Ферромагнетизм и ферромагнетики

Физика > Ферромагнетизм

 

Изучите природу, явление и теорию ферромагнетизма: что такое ферромагнетики, примеры ферромагнетизма, доменная теория, создание постоянного магнита.

Ферромагнетизм – умение некоторых материалов создавать магниты и притягиваться к магнитам.

Задача обучения

• Найти связь ферромагнетизма и электронной конфигурации.

Основные пункты

• Ферромагнетизм выступает главным механизмом, с которым некоторые материалы формируют постоянные магниты.
• Если ферромагнитный материал подходит близко к магниту, то полюса отдельных атомов первого выравниваются вдоль линий магнитного поля.
• Только в материалах с частично заполненными электронными оболочками возможен ферромагнетизм.

Термины

• Вращение – квантовый момент импульса, связанный с субатомными частичками.
• Дипольный момент – векторное произведение заряда в любом полюсе и дистанция, разделяющая их.
• Электронная оболочка – общее состояние всех электронов в атоме со стабильным квантовым числом.

Пример

Давайте рассмотрим природу ферромагнетизма и ферромагнетиков. Наиболее распространенный пример – холодильник, к которому прикрепляются магнитики.

Ферромагнетизм – главный механизм, с чьей помощью некоторые материалы создают постоянные магниты или притягиваются к ним. В физике есть несколько разновидностей магнетизма. Наиболее сильным выступает ферромагнетизм, срабатывающий в повседневности.

Когда магнит приближается к немагнитным ферромагнитным материалам, то создает мощную локальную намагниченность. Участки внутри материала (домены) функционируют как крошечные барные магниты. В пределах доменов полюса отдельные атомы выравниваются.

Домены небольшие и ориентируются случайно. Под влиянием внешнего магнитного поля могут вырастать до миллиметрового размера и выравниваться. Подобная индуцированная намагниченность способна стать стабильной, если материал нагреть, а затем охладить. Постоянные магниты можно намагнитить внешним магнитным поле, и они останутся такими.

(а) – Немагнитная часть железа обладает случайно ориентированными участками. (b) – При намагничивании внешним полем домены демонстрируют серьезные выравнивания, а некоторые вырастают за счет других. Отдельные атомы выравниваются внутри доменов, и каждый атом функционирует как самостоятельный магнит

Ферромагнетизм возник из фундаментального свойства электрона. В нем есть заряд, создающий дипольный момент, поэтому электрон становится миниатюрным магнитом. Дипольный момент возникает из квантовомеханического вращения. Оно ограничивает электрон двумя позициями: вверх или вниз. Когда эти магнитики выравниваются в единой направленности, то объединяются, чтобы сформировать вычисляемое макроскопическое поле.

Но дипольный момент приравнивается к нулю в материалах с заполненной электронной оболочкой, потому что вращения пребывают в парах. Так что ферромагнетизм возможен лишь в случае частично заполненных оболочек.

Отсюда вывод: только некоторые материалы способны на ферромагнетизм (ферромагнетики). Наименование взято от латинского слова, обозначающего «железо». Они не просто сильно реагируют на магниты, но и сами способны намагничиваться. Их можно индуцировать и трансформировать в постоянные магниты.

В промышленности и современных технологиях ферромагнетизм играет важную роль и используется в электромагнитах, электродвигателях, генераторах, трансформаторах и т.д.

Разнообразные магниты прикреплены к дверце холодильника

---