріс аяқталғанда (Н≈8 кА/м) магнитттелу JS мен индукция Вm шекті мәнге ие болады. JS мәні Т=ОК-де максимальді. Температураның артуымен JS азаяды және Т=Тс кезінде нөлге тең, ферромагнетик парамагнитті күйге өтеді. Домендердің пайда болуы көрші атомдар энергиясының ауысулары өзара әрекеттесуіне шартталған, бірақ ферромагнетик көлемінің қосынды магнитттік моменті және магнит статикалық энергия (магнит өрісі, қоршаған кеңістікке таралу) бір уақытта артады. Жалпы магнитті энергияның минимизациясы домендерде бұзылу есебінен болады: Спонтанды магниттелу үшін екі шарт сақталуы қажет: Компенсирленген спиндердің болуы; Көрші атомдардағы атомаралық қашықтығының а компенсирленбеген спиндері бар, бар электронды қабықшалардың диаметріне d қатынасы =2÷5 аралықта жатуы тиіс. <2 кезінде ауысушылық өзара әсерлесу көрші спиндердің антипараллельді орналасуына, яғни антиферромагнетизмге алып келеді. <5 ауысушылық өзара әсерлесу домен шегінде әлсізденеді, спиндердің бағытында реттілік болмайды. Дененің күйі парамагниттті болады. Ауысушылық өзара әсерлесудің маңында, кристалдағы көрші атомдардың спиндері арасында оңай магниттелу осі деп аталатын: <100> - КОК үшін, <111> ҚОК және <0,001> ГК үшін қорытқы магнит моменті кейбір ерекше кристалды графикалық бағытты бойлай орналасуы нәтижесінде өзара әсерлесу болады. Магнитті момент энергиясы олар оңай магниттелу бағытына бағытталғанда минималды мәнге ие. Оңай магниттелуден қиын магниттелу бағытындағы магниттелу векторының Ji айналуында сыртқы магнитті өріспен шығындалатын жұмыс магнитті кристаллграфикалық анизотропия энергиясы Еан деп аталады. Әртүрлі бағыттағы домендер бір доменнің бағытынан екінші домен бағытына қарай өтетін спиндер бағыты бір-біріне ауысу аумағымен бөлінген. Бұл ауысу аумақтары көп жағынан поликристалдағы дән шекарасына ұқсас. Олар жоғары энергияға ие және көлемін азайта отырып, домен жаққа жалпы энергияның азаюына өте жоғары энергиялы жүйенің ұмтылуымен ауысады. Шекара қалыңдығы әдетте, домен өлшемінен 1 ретке кіші. Мұндай жұқа магнитті қабыршақтар доменнің реттелген қозғалысын және тіптен магнитті басқаралатын өрісті түзе отырып, доменді шекаралардың жеке фрагменттерін ұйымдастыруға болады. Бұл принциппен цилиндрлік магнитті домендері бар есте сақтау құрылғыларын (ЦМДЕҚ) және жарық сәулесін басқаратын магнитті оптикалық қатарлар жүзеге асырылған. Қолдану аумақтарын анықтайтын магнитті материалдардың маңызды сипатының қатарына шекті гистерезис тұзағы формасы жатады. Жіңішке гистерезис тұзақты және төмен коэрцитивті күш (Нс <2,4÷4,0 кА/м) бар ферромагнетиктер магниттті-жұмсақ, ал жоғары коэфицентті күші бар (Нс >4,0 кА/м) – магниттті-қатты деп аталады. Магнитті шығынның максималді төмендеуі қажет шартында Нс бірнеше ондаған А/м-ден аспауы тиіс. Электрондардың магниттті өзара әсерлесуі атомдар арасындағы қашықтықтың және сәйкесінше, дененің формасы мен өлшемінің өзгеруін тудырады – бұл құбылыс магниттті стрикция деп аталады. Бұл құбылыс магниттті және ауысу күшінің өзгеруімен байланысты және өрістің кернеулігіне, электронды құрылымға – валенттік құрылымға, кристалды графиялық бағытқа, қоспаға және т.б. қатты бағына бермейді. Ферромагнетиктерде магнитті стрикция айтарлықтай шамаға жетеді. Олардағы салыстырмалы ұзару мәнге ие болуы мүмкін. Едәуір жоғары магниттті стрикцияға сирек жер металдары ие. Мысалы, диспрозийде - никельдікіне қарағанда 30 есе жоғары. Әр материалдың магнитті стрикциясы тек абсолютті шамамен ғана емес, өлшемнің өзгеру белгісімен ерекшеленуі мүмкін. Магнитті стрикция ультрадыбысты генераторларда, кідіру желілерінде және т.б. кең қолданыс табуда. Магниттті стрикциямен басқа құбылысты араластырудың қажеті жоқ – деформация кезіндегі ферромагнитті дененің магнитттелуінің өзгеруі (магниттті серпімді эффект). Деформация мен магниттелудің біруақытта әсерлесуімен Нс шамасын өзгертуге , магниттелуді жеңілдетуге және қиындатуға, гистерезис тұзағының формасын өзгертуге болады. Кейбір қатты денелерде көрші атомдар электрондарының ауысушылығының өзара әсерлесуі кейбір температура кезінде (Нель ТN температурасынан төмен температурада) спиндердің антипараллельді орналасуын, антиферромагнетизмді тудырады. ТN жоғары температурада зат парамагнетик болады. Антиферромагнетиктердің мысалы марганец оксиді MnO. Спинді магнитті моменттердің толығымен емес компенсирленген антиферромагнитті орналасуы ферримагнетизм деп аталады. Маңызды феррмагниттік болып ферриттер есептеледі – MFe2O4 жалпы ионды байланысты формула (немесе MO Fe2O3), мұндағы, М – металл. Магнит өрісінің кернеулігі Н (А/м) өткізгіш арқылы өтетін токқа пропорционал. Ол шексіз ұзын түзусызықты өткізгіш үшін Н=I/2πr және тороид пен шексіз ұзын соленоид үшін H=nI формулалары бойынша өрнектелуі мүмкін, мұндағы r – өткізгіштен нүктеге дейінгі қашықтық, n – соленоид ұзындығының бірлігіндегі тармақтар саны, І – өткізгіш арасындағы өтетін ток күші (А). Магнит моменті - М (А·м2). Кез келген зат кернеулігі Н магнит өрісіне орналасқанда магнитттеледі және магнит моментіне ие болады. Оның шамасын магнитометрмен өлшеуге болады. Магнит моментіне айналмалы токқа ие болады: мұндағы M=IS, S – ток контурының ауданы. Магниттелгіштік – J(A/м) көлем бірлігінің мангит моменті J=M/V. Магниттелгіштік магнит өрісінің кернеулігімен J=χмH қатынасы арқылы байланысқан, мұндағы, χм – сыртқы магнит өрісі әсерінен заттың магнит моментін өзгерту қабілетін сипаттайтын шама – магниттті қабылдағыштық, вакуум үшін χм=0. Магнит индукциясы (Тл) – біртекті өрістің күштік сызығына перпендикуляр аудан бірлігі арасындағы өтетін магнитті ағын, В=Ф/S=QR/S формуламен анықталады, мұндағы, Ф – магнит ағыны, Q кедергісі R бар тізбектегі индукцияланған электрлік мөлшері, 1 Тл =1 Кл·Ом/м2. Сыртқы магнит өрісімен магниттелген дене жеке өріс түзеді. Салыстырмалы магнитті өткізгіштік пен магнитті қабылдағыштық µ=1+ χм қанытаспен өзара байланысты. жүктеу/скачать 5,26 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|