18-10-2018 06:38

Температура Кюри - это... Определение, особенности и формула

Сила магнетизма определяется так называемым "магнитным моментом" - дипольным моментом внутри атома, который исходит из углового момента и спина электронов. Материалы имеют разные структуры собственных магнитных моментов, зависящих от температуры. Точка Кюри - это температура, при которой изменяются собственные магнитные моменты материала.

Постоянный магнетизм обусловлен выравниванием магнитных моментов, и индуцированный магнетизм создается, когда неупорядоченные магнитные моменты вынуждены выравниваться в приложенном магнитном поле. Например, упорядоченные магнитные моменты (ферромагнитные) меняются и становятся неупорядоченными (парамагнитными) при температуре Кюри. Более высокие температуры делают магниты слабее, поскольку спонтанный магнетизм происходит только ниже температуры Кюри - это одна из главный особенностей подобных спонтанных явлений. Магнитная восприимчивость выше температуры Кюри может быть рассчитана по закону Кюри-Вейсса, который получен из закона Кюри.

Использование и формулы

Политические революции в РоссииВам будет интересно:Политические революции в России

По аналогии с ферромагнитными и парамагнитными материалами температуру Кюри можно также использовать для описания фазового перехода между сегнетоэлектричеством и параэлектричеством. В этом контексте параметр порядка представляет собой электрическую поляризацию, которая переходит от конечного значения к нулю, когда температура повышается выше температуры Кюри.

Федор Михайлович Достоевский: хронологическая таблица, биография и "Пятикнижие"Вам будет интересно:Федор Михайлович Достоевский: хронологическая таблица, биография и "Пятикнижие"

Магнитные моменты представляют собой постоянные дипольные моменты внутри атома, которые содержат электронный момент по соотношению μl = el / 2me, где me - масса электрона, μl - магнитный момент, l ì - момент количества движения, без которого трудно высчитать температуру Кюри; это отношение называется гиромагнитным.

Электроны в атоме вносят магнитные моменты из собственного углового момента и из их орбитального момента вокруг ядра. Магнитные моменты от ядра незначительны в отличие от магнитных моментов от электронов. Тепловые вклады приводят к появлению более высоких энергий электронов, нарушающих порядок и разрушение выравнивания между диполями.

Особенности

Ферромагнитные, парамагнитные, ферримагнитные и антиферромагнитные материалы имеют разные структуры магнитного момента. При определенной температуре Кюри материала эти свойства меняются. Переход от антиферромагнитного к парамагнитному (или наоборот) происходит при температуре Нееля, которая аналогична температуре Кюри - это, в сущности, главное условие подобного перехода.

Ферромагнитная, парамагнитная, ферримагнитная и антиферромагнитная структуры состоят из собственных магнитных моментов. Если все электроны внутри структуры спарены, эти моменты компенсируются из-за их противоположных спинов и угловых моментов. Таким образом, даже при приложении магнитного поля эти материалы имеют разные свойства и не имеют температуры Кюри - для железа, например, используется совсем другая температура.

Материал парамагнитен только выше его температуры Кюри. Парамагнитные материалы немагнитны, когда магнитное поле отсутствует и магнитно при приложении магнитного поля. Когда магнитное поле отсутствует, материал имеет неупорядоченные магнитные моменты; то есть атомы асимметричны и не выровнены. Когда присутствует магнитное поле, магнитные моменты временно перестраиваются параллельно приложенному полю, атомы симметричны и выровнены. Магнитные моменты, выровненные в одном направлении, являются причиной индуцированного магнитного поля.

Для парамагнетизма эта реакция на приложенное магнитное поле положительна и известна как магнитная восприимчивость. Магнитная восприимчивость применяется только выше температуры Кюри для неупорядоченных состояний.

За пределами точки Кюри

Выше температуры Кюри возбуждаются атомы, и ориентации спинов становятся рандомизированными, но могут быть перестроены приложенным полем, т.е. материал становится парамагнитным. Все, что ниже температуры Кюри, - это пространство, внутренняя структура которого уже претерпела фазовый переход, атомы упорядочены и сам материал стал ферромагнитным. Магнитные поля, индуцированные парамагнитными материалами, очень слабы по сравнению с магнитными полями ферромагнитных материалов.

Материалы только ферромагнитны ниже их соответствующих температур Кюри. Ферромагнитные материалы являются магнитными в отсутствие приложенного магнитного поля.

Когда магнитное поле отсутствует, материал имеет спонтанную намагниченность, являющуюся результатом упорядоченных магнитных моментов. Т. е. для ферромагнетизма атомы симметричны и выровнены в одном направлении, создавая постоянное магнитное поле.

Температура кюри для ферромагнетиков

Магнитные взаимодействия удерживаются вместе обменными взаимодействиями; иначе тепловой беспорядок преодолел бы слабое взаимодействие магнитных моментов. Обменное взаимодействие имеет нулевую вероятность параллельных электронов, занимающих одну и ту же точку во времени, что подразумевает предпочтительное параллельное выравнивание в материале. Фактор Больцмана вносит значительный вклад, поскольку он предпочитает, чтобы взаимодействующие частицы были выровнены в одном направлении. Это приводит к тому, что ферромагнетики имеют сильные магнитные поля и высокие определения температуры Кюри около 1000 К.

Ферримагнитные материалы являются магнитными в отсутствие приложенного магнитного поля и состоят из двух разных ионов.

Спонтанный магнетизм

Когда магнитное поле отсутствует, материал имеет спонтанный магнетизм, являющийся результатом упорядоченных магнитных моментов; т.е. для ферримагнетизма магнитные моменты одного и того же ионного момента выровнены в одном направлении с определенной величиной, а магнитные моменты другого иона направлены в противоположном направлении с другой величиной. Поскольку магнитные моменты имеют разные величины в противоположных направлениях, существует спонтанный магнетизм и присутствует магнитное поле.

Что происходит ниже точки Кюри?

Как утверждает современная сегнетоэлектрика, температура Кюри имеет свои ограничения. Подобно ферромагнитным материалам магнитные взаимодействия удерживаются вместе обменными взаимодействиями. Однако ориентации моментов являются антипараллельными, что приводит к чистым импульсом, вычитая их импульс друг от друга.

Ниже температуры Кюри атомы каждого иона выровнены параллельно с разными импульсами, вызывающими спонтанный магнетизм; материал является ферримагнитным. Над температурой Кюри материал парамагнитен, поскольку атомы теряют свои упорядоченные магнитные моменты, когда материал подвергается фазовому переходу.

Температура Нееля и магнетизм

Материал имеет равные магнитные моменты, выровненные в противоположных направлениях, что приводит к нулю магнитного момента и нулевого магнетизма при всех температурах ниже температуры Нееля. Антиферромагнитные материалы слабо намагничены в отсутствие магнитного поля.

Подобно ферромагнитным материалам магнитные взаимодействия удерживаются вместе обменными взаимодействиями, предотвращающими тепловой беспорядок от преодоления слабых взаимодействий магнитных моментов. Когда происходит беспорядок, он находится при температуре Нееля.



Источник