Магнитные свойства твердых тел
Магнетизм Любое вещество, будучи помещенным в магнитное поле, приобретает некоторый магнитный момент М ’ [ А м 2 ]. В общем случае под магнитным моментом понимают произведение силы тока, протекающего по замкнутому контуру, на площадь, охватываемую этим контуром. Под магнитным моментом вещества понимают векторную сумму магнитных моментов элементарных токов, протекающих внутри образца.
Магнетизм Магнитный момент единицы объема вещества называется намагниченностью : M = M’ / V [A/ м ], при неравномерном намагничивании образца М = dM’ / dV. Намагниченность – векторная величина, в изотропных телах она направлена либо параллельно, либо антипараллельно напряженности магнитного поля H [A/ м ].
Магнетизм М = Н, где - магнитная восприимчивость, безразмерная величина, характеризующая способность данного вещества намагничиваться в магнитном поле. Силовой характеристикой магнитного поля является магнитная индукция В. За единицу магнитной индукции в СИ принимают такое значение В, при котором на виток площадью 1 м 2 при силе тока 1 А действует максимальный вращающий момент 1 Н м, эта единица получила название «Тесла», Тл: 1 Тл = 1 Н / (Ам).
Диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики По знаку и величине вещества делят на: диамагнетики ( < 0, по модулю – порядка 0,0001 и меньше), парамагнетики ( ≈ 0,01 – 0,00001 ), ферромагнетики ( >> 0 ( до миллионов ), = f(H) ).
Магнетизм Магнитная индукция характеризует плотность магнитного потока. При этом линии магнитного потока всегда замкнуты и никогда не пересекаются между собой.
Магнетизм Фундаментальное свойство магнитного поля – отсутствие магнитных зарядов, из которых могли бы исходить линии магнитного потока. Магнитные поля возникают лишь под действием электрических токов.
Магнетизм Магнитная индукция зависит от свойств среды, в которой распространяется магнитный поток. Намагниченное тело, находящееся во внешнем поле, создает собственное магнитное поле, которое в изотропных материалах направлено параллельно или антипараллельно внешнему полю. Поэтому суммарная магнитная индукция в веществе определяется алгебраической суммой индукций внешнего и собственного полей. В = 0 Н = 0 (+1) Н, - относительная магнитная проницаемость, 0 (магнитная постоянная) = 410 -7 Гн/м, 1 Гн = 1 Вб/А = 1 Тлм 2 /А.
Диамагнетики Висмут ( Bi ) Галлий ( Ga ) Золото ( Au ) Индий ( In ) Кадмий ( Cd ) Медь ( Cu ) Ртуть ( Hg ) Свинец ( Pb ) Серебро ( Ag ) Цинк ( Zn ) Кремний ( Si ) Германий ( Ge ) Графит (С)
Виды магнитных материалов:
Виды магнитных материалов:
Доменная структура ферромагнетиков
Изменение доменной структуры ферромагнетиков в процессе намагничивания
Относительная стабильность одно- и многодоменных частиц.
Магнитокристаллическая анизотропия
Парамагнетики Алюминий ( Al ) Рубидий ( Rb ) Ванадий ( V ) Тантал ( Ta ) Вольфрам ( W ) Титан ( Ti ) Иридий ( Ir ) Торий ( Th ) Магний ( Mg ) Цезий ( Cs ) Молибден ( Mo ) Цирконий ( Zr ) Натрий ( Na ) Ниобий ( Nb ) Олово ( Sn ) Палладий ( Pd ) Платина ( Pt ) Рений ( Re ) Родий ( Rh )
Ферромагнетики Металл Температура Кюри, К Fe 1043 Co 1403 Ni 631 Gd 289 Tb 223 Dy 87 Ho 20 Er 19
Антиферромагнетики Ниже некоторой температуры (точки Нееля) спонтанно возникает антипараллельная ориентация элементарных магнитных моментов одинаковых атомов или ионов кристаллической решетки. Характерна небольшая положительная магнитная восприимчивость (0,001 – 0,00001), которая сильно зависит от температуры. При нагревании антиферромагнетик испытывает фазовый переход в парамагнитное состояние. Примеры: хром ( T N = 310 К), марганец (100 К), Ce, Nd, Sm, Pr, Eu, NiO, MnO, FeO, CoO.
Антиферромагнетики Структура MnO.
Характеристики магнитных материалов: магнитная восприимчивость относительная магнитная проницаемость: = + 1 температура (точка) Кюри кривая намагничивания остаточная индукция B r коэрцитивная сила Н с форма и площадь петли гистерезиса (потери на гистерезис) коэффициент прямоугольности петли гистерезиса: B r / B max
Петля гистерезиса ферромагнетика:
Петля гистерезиса ферромагнетика:
Петли гистерезиса при различных амплитудах внешнего поля:
Зависимость магнитной проницаемости от напряженности магнитного поля для ферромагнетика:
Магнитомягкие материалы (Н с < 4 кА/м): способны намагничиваться до насыщения даже в слабых полях, т.е. для них характерна высокая магнитная проницаемость; имеют малую коэрцитивную силу; узкая петля гистерезиса – малые потери на перемагничивание. Магнитотвердые материалы (материалы для постоянных магнитов, Н с > 4 кА/м): намагничиваются до насыщения в сильных полях; большая коэрцитивная сила; широкая петля гистерезиса – большие потери на перемагничивание.
Размерные эффекты
Размерные эффекты Обратимая кривая намагничивания нанопорошка сплава Ni-Fe-Co.
Размерные эффекты Зависимость коэрцитивной силы от размера частиц Nd-B-Fe постоянного магнита.
Размерные эффекты Зависимость остаточной намагниченности от размера частиц, составляющих Nd-B-Fe постоянный магнит.
Размерные эффекты Зависимость намагниченности насыщения цинкового феррита от размера частиц.
Магнитострикция
Гигантское и колоссальное магнитосопротивление Типы структур с ГМС.
Гигантское и колоссальное магнитосопротивление Температурная зависимость удельного сопротивления образцов La-Ca-Mn-O в нулевом магнитном поле.
Гигантское и колоссальное магнитосопротивление Зависимость удельного сопротивления образцов La-Ca-Mn-O от приложенного магнитного поля в районе точки Кюри (250 К).
Классификация магнитных материалов
Изображение частиц железа на концах ориентированных УНТ в электронном микроскопе.
Магнитные наноструктуры Зависимость коэрцитивной силы наночастиц железа на концах ориентированных нанотрубок от температуры.
Магнитные наноструктуры Зависимость остаточной намагниченности наночастиц железа на концах ориентированных нанотрубок от температуры.
Магнитные наноструктуры Петли гистерезиса для наночастиц железа на концах нанотрубок в параллельном УНТ магнитном поле.
Ферромагнитные жидкости Концы цепочек магнитных наночастиц в перпендикулярном пленке магнитном поле. Гексагональная решетка.
Ферромагнитные жидкости Цепочки магнитных частиц в ферромагнитной жидкости при наложении внешнего поля.
Ферромагнитные жидкости Кривая намагничивания ферромагнитной жидкости на основе наночастиц магнетита Fe 3 O 4.
Ферромагнитные жидкости Гипертермия
Свойства некоторых магнитомягких материалов
Кроме кристаллических твердых тел, в технологии РЭА большое значение имеют: Жидкие кристаллы Стекла Керамика Ситаллы Полимеры
Жидкие кристаллы
