Температурная зависимость намагниченности. Козлов В.И - 2 стр.

                                          3
                             Лабораторная работа 17
              Температурная зависимость намагниченности

    Целью настоящей работы является изучение поведения намагниченности
ферромагнетика в зависимости от температуры и определение его температуры Кюри.

     Введение. Основная особенность ферромагнитных веществ заключается в наличии у
них областей, называемых доменами, самопроизвольно (спонтанно) намагниченных до
насыщения. Во внешнем магнитном поле магнитные моменты доменов стремятся
повернуться по полю. В результате у ферромагнетика возникает большой магнитный
момент, который может сохраняться и в отсутствии поля. Эти свойства присущи
небольшой части элементов таблицы Менделеева и химических соединений. Так, из
элементов ферромагнитны при комнатной температуре только Fе , Ni , Со и Gd . Несколько
элементов из числа редкоземельных ферромагнитны при низких температурах.
     Спонтанная намагниченность ферромагнетиков обусловлена взаимодействием между
соседними атомами, которое стремится упорядочить их спины (магнитные моменты).
Если это взаимодействие настолько сильно, что все соседние спины устанавливаются
параллельно друг другу, намагниченность материала достигает своего максимального
значения. Возникает т.н. дальний магнитный порядок. Тепловые колебания атомов
стремятся нарушить спиновое упорядочение. Поэтому ферромагнитные свойства в
веществе сохраняются лишь до определенной температуры. Если ферромагнетик
нагревать, способность намагничивания у него уменьшается: уменьшаются
намагниченность насыщения, остаточная индукция, коэрцитивная сила и другие
магнитные характеристики. Выше некоторой температуры, носящей название темпера-
туры Кюри Тс , самопроизвольная намагниченность исчезает, вещество становится
парамагнитным.
      Исчезновение ферромагнитных свойств при нагревании происходит постепенно. На
рис. 1 показана зависимость намагниченности насыщения от температуры.
Намагниченность насыщения уменьшается при приближении к температуре Кюри.
Принято определять последнюю точкой пересечения продолжения наиболее крутого
участка спада кривой намагничивания с осью абсцисс. Реально же на кривой получается
весьма небольшой некоторый "хвост", который объясняется неоднородностью материала.
Общее качественное описание ферромагнитного превращения состоит в следующем. При
низких температурах, когда ферромагнетик находится почти полностью в упорядоченном
состоянии, разрушение параллельного расположения спинов при возрастании
температуры происходит очень медленно. Однако по мере дальнейшего увеличения
температуры разрушение упорядоченного состояния облегчается и все меньше требуется
энергии для дальнейшего нарушения упорядочения. Возникает лавинообразное
нарастание    неупорядоченного    состояния.    Все    более    увеличивается    число
антипараллельных спинов, и все слабее становится корреляция в расположении удаленных
спинов. Наконец, наступает такой момент, когда все связи выходят из строя и дальний
магнитный порядок исчезает. Температура ТС, при которой это происходит, и есть точка
Кюри. Вещество становится парамагнитным.
        Превращение ферромагнетик - парамагнетик принято рассматривать как фазовый
переход 2-го рода. Рентгеноструктурными исследованиями установлено, что это
превращение не сопровождается изменением структуры кристалла и, следовательно,
выделением или поглощением скрытой теплоты. При приближении к температуре
перехода Тс испытывают аномальное поведение (скачки): теплоемкость, коэффициенты
расширения и сжимаемости, что характерно для фазовых переходов 2-го рода.
            Температурные исследования ферромагнетиков помогают раскрыть природу
происхождения спонтанной намагниченности, т. е. уяснить сущность ферромагнетизма.
     По современным представлениям магнитный момент ферромагнетика обусловлен