Властивості феромагнетиків
Застосування феромагнетиків в техніці пояснюється їх фізичними властивостями. Вони володіють магнітною проникністю, яка перевищує в багато разів проникність вакууму. У зв'язку з цим всі електротехнічні пристрої, в яких використовуються магнітні поля для перетворення одного виду енергії в інший, мають спеціальні елементи, виконані з феромагнітного матеріалу, здатного проводити магнітний потік.Особливості феромагнетиків
Якими відмінними характеристиками володіють феромагнетики? Властивості і застосування цих речовин пояснюється особливостями внутрішньої будови. Існує пряма залежність між магнітними властивості речовини і елементарними носіями магнетизму, в ролі яких виступають електрони, що рухаються усередині атома. Під час руху по кругових орбітах вони створюють елементарні струми і магнітні диполі, які мають магнітний момент. Його напрямок визначається за правилом буравчика. Магнітний момент тіла є геометричною сумою всіх частин. Крім обертання по кругових орбітах, електрони також рухаються навколо власних осей, створюючи спінові моменти. Саме вони виконують важливу функцію в процесі намагнічування феромагнетиків.Практичне застосування феромагнетиків пов'язано з утворенням в них мимовільних намагнічених областей, у яких паралельна орієнтація спінових моментів. Якщо феромагнетик на розташовується в зовнішньому полі, в такому випадку окремі магнітні моменти мають різні напрямки, їх сума дорівнює нулю і відсутня властивість намагніченості.
Відмінні риси феромагнетиків
Якщо парамагнетики пов'язані з властивостями окремих молекул або атомів речовини, феромагнітні властивості можна пояснити специфікою кристалічної будови. Наприклад, у пароподібному стані атоми заліза незначно диамагнитни, а в твердому стані цей метал є феромагнетиком. В результаті лабораторних досліджень була виявлена залежність між температурою і феромагнітними властивостями. Наприклад, сплав Гойслера, подібному з магнітним властивостям з залізом, даного металу немає. При досягненні точки Кюрі (певного значення температури) феромагнітні властивості зникають. Серед відмінних характеристик можна виділити не тільки високе значення магнітної проникності, а й зв'язок між напруженістю поля і намагніченістю. Взаємодія магнітних моментів окремих атомів ферромагнетика сприяє створенню потужних внутрішніх магнітних полів, які шикуються паралельно один одному. Потужне зовнішнє поле призводить до зміни орієнтації, що і призводить до посилення магнітних властивостей.Природа феромагнетиків
Вченими було встановлено спінова природа ферромагнетизма. При розподілі електронів по енергетичним верствам враховується принцип заборони Паулі. Суть його в тому, що на кожному шарі може перебувати лише їх певну кількість. Результуючі значення орбітальних і спінових магнітних моментів всіх електронів, розташованих на заповненій повністю оболонці, дорівнюють нулю.Хімічні елементи, що мають феромагнітні властивості (нікель, кобальт, залізо), є перехідними елементами таблиці Менделєєва. В їх атомах відбувається порушення алгоритму заповнення електронами оболонок. Спочатку вони потрапляють на верхній шар (s-орбіталь), і тільки після його повного заповнення електрони потрапляють на оболонку, розташовану нижче (d-орбіталь). Масштабне застосування феромагнетиків, основним з яких є залізо, пояснюється зміною будови при попаданні в зовнішнє магнітне поле. Подібними властивостями можуть володіти тільки ті речовини, в атомах яких існують внутрішні недобудовані оболонки. Але цієї умови недостатньо для того, щоб вести мову про феромагнітних характеристиках. Наприклад, хрому, марганцю, платини також існують недобудовані оболонки всередині атомів, але вони є парамагнетиками. Виникнення мимовільної намагніченості пояснюється особливим квантовим дією, яке складно пояснити з допомогою класичної фізики.
Підрозділ
Існує умовний підрозділ таких матеріалів на два типи: жорсткі і м'які феромагнетики. Застосування жорстких матеріалів пов'язано з виготовленням магнітних дисків, стрічок для зберігання інформації. М'які феромагнетики незамінні при створенні електромагнітів, сердечників трансформаторів. Відмінності між двома видами пояснюються особливостями хімічної будови цих речовин.Особливості використання
Розглянемо докладніше деякі приклади застосування феромагнетиків в різноманітних галузях сучасної техніки. Магнитом'які матеріали застосовують в електротехніці для створення електричних двигунів, трансформаторів, генераторів. Крім того, важливо відзначити застосування феромагнетиків такого типу в радіозв'язку та слоботочной техніці.Жорсткі види потрібні для створення постійних магнітів. У разі вимкнення зовнішнього поля у феромагнетиків зберігаються властивості, оскільки не зникає орієнтація елементарних струмів. Саме це властивість пояснює застосування феромагнетиків. Коротко можна сказати, що такі матеріали є основою сучасної техніки. Постійні магніти потрібні при створенні електричних вимірювальних приладів, телефонів, гучномовців, магнітних компасів, звукозаписних апаратів.