ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
самопроизвольной параллельной ориентацией спинов определенных электронов под
действием так называемых обменных сил – подобная ориентация спинов в
ферромагнетике энергетически более выгодна. Обменная энергия, ответственная за парал-
лельную ориентацию спинов, не имеет классического аналога, хотя происхождение ее -
электростатическое. Она характеризует различие в энергии кулоновского взаимодействия
системы в случаях, когда спины параллельны и когда они антипараллельны друг другу.
Энергию взаимодействия можно оценить, исходя из величины температуры Кюри
Т
c
. При нагревании ферромагнетиков тепловое движение мешает ориентирующему
действию обменных сил. При приближении к точке Кюри энергия обменного
взаимодействия становится сравнимой с тепловой энергией, необходимой для разрушения
ферромагнитного состояния. Для типичного ферромагнетика – железа Т
C
= 770°С (≈1000
К). Следовательно, энергия взаимодействия (на атом)
W
T
= kТ
С
≈10
-20
Дж ≈ 0,1 эВ. (1)
Взаимодействие, ответственное за ферромагнетизм, имеет существенно квантовый характер.
Описание экспериментальной установки.
Метод измерений, применяемый в данной задаче, основан на наблюдении петли
магнитного гистерезиса, характерного для ферромагнетиков. У парамагнитных веществ
магнитный гистерезис отсутствует. Поэтому температура перехода из ферромагнитного
состояния в парамагнитное определяется по исчезновению петли гистерезиса при
нагревании образца.
Для наблюдения петли гистерезиса используется электронный осциллограф.
Ферромагнитный образец располагается в нагревательной печи, температура его измеряется
термопарой.
Исследуемый образец представляет собой ферромагнитный сплав с относительно
невысокой температурой Кюри (Т
с
<150°С). Основная компонента сплава - Ni (72-73%),
добавки: Сu (14%),Мо, W, V (по 3%), (2%) и остальное - Fe . Это так называемый
магнитомягкий материал, характеризуемый малым значением коэрцитивной силы (порядка
нескольких А/м). Образец изготовлен в виде тороида прямоугольного сечения. Размеры
тороида приведены на установке.
Принципиальная схема установки показана на рис. 2.
образец
Y осц-фа
L
2
L
1
∼
U
ген
R
1
X осц-фа
мВ-метр
C
R
2
Т
Рис. 2. Принципиальная схема установки.
На ферромагнитный образец тороидальной формы намотаны (по всей длине
тороида, вплотную к образцу) две катушки: первичная (намагничивающая) L
1
с числом
витков N
1
и вторичная (измерительная) L
2
с числом витков N
2
. На катушку L
1
через
резистор R
1
подается переменное напряжение U
reн
от генератора звуковой частоты.
4
4
самопроизвольной параллельной ориентацией спинов определенных электронов под
действием так называемых обменных сил – подобная ориентация спинов в
ферромагнетике энергетически более выгодна. Обменная энергия, ответственная за парал-
лельную ориентацию спинов, не имеет классического аналога, хотя происхождение ее -
электростатическое. Она характеризует различие в энергии кулоновского взаимодействия
системы в случаях, когда спины параллельны и когда они антипараллельны друг другу.
Энергию взаимодействия можно оценить, исходя из величины температуры Кюри
Тc. При нагревании ферромагнетиков тепловое движение мешает ориентирующему
действию обменных сил. При приближении к точке Кюри энергия обменного
взаимодействия становится сравнимой с тепловой энергией, необходимой для разрушения
ферромагнитного состояния. Для типичного ферромагнетика – железа ТC = 770°С (≈1000
К). Следовательно, энергия взаимодействия (на атом)
WT = kТС ≈10-20 Дж ≈ 0,1 эВ. (1)
Взаимодействие, ответственное за ферромагнетизм, имеет существенно квантовый характер.
Описание экспериментальной установки.
Метод измерений, применяемый в данной задаче, основан на наблюдении петли
магнитного гистерезиса, характерного для ферромагнетиков. У парамагнитных веществ
магнитный гистерезис отсутствует. Поэтому температура перехода из ферромагнитного
состояния в парамагнитное определяется по исчезновению петли гистерезиса при
нагревании образца.
Для наблюдения петли гистерезиса используется электронный осциллограф.
Ферромагнитный образец располагается в нагревательной печи, температура его измеряется
термопарой.
Исследуемый образец представляет собой ферромагнитный сплав с относительно
невысокой температурой Кюри (Тс <150°С). Основная компонента сплава - Ni (72-73%),
добавки: Сu (14%),Мо, W, V (по 3%), (2%) и остальное - Fe . Это так называемый
магнитомягкий материал, характеризуемый малым значением коэрцитивной силы (порядка
нескольких А/м). Образец изготовлен в виде тороида прямоугольного сечения. Размеры
тороида приведены на установке.
Принципиальная схема установки показана на рис. 2.
мВ-метр
X осц-фа
R1 R2
∼ Uген L1 L2 C Y осц-фа
Т
образец
Рис. 2. Принципиальная схема установки.
На ферромагнитный образец тороидальной формы намотаны (по всей длине
тороида, вплотную к образцу) две катушки: первичная (намагничивающая) L 1 с числом
витков N 1 и вторичная (измерительная) L 2 с числом витков N 2. На катушку L 1 через
резистор R1 подается переменное напряжение Ureн от генератора звуковой частоты.
