Определение температуры фазового перехода ферромагнетик-парамагнетик
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТАОпределение температуры фазового перехода ферримагнетик-парамагнетикЦель работы: определить температуру Нееля для ферримагнетика (ферритового стержня)Краткие теоретические сведенияВсякое вещество является магнетиком, т.е. способно под воздействием на него магнитного поля приобретать магнитный момент. Таким образом вещество создает магнитное поле , которое накладывается на внешнее поле . Оба поля в сумме дают результирующее поле:Намагничивание магнетика характеризуют магнитным моментом единицы объема. Эту величину называют вектором намагничиваниягде - магнитный момент отдельной молекулы. Вектор намагничивания связан с напряженностью магнитного поля следующим соотношением:где - характерная для данного вещества величина, называемая магнитной восприимчивостью.Вектор магнитной индукции связан с напряженностью магнитного поля:, или Безразмерная величина называется относительной магнитной проницаемостью.Все вещества по магнитным свойствам могут быть разделены на три класса:парамагнетики > 1 в которых намагниченность увеличивает суммарное поле диамагнетики < 1 в которых намагниченность вещества уменьшает суммарное поле ферромагнетики >> 1 намагниченность увеличивает суммарное магнитное поле. Вещество является ферромагнетиком, если оно обладает самопроизвольным магнитным моментом даже в отсутствие внешнего магнитного поля. Намагниченность насыщения ферромагнетика IS определяется как самопроизвольный магнитный момент единицы объема вещества.Ферромагнетизм наблюдается у 3d -металлов (Fe, Ni, Co) и 4f металлов (Gd, Tb, Er, Dy, Ho, Tm), кроме того имеется огромное количество ферромагнитных сплавов. Интересно отметить, что ферромагнетизмом обладают только 9 перечисленных выше чистых металлов. Все они имеют недостроенные d- или f- оболочки.Ферромагнитные свойства вещества объясняются тем, что между атомами этого вещества существует особое взаимодействие, не имеющее места в диа- и парамагнетиках, приводящее к тому, что ионные или атомные магнитные моменты соседних атомов ориентируются в одном направлении. Физическая природа этого особого взаимодействия, получившего название обменного, была установлена Я.И. Френкелем и В. Гейзенбергом в 30-х годах XX века на основе квантовой механики. Исследование взаимодействия двух атомов с точки зрения квантовой механики показывает, что энергия взаимодействия атомов i и j , имеющих спиновые моменты Si и Sj , содержит член, обусловленный обменным взаимодействием:,где J – обменный интеграл, наличие которого связано с перекрытием электронных оболочек атомов i и j. Значение обменного интеграла сильно зависит от межатомного расстояния в кристалле (периода кристаллической решетки). У ферромагнетиков J>0, в случае, если J<0 вещество является антиферромагнетиком, а при J=0 – парамагнетиком. Обменная энергия не имеет классического аналога, хотя и имеет электростатическое происхождение. Она характеризует различие в энергии кулоновского взаимодействия системы в случаях, когда спины параллельны и когда они антипараллельны. Это является следствием принципа Паули. В квантово-механической системе изменение относительной ориентации двух спинов должно сопровождаться изменением пространственного распределения заряда в области перекрытия. При температуре Т=0 К спины всех атомов должны быть ориентированы одинаково, при повышении температуры упорядоченность в ориентации спинов уменьшается. Существует критическая температура, называема температурой (точкой) Кюри ТС, при которой исчезает корреляция в ориентациях отдельных спинов, - вещество из ферромагнетика становится парамагнетиком. Можно выделить три условия благоприятствующие возникновению ферромагнетизманаличие у атомов вещества значительных собственных магнитных моментов (это возможно только в атомах с недостроенными d- или f- оболочками); обменный интеграл для данного кристалла должен быть положительным; плотность состояний в d- и f-зонах должна быть велика. Магнитная восприимчивость ферромагнетика подчиняется закону Кюри-Вейсса:, С – постоянная Кюри.Ферромагнетизм тел, состоящих из большого числа атомов, обусловлен наличием макроскопических объемов вещества (доменов), в которых магнитные момент...
Другие файлы:
Опыты Эндрюса
Жидкая и газообразная фазы вещества. Экспериментальное исследование Томаса Эндрюса фазового перехода двуокиси углерода. Взаимодействие молекул друг с...
Вольтамперная характеристика p-n-перехода
Свойства полупроводниковых материалов, применяемых для производства транзисторов и диодов. Понятие электронно-дырочного перехода (n-p-перехода), опред...
Расчет температуры цилиндрических стенок
Определение линейного теплового потока методом последовательных приближений. Определение температуры стенки со стороны воды и температуры между слоями...
Изменение диэлектрических свойств сегнетоэлектриков, внедрённых в пористые плёнки Al2O3
Изучение свойств пористых материалов. Исследование изменения диэлектрических характеристик и температуры фазового перехода сегнетовой соли и триглицин...
Фазовые переходы
Понятие и содержание процесса фазового перехода первого рода как изменения агрегатного состояния вещества. Основные стадии данного перехода и его особ...
