Przejścia fazowe drugiego rzędu

PRZEJŚCIA FAZOWE (przemiany fazowe), przejścia substancji z jednej fazy do drugiej, zachodzące pod wpływem temperatury, ciśnienia lub pod wpływem jakichkolwiek innych czynników zewnętrznych, na przykład pól magnetycznych lub elektrycznych.

Przejścia fazowe drugiego rzędu to przejścia fazowe, w których drugie pochodne potencjałów termodynamicznych względem ciśnienia i temperatury zmieniają się gwałtownie, podczas gdy ich pierwsze pochodne zmieniają się stopniowo. Wynika z tego w szczególności, że energia i objętość substancji podczas przejścia fazowego drugiego rzędu nie zmieniają się, ale zmienia się jej pojemność cieplna, ściśliwość, różne podatności itp.

Przejściom fazowym drugiego rzędu towarzyszy zmiana symetrii substancji. Zmiana symetrii może być związana z przemieszczeniem atomów określonego typu w sieci krystalicznej lub ze zmianą kolejności substancji.

W większości przypadków faza o większej symetrii (tj. obejmująca wszystkie symetrie innej fazy) odpowiada wyższym temperaturom, ale są wyjątki. Przykładowo, przechodząc przez dolny punkt Curie w soli Rochelle, faza odpowiadająca niższej temperaturze ma symetrię rombową, natomiast faza odpowiadająca wyższej temperaturze ma symetrię jednoskośną.

Aby ilościowo scharakteryzować symetrię podczas przejścia fazowego drugiego rzędu, wprowadza się parametr porządku, który przyjmuje wartości niezerowe w fazie o większej symetrii i jest identycznie równy zeru w fazie nieuporządkowanej.

Temperatura Curie'go

pole magnetyczne temperatury Curie'go

Temperatura Curie to temperatura przejścia fazowego drugiego rzędu związanego z nagłą zmianą właściwości symetrii substancji (na przykład magnetycznych w ferromagnetykach, elektrycznych w całkowicie gnetoelektrycznych, krystalicznych substancji chemicznych w uporządkowanych stopach). Nazwany na cześć P. Curie. W temperaturach poniżej punktu Curie ferromagnetyki wykazują spontaniczne namagnesowanie i pewną symetrię magnetyczno-krystaliczną. W punkcie Curie () intensywność ruchu termicznego atomów ferromagnesu jest wystarczająca, aby zniszczyć jego spontaniczne namagnesowanie („porządek magnetyczny”) i zmienić jego symetrię, w wyniku czego ferromagnetyk staje się paramagnetyczny. Podobnie w przypadku antyferromagnetyków w (tzw. antyferromagnetycznym punkcie Curie lub punkcie Néela) następuje zniszczenie ich charakterystycznej struktury magnetycznej (podsieci magnetycznych) i antyferromagnetyki stają się paramagnetyczne. W całkowicie gnetoelektrykach i antyferroelektrykach termiczny ruch atomów redukuje do zera spontaniczną uporządkowaną orientację dipoli elektrycznych komórek elementarnych sieci krystalicznej. W stopach uporządkowanych, w punkcie Curie (zwanym w przypadku stopów także punktem Kurnakowa) stopień uporządkowania dalekiego zasięgu w układzie atomów (jonów) składników stopu staje się równy zeru.

Zatem we wszystkich przypadkach przejść fazowych drugiego rodzaju (takich jak punkt Curie) w substancji zanika ten lub inny rodzaj „porządku” atomowego (uporządkowana orientacja momentów magnetycznych lub elektrycznych, porządek dalekiego zasięgu w rozkładzie atomów w sieciach krystalicznych w stopach itp.). W pobliżu punktu Curie w substancji zachodzą określone zmiany w wielu właściwościach fizycznych (na przykład pojemności cieplnej, podatności magnetycznej itp.), Osiągając maksimum w temperaturze, która jest zwykle stosowana do dokładnego określenia temperatury przejścia fazowego.

Wartości liczbowe temperatury Curie podano w specjalnych podręcznikach.

Temperaturę Curie można wyznaczyć na podstawie zależności magnetyzacji od temperatury poprzez ekstrapolację stromej części zależności na oś temperatury.

Ponieważ pomiar namagnesowania próbki za pomocą magnetometru odbywa się w dość silnym zewnętrznym polu magnetycznym, w obszarze punktu Curie przejście ferromagnetyczno-paramagnetyczne ulega rozmazaniu ze względu na wzrost wzrostu paraprocesu wraz ze wzrostem temperatury.

Metody oznaczania temperatury Curie

Poniższe są stosunkowo proste i dobrze znane

1) do maksymalnego współczynnika temperaturowego oporu elektrycznego

2) do maksimum ujemnego efektu galwanomagnetycznego (ze względu na proporcjonalność) R)

3) przez zanik samoistnego namagnesowania M(T) lub przez minimalną zależność pochodnej dM/dT

4) po zaniku przepuszczalności początkowej

5) z izotermicznych pomiarów pojemności cieplnej Cmagn(T) w zerowym i niezerowym polu magnetycznym. W punkcie Curie występuje maksimum pochodnej pojemności cieplnej

W artykule przedstawiono metodę wyznaczania punktu Curie, wykorzystując efekt wzrostu podatności w słabych polach magnetycznych wraz ze wzrostem temperatury. Zachowanie podatności h w obszarze punktu Curie opisano zgodnie z istniejącymi teoriami jako:

h ~ g (T - TC)-1 (1)

gdzie r może zmieniać się od 1,26 do 1,4. Z (1) wynika, że ​​przy T > TC wartość h > 0. Maksimum zależności h = h(T) jest widoczne tylko dla czystych substancji ferromagnetycznych. W materiałach heterogenicznych zawierających niedoskonałości i zanieczyszczenia strukturalne krzywa h = h(T) ma rozmyty kształt w obszarze TC. W przypadku ferrimagnetyków, ze względu na wzajemne oddziaływanie nierównoważnych podsieci magnetycznych, maksimum h jest mniej wyraźne w porównaniu z ferromagnetykami. W takim przypadku wskazane jest przyjęcie jako punktu Curie temperatury odpowiadającej punktowi przecięcia prostych, które przybliżają rosnący i zstępujący odcinek zależności w obszarze TC.

Metoda Biełowa-Goryagi wykorzystuje rozwinięcie Landaua potencjału termodynamicznego C na szereg stopni namagnesowania z odpowiednim współczynnikiem dla każdego stopnia.

Do stanu równowagi termodynamicznej

Stosowane są podane wartości

Gdzie M0 jest namagnesowaniem nasycenia, TC jest temperaturą Curie, zależność (2) przekształca się do postaci

Współczynniki po prawej stronie zależności (3) są funkcjami temperatury zredukowanej i rozwijają się w szereg Taylora w pobliżu temperatury Curie, czyli przy φ = 1.

Współczynnik a można wyznaczyć z zależności pola izotermicznego od namagnesowania, a ponieważ w T ? TC a=0, właściwość ta może być wykorzystana do określenia temperatury Curie.

Można zapisać jako:

gdzie $\overrightarrow(S_1)\overrightarrow(S_2)$ to spiny oddziałujących elektronów, $I_(ob)$ to całka interakcji wymiany. Gdy $I_(ob)>0$ energia oddziaływania jest minimalna w przypadku spinów równoległych. Polega ona na oddziaływaniu momentu magnetycznego elektronu ($(\overrightarrow(p))_m$) z polem magnetycznym (indukcja pola wymiany $(\overrightarrow(B))_(ob)$) i jest wyznaczana według wzoru:

Własny moment magnetyczny elektronu ($((\overrightarrow(p))_m)^0$) jest powiązany ze spinem $\overrightarrow(S)\ $ zależnością:

gdzie $q_e$, m to ładunek i masa elektronu. Dzielimy i mnożymy prawą stronę wyrażenia (1) przez $\frac(q_e)(m)$, otrzymujemy:

Załóżmy, że drugi elektron znajduje się w polu magnetycznym, które tworzy pierwszy elektron, wtedy powinniśmy napisać:

Całkowita indukcja pola magnetycznego składa się z indukcji pola bez interakcji wymiany ($\overrightarrow(B)$) i indukcji pola wymiany ($(\overrightarrow(B))_(ob)$). Korzystanie ze znanych zależności:

gdzie $\overrightarrow(J)$ to wektor namagnesowania, $\varkappa $ to podatność magnetyczna, $\mu $ to przenikalność magnetyczna, $(\mu )_0$ to stała magnetyczna, $\overrightarrow(H)$ -- siła pola magnetycznego.

Jeżeli zachodzi interakcja wymiany, wówczas wzór (10) można uogólnić na:

Niech wartość $\lambda $ będzie stałą interakcji wymiany, wtedy możemy założyć, że:

Podstawmy (12) do (11) i otrzymamy:

Zróbmy zamiennik:

gdzie $(\varkappa )"$ charakteryzuje podatność z uwzględnieniem interakcji wymiany ($\varkappa =\frac(C)(T)$).

Przy $T > \lambda C$ substancja zachowuje się jak paramagnetyk. Podatność magnetyczna maleje wraz ze wzrostem temperatury. At $T=\lambda C$ zgodnie z (15) $(\varkappa )"\to \infty .$ Fakt ten oznacza, że ​​najmniejsze pola magnetyczne powodują skończone namagnesowanie. Inaczej mówiąc, przy $T=\lambda C Następuje spontaniczne namagnesowanie, to znaczy paramagnet przekształca się w ferromagnes. Dokładniejsze badania teoretyczne pokazują, że spontaniczne namagnesowanie w temperaturze $T=\lambda C$ zachodzi gwałtownie i wzrasta wraz ze spadkiem temperatury.

Temperatura Curie'go. Prawo Curie-Weissa

Dla każdego ferromagnetyku istnieje temperatura ($T_k$), w której obszary spontanicznego namagnesowania rozpadają się, a substancja traci swoje właściwości ferromagnetyczne i staje się paramagnetyczna. Temperatura ta nazywana jest punktem Curie (lub temperaturą Curie). Może się znacznie różnić dla różnych ferromagnetyków. Zatem dla żelaza $T_(kF_e)=768(\rm()^\circ\!C)$, dla niklu $T_(kN_i)=365(\rm()^\circ\!C)$.

Podatność magnetyczna ferromagnesu jest zgodna z prawem Curie-Weissa:

gdzie wartość $\lambda C=\theta $ nazywana jest temperaturą Curie-Weissa. Z teorii wynika, że ​​przejście fazowe nie zachodzi w temperaturze Curie-Weissa, ale w jej pobliżu. Czasami nie dokonuje się rozróżnienia pomiędzy temperaturą Curie, w której następuje przejście fazowe, a temperaturą Curie-Weissa.

Przykład 1

Zadanie: Korzystając z funkcji Langevina, wskazać obszar spontanicznego namagnesowania ferromagnetyka. W jaki sposób powiązane jest spontaniczne namagnesowanie i temperatura ferromagnesu?

Z teorii Langevina możemy otrzymać następujące dwa równania dla ferromagnetyków:

\ \

gdzie $J_n$ to namagnesowanie nasycenia, $k$ to stała Boltzmanna, $b$ to stała Weissa, $x=\frac(p_m(H+bJ))(kT)$, $p_m$ to moment magnetyczny . Pierwsze równanie jest dogodnie reprezentowane przez krzywą Langevina ($OAA_0$) (ryc. 1). Równanie (1.2) jest linią prostą CA przecinającą oś pionową w punkcie C, której rzędna w punkcie C wynosi -$\frac(H)(b).\ $

Jeżeli temperatura ferromagnesu jest niższa od jego temperatury Curie ($T \[\frac(kTn)(J_nb) W tym przypadku prosta AC przetnie krzywą Langevina w punkcie A, rzędną tego punktu jest namagnesowanie ferromagnesu ($J_1$) Jeśli zmniejszymy natężenie zewnętrznego pola magnetycznego, to punkt C podniesie się do punktu O, a punkt A przesunie się do punktu $A_0.$ Jeśli H=0, to namagnesowanie będzie równe do $J_(0.)$ W temperaturze poniżej punktu Curie ferromagnes ulega samoistnemu namagnesowaniu. Energia ruchu termicznego cząsteczek nie jest wystarczająca, aby przerwać spontaniczne namagnesowanie.

Załóżmy, że nachylenie prostej CA jest większe niż nachylenie krzywej Langevina, czyli $T>T_k$. W obecności zewnętrznego pola magnetycznego prosta SA przyjmie pozycję OD, to znaczy przetnie krzywą Langevina tylko w początku współrzędnych, gdzie namagnesowanie wynosi zero. Nie ma spontanicznego namagnesowania; namagnesowanie jest niszczone przez ruch termiczny.

Przykład 2

Zadanie: Korzystając z funkcji Langevina, oblicz prawo Curie-Weissa.

Skorzystajmy z rysunku 1 (przykład 1). Rozważmy ferromagnetyk o temperaturze $T>T_k.\ $Nie ma magnesowania spontanicznego. Aby namagnesować substancję, należy przyłożyć zewnętrzne pole magnetyczne. Obliczmy namagnesowanie. W tym przypadku prosta AC zajmie pozycję CE i przetnie krzywą Langevina w punkcie $A_1$. Współrzędna punktu $A_1$ wyznaczy namagnesowanie ciała ($J_2$). Otrzymana empirycznie rzędna OS jest równa -$\frac(H)(b)$, jest mała, dlatego też odcinek O$A_1$ krzywej Langevina jest również mały. Oznacza to, że odcinek O$A_1$ można uznać za odcinek prosty i możemy napisać:

\ \

jeśli wprowadzimy wyrażenie na temperaturę Curie:

\[\varkappa =\frac(T_k)(b(T-T_k))=\frac(C)(T-T_k)\ \left(2.6\right),\]

gdzie $С=const.$ Równanie (2.6) jest prawem Curie-Weissa.

O sile magnetyzmu decyduje tzw. „moment magnetyczny” – moment dipolowy wewnątrz atomu, który wynika z momentu pędu i spinu elektronów. Materiały mają różną strukturę własnych momentów magnetycznych w zależności od temperatury. Punkt Curie to temperatura, w której zmieniają się wewnętrzne momenty magnetyczne materiału.

Magnetyzm trwały jest spowodowany wyrównaniem momentów magnetycznych, a magnetyzm indukowany powstaje, gdy nieuporządkowane momenty magnetyczne są zmuszone do wyrównania w przyłożonym polu magnetycznym. Na przykład uporządkowane momenty magnetyczne (ferromagnetyczne) zmieniają się i stają się nieuporządkowane (paramagnetyczne) w temperaturze Curie. Wyższe temperatury osłabiają magnesy, ponieważ magnetyzm spontaniczny występuje dopiero poniżej temperatury Curie - jest to jedna z głównych cech takich spontanicznych zjawisk. Podatność magnetyczną powyżej temperatury Curie można obliczyć za pomocą prawa Curie-Weissa, które wynika z prawa Curie.

Zastosowanie i formuły

Przez analogię do materiałów ferromagnetycznych i paramagnetycznych, temperaturę Curie można również zastosować do opisania ferroelektryczności i paraelektryczności. W tym kontekście parametr porządku reprezentuje polaryzację elektryczną, która zmienia się od wartości skończonej do zera, gdy temperatura wzrasta powyżej temperatury Curie.

Momenty magnetyczne to trwałe momenty dipolowe wewnątrz atomu, które zawierają moment elektronowy zgodnie z zależnością μl = el / 2me, gdzie me to masa elektronu, μl to moment magnetyczny, l to moment pędu, bez którego trudno obliczyć temperaturę Curie; zależność ta nazywa się żyromagnetyczną.

Elektrony w atomie wnoszą momenty magnetyczne z własnego momentu pędu i pędu orbitalnego wokół jądra. Momenty magnetyczne z jądra są nieznaczne, w przeciwieństwie do momentów magnetycznych elektronów. Udział ciepła powoduje, że wyższe energie elektronów zakłócają porządek i niszczą wyrównanie pomiędzy dipolami.

Osobliwości

Materiały ferrimagnetyczne i antyferromagnetyczne mają różną strukturę momentu magnetycznego. Przy określonej temperaturze Curie materiału właściwości te ulegają zmianie. Przejście od antyferromagnetycznego do paramagnetycznego (lub odwrotnie) następuje w temperaturze Néela, która jest podobna do temperatury Curie - jest to w istocie główny warunek takiego przejścia.

Struktury ferromagnetyczne, paramagnetyczne, ferrimagnetyczne i antyferromagnetyczne składają się z własnych momentów magnetycznych. Jeśli wszystkie elektrony w strukturze są sparowane, momenty te znoszą się z powodu ich przeciwnych spinów i momentów kątowych. Zatem nawet po przyłożeniu pola magnetycznego materiały te mają odmienne właściwości i nie mają temperatury Curie – np. żelazo wykorzystuje zupełnie inną temperaturę.

Materiał jest paramagnetyczny tylko powyżej temperatury Curie. Materiały paramagnetyczne są niemagnetyczne, gdy nie ma pola magnetycznego, i magnetyczne, gdy przyłożone jest pole magnetyczne. Kiedy nie ma pola magnetycznego, materiał ma nieuporządkowane momenty magnetyczne; to znaczy, że atomy są asymetryczne i nie są wyrównane. Gdy występuje pole magnetyczne, momenty magnetyczne są chwilowo przestawiane równolegle do przyłożonego pola, atomy są symetryczne i wyrównane. Momenty magnetyczne ustawione w jednym kierunku powodują indukowane pole magnetyczne.

W przypadku paramagnetyzmu ta reakcja na przyłożone pole magnetyczne jest dodatnia i nazywana jest podatnością magnetyczną. Podatność magnetyczna ma zastosowanie tylko powyżej temperatury Curie dla stanów nieuporządkowanych.

Poza punktem Curie

Powyżej temperatury Curie atomy są wzbudzane, a orientacje spinów stają się losowe, ale można je zmienić w zależności od przyłożonego pola, tj. materiał staje się paramagnetyczny. Wszystko poniżej temperatury Curie to przestrzeń, której wewnętrzna struktura przeszła już przemianę fazową, atomy są uporządkowane, a sam materiał stał się ferromagnetyczny. Pola magnetyczne indukowane przez materiały paramagnetyczne są bardzo słabe w porównaniu z polami magnetycznymi materiałów ferromagnetycznych.

Materiały są ferromagnetyczne tylko poniżej ich odpowiednich temperatur Curie. Materiały ferromagnetyczne są magnetyczne przy braku przyłożonego pola magnetycznego.

Gdy nie ma pola magnetycznego, materiał ulega namagnesowaniu spontanicznemu, wynikającemu z uporządkowanych momentów magnetycznych. Oznacza to, że w przypadku ferromagnetyzmu atomy są symetryczne i ustawione w tym samym kierunku, tworząc stałe pole magnetyczne.

Temperatura Curie dla ferromagnetyków

Oddziaływania magnetyczne są utrzymywane razem poprzez interakcje wymiany; w przeciwnym razie zaburzenie termiczne przezwyciężyłoby momenty magnetyczne. Prawdopodobieństwo interakcji wymiany ma zerowe, że równoległe elektrony zajmują ten sam punkt w czasie, co sugeruje preferowane równoległe ustawienie w materiale. Czynnik Boltzmanna wnosi znaczący wkład, ponieważ preferuje, aby oddziałujące cząstki były ustawione w tym samym kierunku. Powoduje to, że ferromagnesy mają silne pola magnetyczne i wysoką temperaturę Curie wynoszącą około 1000 K.

Materiały ferrimagnetyczne są magnetyczne przy braku przyłożonego pola magnetycznego i składają się z dwóch różnych jonów.

Spontaniczny magnetyzm

Gdy nie ma pola magnetycznego, materiał ma magnetyzm spontaniczny wynikający z uporządkowanych momentów magnetycznych; te. w przypadku ferrimagnetyzmu momenty magnetyczne tego samego momentu jonowego są ustawione w jednym kierunku z pewną wielkością, a momenty magnetyczne innego jonu są ustawione w przeciwnym kierunku z inną wielkością. Ponieważ momenty magnetyczne mają różną wielkość w przeciwnych kierunkach, istnieje magnetyzm spontaniczny i występuje pole magnetyczne.

Co dzieje się poniżej punktu Curie?

Według współczesnych ferroelektryków temperatura Curie ma swoje ograniczenia. Podobnie jak materiały ferromagnetyczne, oddziaływania magnetyczne są utrzymywane razem poprzez interakcje wymiany. Jednakże orientacje momentów są antyrównoległe, co skutkuje uzyskaniem pędu poprzez odjęcie ich pędu od siebie.

Poniżej temperatury Curie atomy każdego jonu są ułożone równolegle z różnymi pędami, powodując spontaniczny magnetyzm; materiał jest ferrimagnetyczny. Powyżej temperatury Curie materiał jest paramagnetyczny, ponieważ atomy tracą swoje uporządkowane momenty magnetyczne, gdy materiał ulega zmianie fazowej.

Temperatura i magnetyzm Néela

Materiał ma równe momenty magnetyczne ustawione w przeciwnych kierunkach, co skutkuje zerowym momentem magnetycznym i zerowym magnetyzmem we wszystkich temperaturach poniżej temperatury Néela. Materiały antyferromagnetyczne są słabo namagnesowane przy braku pola magnetycznego.

Podobnie jak materiały ferromagnetyczne, oddziaływania magnetyczne są utrzymywane razem poprzez interakcje wymiany, zapobiegając przezwyciężeniu zaburzeń termicznych przez słabe interakcje momentów magnetycznych. Kiedy pojawia się zaburzenie, ma to miejsce w temperaturze Néela.

Przejście żelaza ze stanu ferromagnetycznego do paramagnetycznego

Przejście żelaza ze stanu ferromagnetycznego do paramagnetycznego można łatwo wykazać za pomocą najprostszych środków. Wziąłem trochę zwiniętego żelaznego drutu o grubości około milimetra (tego, jakiego używa się do mocowania korków butelek szampana) i przywiązałem go długim kawałkiem bardzo cienkiego miedzianego drutu do szyjki butelki. Z boku przyczepiłem magnes wyjęty ze starego radia.

Konieczne było umieszczenie żelaznego drutu w pobliżu magnesu, aby „unosił się w powietrzu”: z jednej strony przyciągał go magnes, ale drut miedziany uniemożliwiał zbliżenie się żelaza. Następnie odsunąłem żelazny drut od magnesu, tak aby nadal wisiał w powietrzu, ale był bliski upadku.

Opisane manipulacje nie były łatwe do przeprowadzenia: po raz kolejny jesteś przekonany, że pole magnetyczne daje silne przyciąganie, ale wraz z odległością szybko słabnie. Jeśli przesuniesz żelazny drut nieco bliżej, będzie on mocno przylegał do magnesu, nieco dalej i upadnie pod własnym ciężarem.

Magnetyzm nie jest grawitacją. Z jednej strony siły grawitacyjne są słabe: można podnieść kamień, który przyciąga całą Ziemię – ogromną planetę. Ale z drugiej strony przed grawitacją Ziemi nie da się uciec – nawet na Księżycu: wraz z odległością siła grawitacji maleje znacznie wolniej niż magnetyzm.

Pamiętam wydarzenie opisane w książce Niesamowita fizyka .

„...powstał fantastyczny projekt ratowania statków przed kulami armatnimi wroga. Pomysł polegał na zainstalowaniu na statku, okrytym grubym pancerzem, potężnych magnesów w stronę wroga. Kule armatnie wroga miały być przyciągane przez pobliski magnes, odwracać się w jego kierunku i przebić się przez mocny pancerz. Pozostałe części statku mogą pozostać bez ochrony.

W zasadzie wszystko było w porządku, z tym wyjątkiem, że nawet najpotężniejszy magnes nie jest w stanie działać na dużą odległość. Wyobraźmy sobie, że mamy magnes, który jest w stanie przyciągnąć 10 ton żelaza z odległości 1 cm. Jest to bardzo silny magnes. Jeśli więc przesuniemy użyteczny przedmiot o kolejny 1 cm, siła przyciągania spadnie 8 razy! W odległości 1 m siła przyciągania spadnie 1 000 000 razy i nie można mówić o przyciąganiu jąder.

Ale w zeszłym stuleciu nie wiedzieli jeszcze, jak obliczyć siłę magnesów, a mimo to taki magnes pancerza zbudowano w 1887 roku. Magnes ten przyciągał stalową płytkę, tak że do jej oderwania potrzebna była siła 10 ton 120-kilogramowe rdzenie wisiały pojedynczo za drugim na biegunie magnesu. Jednak w odległości 2 m od magnesu ludzie, którzy mieli w kieszeniach stalowe przedmioty, ledwo odczuwali działanie magnesu. Nie było co myśleć o przyciąganiu rdzeni wroga. To prawda, że ​​​​taki magnes działał na igłę kompasu w odległości 10 km. "

Teraz zacznijmy eksperyment. Zwinięty żelazny drut „unosił się” w pobliżu magnesu: ferromagnes jest przyciągany przez pole magnetyczne i ma tendencję do zbliżania się do magnesu. Tylko drut miedziany powstrzymuje go przed zrobieniem tego. Co się stanie, jeśli ferromagnes zamieni się w paramagnetyk? Wziąłem latarkę i skierowałem płomień na żelazny drut (starając się nie dotknąć płomieniem magnesu). Drut zaświecił się na czerwono (częściowo na żółto), zaczął powoli oddalać się od magnesu – „zwisał” i w końcu opadł. Po ostygnięciu drut zaczął ponownie przyciągać się do magnesu i doświadczenie można było powtarzać wielokrotnie.

Po podgrzaniu drutu żelazo osiągnęło temperaturę Curie i stało się paramagnetyczne. Przyciąganie magnesu pozostało, ale gwałtownie osłabło - w rezultacie drut spadł pod własnym ciężarem. Kiedy drut opuścił płomień, szybko ostygł i ponownie stał się ferromagnesem: zostałby ponownie przyciągnięty do magnesu, gdyby nie odsunął się od niego podczas spadania.

Ale może ogrzewanie nie ma z tym nic wspólnego: strumień gazów z palnika po prostu „wydmuchnął” drut? Przeprowadziłem eksperyment kontrolny: maksymalnie otworzyłem dopływ gazu, ale nie zapaliłem płomienia. Kiedy skierowałem przepływ na drut „wisający” w pobliżu magnesu, nie zrobiło to na nim żadnego wrażenia.

Przypomnę, że dla żelaza temperatura Curie wynosi 770°C – z praktycznego punktu widzenia to całkiem sporo. Dlatego do eksperymentu wybrano lekki drut żelazny – trudniej byłoby ogrzać do punktu Curie bardziej masywny obiekt. Nawet w przypadku drutu tylko jego część osiągnęła punkt Curie, ale to wystarczy - najważniejsze jest podgrzanie płomieniem dokładnie tych odcinków drutu, które są najbliżej magnesu (pamiętaj, że siły magnetyczne mają krótki zasięg: przyciąganie odległych odcinków drutu do magnesu nie jest wystarczające, aby utrzymać go w powietrzu). W każdym razie potrzebny jest dobry palnik ze stosunkowo wąskim płomieniem.

_______________________________________________

Ferromagnetyki to substancje, które poniżej pewnej temperatury (punktu Curie) wykazują samoistne namagnesowanie przy braku zewnętrznego pola magnetycznego (x>1, przy niskich t° mają samoistne namagnesowanie, które ulega znacznym zmianom pod wpływem sił zewnętrznych, charakterystyczna jest histereza ).

Histereza magnetyczna to opóźnienie indukcji magnetycznej od zewnętrznego pola magnesującego, spowodowane tym, że indukcja magnetyczna zależy od jej poprzedniej wartości. Konsekwencja nieodwracalności procesów magnesowania.

Domena to makroskopowy obszar w krysztale magnetycznym, w którym orientacja wektora spontanicznego równomiernego namagnesowania (w t° poniżej punktu Curie) jest obrócona lub przesunięta w określony sposób względem kierunków odpowiedniego wektora w sąsiednich domenach.

Punkt Curie to temperatura przejścia fazowego drugiego rzędu, związanego z nagłą zmianą właściwości symetrii substancji (w ferromagnetykach - magnetycznej).

W ferromagnetykach ze względu na duży parametr sieci krystalicznej, w stanie silnego nakładania się funkcji falowych elektronów o spinach antyrównoległych, powstaje energia odpychania elektrostatycznego, która znacznie zwiększa energię układu w stosunku do energii minimalnej przy ściskaniu funkcje falowe elektronów w oddzielne stany o równoległych orientacjach spinów.

Swobodne tłumione oscylacje elektromagnetyczne.

Oscylacje tłumione - oscylacje, energia kota. maleje z biegiem czasu.

Charakteryzuje się tym, że amplituda oscylacji A wynosi funkcja malejąca. Zazwyczaj tłumienie następuje pod wpływem sił oporu ośrodka, najczęściej wyrażanych jako liniowa zależność od prędkości oscylacji lub jej kwadratu.

– wartość amplitudy ładunków w chwili t = 0

45. Licznik oscylacyjny energii. Swobodne, nietłumione oscylacje elektromagnetyczne.

Elektromagnetyczny Oscylacje to wielkości elektryczne i magnetyczne w obwodzie elektrycznym, które okresowo zmieniają się w czasie.

Idealny obwód oscylacyjny jest elektryczny. obwód składa się z cewki o indukcyjności L i kondensatora o pojemności C. (W rzeczywistym obwodzie występuje rezystancja R). Opór elektryczny idealnego obwodu = 0.

Swobodne oscylacje elektromagnetyczne w obwodzie - okresowe zmiany ładunku na uzwojeniach kondensatora, natężenia prądu i napięcia w obwodzie zachodzą bez zużywania energii ze źródeł zewnętrznych.

To. występowanie swobodnych oscylacji elektromagnetycznych w obwodzie wynika z ładowania kondensatora i występowania samoindukcyjnego pola elektromagnetycznego w cewce, co zapewnia to „doładowanie”. Oscylacje zachodzą harmonijnie. prawo.