O’zbekiston respublikasi oliy va o’rta ta’lim vaziligi

2. Ferromagnet-paramagnitik fazali o'tish haroratini aniqlash.
Magnit tizimlar fazaviy o'tish nazariyasida qo'llaniladigan barcha atamalar aynan shu tizimlarga asoslanganligi bilan muhimdir. Magnit maydonga joylashtirilgan temirdan yasalgan kichik bir namunani ko'rib chiqing (). Magnit maydonga bog'liq bo'lgan ushbu namunaning magnitlanishi bo'lsin. Magnit maydonning pasayishi magnitlanishning pasayishiga olib kelishi aniq. Ikkita vaziyat mavjud. Agar harorat yuqori bo'lsa, magnit maydon nolga borganda magnit moment nolga aylanadi. Magnit momentning magnit maydonga bog'liqligi bu holat uchun 3 a rasmda ko'rsatilgan. ...
Magnitlanishning magnit maydonga bog'liqligi grafigi: a - balandlikda; b - past haroratlarda.
Shu bilan birga, past haroratlarda amalga oshiriladigan yana bir holat bo'lishi mumkin: tashqi magnit maydon ta'sirida paydo bo'lgan namunaning magnitlanishi, bu maydon nolga tushganda ham saqlanib qoladi. (3b-rasm). Ushbu doimiy magnitlanish o'z-o'zidan magnitlanish deb ataladi () .Bu erda o'z-o'zidan magnitlanish paydo bo'ladigan aniq belgilangan harorat mavjud. Ushbu harorat Kyuer harorati deb ataladi. Kyui haroratidan past bo'lgan harorat oralig'ida absolyut harorat qancha past bo'lsa, o'z-o'zidan magnetlanish shuncha yuqori bo'ladi. Magnitlanish buyurtma parametri deb ataladi. O'zgaruvchan, termodinamik konjugat magnitlanishi bo'lgan magnit maydon buyurtma maydoni deb ataladi. Bunday konjugat o'zgaruvchilar juftligi keyingi nazariya uchun juda muhimdir.Paramagnet-ferromagnet faza o'tishining juda foydali modeli mavjud. Ushbu model Ising modeli deb nomlanadi. Har bir joyda magnit o'qlari bo'lgan siqilmaydigan panjarani ko'rib chiqing. Ushbu o'qlar yuqoriga yoki pastga yo'naltirilishi mumkin. Qo'shni o'qlar shu tarzda o'zaro ta'sir o'tkazadiki, bu o'qlar orasidagi ta'sir kuchlari ularni bir-biriga parallel ravishda joylashtirmoqchi.
Ising modeliga tushuntirishlar.
Oklarning o'zaro ta'sir energiyasi ijobiy deb taxmin qilinadi. Bunday holda, energiya nuqtai nazaridan o'qlar parallel bo'lishi uchun foydalidir, ya'ni. shunday qilib barcha o'qlar yuqoriga yoki pastga qarab yo'naltiriladi. Bunday holda, tizimning energiyasi minimaldir. Energiya nuqtai nazaridan bu eng maqbul holat. Biroq, bunday to'liq tartiblangan ikkita holat mavjud (barcha o'qlar yuqoriga va barcha o'qlar pastga). Shu ma'noda, bunday tartiblangan davlatlar entropiya nuqtai nazaridan umuman zararli hisoblanadi. Entropiya tizimni butunlay tartibsizlantirishga "intiladi"
Yuqori haroratda entropiya g'olib chiqadi. Tizimda tartibsizlik mavjud va o'rtacha magnitlanish nolga teng. (ko'k o'qlar soni qizil o'qlar soniga teng). Tizimda past haroratlarda energiya yutadi va o'z-o'zidan magnitlanish paydo bo'ladi (ko'k o'qlar soni o'nta, qizil o'qlar soni esa o'n oltitaga teng).
Bu shuni anglatadiki, ko'rib chiqilayotgan tizimda shunday harorat mavjud bo'lib, undan boshlab tizimda o'z-o'zidan magnitlanish paydo bo'ladi
Faza o'tish nuqtalari yaqinidagi barcha tizimlarning xatti-harakatlari butunlay universaldir. Bu juda qulay. Eng oddiy tizimni (masalan, Ising modeli) uning kritik nuqtasi yaqinida o'rganib, biz ularning murakkab o'tish nuqtalari yaqinidagi murakkab tizimlarning fizik xususiyatlarini bashorat qila olamiz.
Diamagnitik ta'sir tashqi magnit maydonning moddalar atomlari elektronlariga ta'siridan kelib chiqqanligi sababli, diamagnetizm barcha moddalarga xosdir. Biroq, diamagnetlar bilan bir qatorda, ular ham mavjud paramagnetlar - tashqi magnit maydonda maydon yo'nalishi bo'yicha magnitlangan moddalar.
Paramagnitik moddalarda, tashqi magnit maydon bo'lmaganda, elektronlarning magnit momentlari bir-birini qoplamaydi va paramagnetlarning atomlari (molekulalari) har doim magnit momentga ega. Ammo molekulalarning issiqlik harakati tufayli ularning magnit momentlari tasodifiy yo'naltirilgan, shuning uchun paramagnitik moddalar magnit xususiyatlarga ega emas. Paramagnet tashqi magnit maydonga kiritilganda, imtiyozliatomlarning magnit momentlarining yo'nalishi maydonda(atomlarning issiqlik harakati to'liq yo'nalishni oldini oladi). Shunday qilib, paramagnet magnitlanib, o'zining magnit maydonini hosil qiladi, bu tashqi maydon bilan yo'nalishga to'g'ri keladi va uni kuchaytiradi. Bu effekt deb nomlangan paramagnetik.
Tashqi magnit maydon nolga zaiflashganda, issiqlik harakati tufayli magnit momentlarning yo'nalishi buziladi va paramagnet demagnetizatsiya qilinadi. Paramagnetlarga noyob tuproq elementlari, Pt, A1 va boshqalar kiradi. Diamagnetik ta'sir paramagnetlarda ham kuzatiladi, ammo u paramagnitik ta'sirga qaraganda ancha zaif va shuning uchun ko'rinmas bo'lib qoladi.
Ko'rib chiqilgan moddalarning ikki sinfiga qo'shimcha ravishda - dia- va paramagnetlar kuchsiz magnitlangan moddalarhali ham mavjud kuchli magnit moddalar - ferromagnitlar - o'z-o'zidan magnitlangan moddalar, ya'ni. ular tashqi magnit maydon bo'lmagan taqdirda ham magnitlangan. Ferromagnetlarga, shuningdek, ularning asosiy vakili - temirdan tashqari ("ferromagnetizm" nomi berilgan) - masalan, kobalt, nikel, gadoliniy, ularning qotishmalari va birikmalari kiradi.
Ferromagnitlar, kuchli magnitlanish qobiliyatidan tashqari, ularni boshqa va paramagnetlardan sezilarli darajada ajratib turadigan boshqa xususiyatlarga ham ega. Zaif magnitli moddalar uchun bog'liqlik chiziqli bo'lsa, ferromagnitlar uchun bu bog'liqlik ancha murakkab. Sifatida ko'paytirasiz H magnitlanish Jdastlab u tez, so'ngra sekinroq o'sib boradi va nihoyat shunday deb ataladi magnit to'yinganlik J dan c gacha, endi maydon kuchiga bog'liq emas.
Giyohvandlikning o'xshash tabiati Jdan H magnitlanish maydonining ortishi bilan sohadagi molekulyar magnit momentlarning yo'nalish darajasi oshishi bilan izohlash mumkin. Biroq, bu jarayon kamroq va kamroq yo'naltirilgan lahzalar bo'lganida sekinlasha boshlaydi va nihoyat, barcha lahzalar maydon bo'ylab yo'naltirilganida, yanada kuchayadi H magnit to'yinganligi to'xtaydi va o'rnatiladi.
Magnit induksiya B \u003d m 0 (H+ J) zaif dalalarda o'sish bilan tez o'sib boradi H o'sish tufayli Jva kuchli maydonlarda, chunki ikkinchi muddat doimiy ( J \u003d J Hac), DAortishi bilan ortadi H chiziqli qonunga muvofiq.
Ferromagnitlarning muhim xususiyati nafaqat katta qiymatlardir μ (masalan, temir uchun - 5000, super qotishma qotishmasi uchun - 800000!), shuningdek, qaramlik μ dan H (3-rasm). Boshida μ o'sishi bilan o'sadi H, keyin maksimal darajaga yetib, pasayishni boshlaydi, kuchli maydonlar holatida 1 ga teng ( , shuning uchun, uchun J \u003d J Hac \u003d const ortishi bilan H nisbati va m → 1).
Ferromagnitlarning o'ziga xos xususiyati shundaki, ular uchun bog'liqlik J dan H (va shuning uchun DAdan H) ferromagnetning magnitlanishining oldingi tarixi bilan belgilanadi. Ushbu hodisa deyiladi magnit histerez. Agar ferromagnitni to'yinganlikka magnitlasak (4-rasm, nuqta) 1), va keyin keskinlikni yumshata boshlang H magnitlangan maydon, keyin tajriba ko'rsatganidek, pasayish egri bilan tavsiflanadi 1 - 2, egri chiziq 1 - 0. Qachon H = 0 , J noldan farq qiladi, ya'ni ferromagnetda, qoldiq magnitlanish J oc.
Qoldiq magnitlanishning mavjudligi mavjudlik bilan bog'liq doimiy magnitlar. Magnitlanish maydon ta'sirida yo'qoladi H magnitlanishni keltirib chiqaradigan maydonga qarama-qarshi yo'nalishga ega. Kuchlanish H bilan chaqirilgan majburiy kuch.
Qarama-qarshi sohada yanada o'sish bilan ferromagnet magnitlanishning teskari tomoniga o'tadi (egri chiziq) 3 - 4), va da H = - H to'yinganlikka erishiladi (nuqta 4 ). Keyin ferromagnitni yana demagnetizatsiya qilish mumkin (4-5-6 egri chiziq) va to'yguncha yana magnitlangan bo'lishi mumkin (egri chiziq 6-) 1 ).
Shunday qilib, o'zgaruvchan magnit maydon ferromagnitga ta'sir qilganda, magnitlanish J egri chiziqqa qarab o'zgaradi 1-2-3-4- 5-6-1, deb nomlangan histerez tsikli (yunoncha "kechikish" dan). Histerezis ferromagnetning magnitlanishi aniq funktsiya emasligiga olib keladi H, ya'ni bir xil qiymat H bir nechta qiymatlarga mos keladi J.
Ferromagnitlarning yana bir muhim xususiyati bor: har bir ferromagnit uchun ma'lum bir harorat mavjud kyuri punkti, u magnit xususiyatlarini yo'qotadi. Namuna Kyuri nuqtasi ustida qizdirilganda ferromagnit oddiy paramagnetga aylanadi. Kyui nuqtasida sodir bo'ladigan moddaning ferromagnit holatdan paramagnit holatga o'tishi issiqlikni yutishi yoki chiqarilishi bilan birga bo'lmaydi, ya'ni. ikkinchi darajali fazali o'tish Kyuri nuqtasida sodir bo'ladi.
Va nihoyat, ferromagnitlarning magnitlanishi jarayoni uning chiziqli o'lchamlari va hajmining o'zgarishi bilan birga keladi. Ushbu hodisa deyiladi magnetostriktsiya ... Ta'sirning kattaligi va belgisi intensivlikka bog'liq H magnitlangan maydon, ferromagnet tabiatidan va kristallografik o'qlarning maydonga nisbatan yo'nalishidan.