Badanie właściwości magnetycznych ciał stałych.

Badanie właściwości magnetycznych ciał stałych.
Wstęp teoretyczny:
Wszystkie substancje wykazują własności magnetyczne, jednak różnią się siłą oddziaływania z polem magnetycznym. Na podstawie definicji przenikalności magnetycznej ośrodka substancje można podzielić na diamagnetyki, paramagnetyki oraz magnetyki. Pole magnetyczne w substancji izotropowej może być scharakteryzowane za pomocą wektora indukcji B=μB0. Bezmianowy współczynnik μ nosi nazwę przenikalności magnetycznej substancji i określa on ile razy wzrasta pole magnetyczne w danym materiale w stosunku do pola magnetycznego w próżni. Dla diamagnetyków μ jest nieco mniejsze, dla paramagnetyków μ nieco większe od 1, natomiast dla ferromagnetyków (magnetyki) przenikalność magnetyczna może wynosić nawet kilkadziesiąt tysięcy. Wewnętrzne pole magnetyczne pochodzi od prądów molekularnych czyli naładowanych i poruczających się cząsteczek w atomach. Elektrony posiadają tzw. spinowe momenty magnetyczne i orbitalne momenty magnetyczne. Naładowane i obracające się jądro również wytwarza pole magnetyczne chociaż słabsze niż to od elektronowego. Dlatego wszystkie atomy danej substancji umieszczone w zewnętrznym polu magnetycznym mają tendencje do ustawiania się spinami w określonym kierunku. W ten sposób tworzą pole magnetyczne substancji będące wypadkową atomowych pól magnetycznych. Substancje magnesują się niejednakowo silnie, ponieważ różnią się między sobą liczbą elektronów w atomach, budową atomów, oraz różnie oddziałują ze sobą kiedy są różnie rozmieszczone w przestrzeni. Diamagnetyki magnetyzują się bardzo słabo. Paramagnetyki to substancje, które mają nieparzystą liczbę elektronów lub częściowo zapełnione powłoki. Przykładami są jony metali przejściowych (Mn2+, Fe3+, V4+), jony metali ziem rzadkich (Cd3+, Ce3+, Nd3+) i aktynowce (np. U4+). Magnetyzacja próbki wynosi , gdzie V-objętość, a µ moment magnetyczny. Paramagnetyki podlegają prawu Piera-Curie, które określa jak zmienia się magnetyzacja pod wpływem pola magnetycznego i temperatury: , gdzie C stała. Prawo to pokrywa się z krzywą doświadczalną dla stosunkowo niewielkich stosunków B do T. Ponieważ nie możemy magnetyzować ciał w nieskończoność i występuje magnetyzacja maksymalna do której dąży wartość funkcji. Dla najbardziej interesujące są magnetyki. Magnetyki dzielą się na ferromagnetyki, antiferromagnetyki i ferrimagnetyki. Ponieważ najbardziej powszechne są ferromagnetyki (często się je nawet nazywa magnetykami), omówimy ich właściwości. Przykłady Ferromagnetyków to atomy pierwiastków, gdzie największą rolę odgrywają spinowe momenty magnetyczne elektronów: Fe, Co, Ni, Gd, Dy. Substancje te składają się z domen wielkości około 10µm w których wszystkie spinowe momenty magnetyczne elektronów ustawione są jednakowo. W domenach działają siły sprężania wymiennego, a ruchy termiczne są ograniczone. Ferromagnetyki wzmacniają pole, w którym zostały umieszczone.

(…)

…. Ferromagnetyki wzmacniają pole, w którym zostały umieszczone.
Naszym zadaniem było wyznaczenie temperatury Curie - czyli temperatury po przekroczeniu której ferromagnetyk staje się zwykłym paramagnetykiem, mówiąc mikroskopowo: ruch cieplny cząsteczek ferromagnetyka staje się tak intensywny, że powoduje rozpad obszarów samorzutnego namagnesowania, a siły sprężania wymiennego przestają działać. Aby wyznaczyć…
... zobacz całą notatkę