Die Natur der Magnete

Die Natur der Magnete

1. Antimagnetisch

Festkörper zeigen Diamagnetismus, wenn die Magnetisierung M negativ ist. Metalle wie Bi, Cu, Ag und Au haben solche Eigenschaften. Im äußeren Magnetfeld ist die magnetische Induktionsstärke innerhalb des magnetisierten Mediums kleiner als die magnetische Induktionsstärke M im Vakuum. Das magnetische Moment der Atome (Ionen) diamagnetischer Substanzen sollte Null sein, dh es gibt kein permanentes magnetisches Moment. Wenn das diamagnetische Material in ein externes Magnetfeld gebracht wird, ändert das externe Magnetfeld die Elektronenbahn und induziert ein magnetisches Moment entgegengesetzt zur Richtung des externen Magnetfelds, was als Diamagnetismus ausgedrückt wird. Daher entsteht Diamagnetismus aus der Änderung des Orbitalzustands der Elektronen in Atomen. Die diamagnetische Fähigkeit von diamagnetischen Materialien ist im Allgemeinen schwach,

2. Paramagnetisch

Das Hauptmerkmal paramagnetischer Materialien besteht darin, dass es im Inneren der Atome ein permanentes magnetisches Moment gibt, unabhängig davon, ob ein externes Magnetfeld vorhanden ist oder nicht. In Abwesenheit eines äußeren Magnetfeldes entsteht jedoch aufgrund der unregelmäßigen thermischen Schwingung der Atome der paramagnetischen Substanz der makroskopisch nicht magnetische sehr schwache Magnetismus. Die Magnetisierung ist positiv in die gleiche Richtung wie das äußere Magnetfeld und ist streng proportional zum äußeren Magnetfeld H. Neben H hängen die magnetischen Eigenschaften paramagnetischer Materialien auch von der Temperatur ab. Seine magnetische Suszeptibilität H ist umgekehrt proportional zum äußeren Magnetfeld H. absolute Temperatur T. Unter ihnen wird C Curie-Konstante genannt, die von der Magnetisierung und dem magnetischen Moment des paramagnetischen Materials abhängt. Die magnetische Suszeptibilität von paramagnetischen Materialien ist im Allgemeinen klein und H beträgt etwa 10 bei Raumtemperatur. Im Allgemeinen sind Atome oder Moleküle, die eine ungerade Anzahl von Elektronen enthalten, wie z. B. Übergangselemente, Seltenerdelemente, Stahlelemente und Metalle wie Aluminium und Platin, die die Hülle nicht ausfüllen, paramagnetische Substanzen.

3. Ferromagnetisch

Bei Fe, Co, Ni und anderen Materialien kann die magnetische Suszeptibilität bei Raumtemperatur 10-3 Größenordnungen erreichen, und die magnetischen Eigenschaften solcher Materialien werden als Ferromagnetismus bezeichnet. Ferromagnetische Materialien können selbst in schwachen Magnetfeldern eine extrem hohe Magnetisierung erreichen und bleiben stark, wenn das externe Magnetfeld entfernt wird. Die magnetische Suszeptibilität ist ein positiver Wert, aber wenn das externe Magnetfeld zunimmt, wird ihr H aufgrund der schnellen Sättigung der Magnetisierung kleiner.

Ferromagnetische Materialien sind sehr magnetisch, hauptsächlich aufgrund ihrer starken inneren Austauschfelder. Die Austauschenergie eines ferromagnetischen Materials ist positiv und groß, so dass die magnetischen Momente benachbarter Atome parallel ausgerichtet sind (entsprechend einem stationären Zustand) und viele kleine Bereiche oder Domänen innerhalb des Materials bilden. Jede magnetische Domäne hat etwa 1015 Atome. Die magnetischen Momente dieser Atome sind in die gleiche Richtung ausgerichtet, wobei ein starkes internes Feld, das als "molekulares Feld" bezeichnet wird, innerhalb des Kristalls angenommen wird, das ausreicht, um jede magnetische Domäne automatisch bis zur Sättigung zu magnetisieren.

Diese selbsterzeugte Magnetisierung wird spontane Magnetisierung genannt. Aufgrund seiner Anwesenheit können ferromagnetische Materialien in schwachen Magnetfeldern stark magnetisiert werden. Daher ist die spontane Magnetisierung das grundlegende Merkmal ferromagnetischer Materialien und auch der Unterschied zwischen ferromagnetischen Materialien und paramagnetischen Materialien.

Der Ferromagnetismus von Ferromagneten zeigt sich erst unterhalb einer bestimmten Temperatur. Oberhalb dieser Temperatur wird aufgrund thermischer Turbulenzen im Inneren des Materials die spontane Magnetisierung des Ferromagneten Null und der Ferromagnetismus verschwindet. Diese Temperatur wird Curie-Punkt genannt. Oberhalb des Curie-Punktes zeigt das Material starken Paramagnetismus, und die Beziehung zwischen seiner magnetischen Suszeptibilität und Temperatur gehorcht Curie – das äußere Gesetz ist C, die Curie-Konstante.

4. Antiferromagnetisch

Antiferromagnetismus bedeutet, dass die Elektronenspins antiparallel ausgerichtet sind. Im selben Untergitter gibt es eine spontane Magnetisierung, und die magnetischen Momente der Elektronen sind in derselben Richtung angeordnet; in verschiedenen Untergittern sind die magnetischen Momente der Elektronen gegenläufig angeordnet. Die spontanen Magnetisierungen in den beiden Untergittern sind gleich groß und entgegengesetzt gerichtet wie der gesamte Kristall. Antiferromagnetische Materialien sind meist nichtmetallische Verbindungen wie MnO.

Eine spontane Magnetisierung von antiferromagnetischen Materialien kann bei keiner Temperatur beobachtet werden, daher sind die makroskopischen Eigenschaften paramagnetisch, M und H haben die gleiche Richtung und die magnetische Suszeptibilität ist positiv. Wenn die Temperatur hoch ist, ist es extrem klein; Die Temperatur sinkt und steigt allmählich an. Ab einer bestimmten Temperatur ist der Maximalwert erreicht. Er wird Curie-Punkt oder Neil-Punkt antiferromagnetischer Materie genannt. Die Erklärung für die Existenz von Neil-Punkten ist, dass bei sehr niedrigen Temperaturen die magnetischen Momente aufgrund der vollständigen Umkehrung der Spins benachbarter Atome fast vollständig aufgehoben werden, sodass die magnetische Suszeptibilität fast gegen Null geht. Der Effekt der Spininversion wird schwächer und verstärkt sich mit steigender Temperatur.