Može se napisati kao:
gdje su $\overrightarrow(S_1)\overrightarrow(S_2)$ spinovi elektrona koji međusobno djeluju, $I_(ob)$ je integral interakcije razmjene. Kada je $I_(ob)>0$ energija interakcije minimalna u slučaju paralelnih spinova. Uzrokovana je interakcijom magnetskog momenta elektrona ($(\overrightarrow(p))_m$) s magnetskim poljem (indukcija polja izmjene $(\overrightarrow(B))_(ob)$) i određena je po formuli:
Vlastiti magnetski moment elektrona ($((\overrightarrow(p))_m)^0$) povezan je sa spinom $\overrightarrow(S)\ $ relacijom:
gdje su $q_e$, m naboj i masa elektrona. Podijelimo i pomnožimo desnu stranu izraza (1) sa $\frac(q_e)(m)$, dobivamo:
Pretpostavimo da je drugi elektron u magnetskom polju koje stvara prvi elektron, tada bismo trebali napisati:
Ukupna indukcija magnetskog polja sastoji se od indukcije polja bez interakcije izmjene ($\overrightarrow(B)$) i indukcije polja izmjene ($(\overrightarrow(B))_(ob)$). Korištenje poznatih odnosa:
gdje je $\overrightarrow(J)$ vektor magnetizacije, $\varkappa $ je magnetska susceptibilnost, $\mu $ je magnetska permeabilnost, $(\mu )_0$ je magnetska konstanta, $\overrightarrow(H)$ -- jakost magnetskog polja.
Ako postoji interakcija razmjene, tada se formula (10) može generalizirati na:
Neka je vrijednost $\lambda $ konstanta interakcije razmjene, tada možemo pretpostaviti da:
Zamijenimo (12) u (11), dobivamo:
Napravimo zamjenu:
gdje $(\varkappa )"$ karakterizira osjetljivost uzimajući u obzir interakciju razmjene ($\varkappa =\frac(C)(T)$).
Pri $T > \lambda C$ tvar se ponaša kao paramagnet. Magnetska osjetljivost opada s porastom temperature. Pri $T=\lambda C$ u skladu s (15) $(\varkappa )"\to \infty .$ Ova činjenica znači da najmanja magnetska polja uzrokuju konačnu magnetizaciju. Ili drugim riječima, pri $T=\lambda C $ dolazi do spontanog magnetiziranja, to jest, paramagnet se transformira u feromagnet, točnije teorijske studije pokazuju da spontano magnetiziranje na $T=\lambda C$ nastaje naglo i raste s padom temperature.
Curiejeva temperatura. Curie-Weissov zakon
Za svaki feromagnet postoji temperatura ($T_k$) na kojoj se područja spontane magnetizacije raspadaju i tvar gubi svoja feromagnetska svojstva i postaje paramagnetična. Ta se temperatura naziva Curiejeva točka (ili Curiejeva temperatura). Može značajno varirati za različite feromagnete. Dakle, za željezo $T_(kF_e)=768(\rm()^\circ\!C)$, za nikal $T_(kN_i)=365(\rm()^\circ\!C)$.
Magnetska osjetljivost feromagneta slijedi Curie-Weissov zakon:
gdje se vrijednost $\lambda C=\theta $ naziva Curie-Weissova temperatura. Teorija pokazuje da se fazni prijelaz ne događa na Curie-Weissovoj temperaturi, već blizu nje. Ponekad se ne pravi razlika između Curiejeve temperature pri kojoj se događa fazni prijelaz i Curie-Weissove temperature.
Primjer 1
Zadatak: Pomoću Langevinove funkcije prikazati područje spontanog magnetiziranja feromagnetika. U kakvoj su vezi spontana magnetizacija i temperatura feromagneta?
Iz Langevinove teorije možemo dobiti sljedeće dvije jednadžbe za feromagnete:
\ \
gdje je $J_n$ magnetizacija zasićenja, $k$ je Boltzmannova konstanta, $b$ je Weissova konstanta, $x=\frac(p_m(H+bJ))(kT)$, $p_m$ je magnetski moment . Prva jednadžba je prikladno predstavljena Langevinovom krivuljom ($OAA_0$) (slika 1). Jednadžba (1.2) je ravna linija CA koja siječe okomitu os u točki C, čija je ordinata u točki C -$\frac(H)(b).\ $
Ako je temperatura feromagneta manja od njegove Curiejeve temperature ($T \[\frac(kTn)(J_nb) U ovom slučaju, pravac AC presijecat će Langevinovu krivulju u točki A, ordinata ove točke je magnetizacija feromagneta ($J_1$) Ako smanjimo jakost vanjskog magnetskog polja, tada će se točka C podići u točku O, a točka A će se pomaknuti u točku $A_0.$ Ako je H=0, tada je magnetizacija jednaka. na $J_(0.)$ Na temperaturi nižoj od Curiejeve točke, feromagnet je spontano magnetiziran.
Pretpostavimo da je nagib ravne linije CA veći od nagiba Langevinove krivulje, odnosno $T>T_k$. U prisutnosti vanjskog magnetskog polja pravac SA zauzet će položaj OD, odnosno presijecat će Langevinovu krivulju samo u ishodištu koordinata, gdje je magnetizacija nula. Ne postoji spontana magnetizacija; magnetizacija se uništava toplinskim kretanjem.
Primjer 2
Zadatak: Pomoću Langevinove funkcije odrediti Curie-Weissov zakon.
Koristimo sliku 1 (Primjer 1). Promotrimo feromagnet na temperaturi $T>T_k.\ $Nema spontanog magnetiziranja. Da bi se tvar magnetizirala, mora se primijeniti vanjsko magnetsko polje. Izračunajmo magnetizaciju. U tom će slučaju pravac AC zauzeti položaj CE i presijecat će Langevinovu krivulju u točki $A_1$. Ordinata točke $A_1$ odredit će magnetizaciju tijela ($J_2$). Ordinata OS, dobivena empirijskim putem, jednaka je -$\frac(H)(b)$, mala je, stoga je mali i presjek O$A_1$ Langevinove krivulje. To znači da se odjeljak O$A_1$ može smatrati ravnim segmentom i možemo pisati:
\ \
ako unesemo izraz za Curiejevu temperaturu:
\[\varkappa =\frac(T_k)(b(T-T_k))=\frac(C)(T-T_k)\ \lijevo(2,6\desno),\]
gdje je $S=const.$ Jednadžba (2.6) je Curie-Weissov zakon.
postojati jako magnetske tvari - feromagneti- tvari koje imaju spontanu magnetizaciju, tj. magnetizirane su i u odsutnosti vanjskog magnetskog polja. Osim njihovog glavnog predstavnika - željeza (od čega dolazi naziv "feromagnetizam") - feromagneti uključuju, na primjer, kobalt, nikal, gadolinij, njihove legure i spojeve.
Feromagneti, osim sposobnosti jakog magnetiziranja, imaju i druga svojstva koja ih bitno razlikuju od dija- i paramagneta. Ako za slabo magnetske tvari ovisnost J iz N linearna, onda je za feromagnete ova ovisnost prilično složena. Kako se povećavate N magnetizacija J prvo raste brzo, zatim sve sporije i na kraju tzv magnetsko zasićenjeJ nas, više ne ovisi o jakosti polja. Slična priroda ovisnosti J iz N može se objasniti činjenicom da se s povećanjem magnetizirajućeg polja povećava i stupanj usmjerenosti molekularnih magnetskih momenata duž polja, ali će se taj proces početi usporavati kada ostaje sve manje i manje neorijentiranih momenata i, konačno, kada svi momenti su orijentirani duž polja, daljnji porast J prestaje i dolazi do magnetskog zasićenja.
Magnetska indukcija B= m 0 (H+J) u slabim poljima brzo raste s porastom H zbog povećanja J, au jakim poljima, budući da je drugi član konstantan ( J=J nas), U raste s povećanjem N prema linearnom zakonu.
Bitna značajka feromagneta nisu samo velike vrijednosti m(primjerice, za željezo - 5000, za leguru supermaloja - 800.000!), ali i ovisnost m iz N. Na početku m raste s povećanjem N, zatim, dosegnuvši maksimum, počinje se smanjivati, težeći u slučaju jakih polja 1 ( m= B/(m 0 H) = 1 + J/H, dakle kada J = J nas = konst s rastom N stav J/H® 0 , m®1).
Karakteristična značajka feromagneta je također da za njih ovisnost J iz H(i stoga U iz N) određuje povijest magnetiziranja feromagneta. Ova pojava se zove magnetska histereza. Ako magnetizirate feromagnet do zasićenja i zatim počnete smanjivati napon N magnetizirajuće polje, tada, kako iskustvo pokazuje, smanjenje J. Na N= 0J razlikuje se od nule, tj. u feromagnetu se promatra rezidualna magnetizacija J os. Prisutnost rezidualne magnetizacije povezana je s postojanjem stalni magneti. Pod utjecajem polja magnetizacija postaje nula N S , ima smjer suprotan od polja koje je izazvalo magnetizaciju. Napetost N s se zove prisilna sila.
S daljnjim povećanjem suprotnog polja, feromagnet se remagnetizira , i kod H = –H postiže se zasićenje. Zatim se feromagnet može ponovno demagnetizirati i ponovno magnetizirati do zasićenja
Dakle, kada je feromagnet izložen izmjeničnom magnetskom polju, magnetizacija J mijenja prema krivulji , koji se zove histerezna petlja(od grčkog "kašnjenja"). Histereza dovodi do činjenice da magnetizacija feromagneta nije jedinstvena funkcija N, oni. ista vrijednost N odgovara višestrukim vrijednostima J.
Različiti feromagneti daju različite petlje histereze. Feromagneti s malom (u rasponu od nekoliko tisućinki do 1-2 A/cm) koercitivnom silom NS(s uskom petljom histereze) nazivaju se mekan, s velikom (od nekoliko desetaka do nekoliko tisuća ampera po centimetru) prisilnom silom (sa širokom petljom histereze) - tvrd. Količine Ns, J OS i m max određuju primjenjivost feromagneta u određene praktične svrhe. Tako se za izradu trajnih magneta koriste tvrdi feromagneti (npr. ugljični i volframovi čelici), a za izradu jezgri transformatora meki feromagneti (npr. meko željezo, legura željeza i nikla).
Feromagneti imaju još jednu značajnu osobinu: za svaki feromagnet postoji određena temperatura, tzv Curiejeva točka, pri čemu gubi svoja magnetska svojstva. Kada se uzorak zagrije iznad Curiejeve točke, feromagnet se pretvara u obični paramagnet. Prijelaz tvari iz feromagnetskog stanja u paramagnetsko stanje, koji se događa u Curievoj točki, nije popraćen apsorpcijom ili oslobađanjem topline, tj. u Curievoj točki dolazi do faznog prijelaza drugog reda (vidi § 75).
Konačno, proces magnetizacije feromagneta prati promjena njegovih linearnih dimenzija i volumena. Ova pojava se zove magnetostrikcijski
Priroda feromagnetizma
Razmatrajući magnetska svojstva feromagneta, nismo otkrili fizikalnu prirodu ovog fenomena.
Prema Weissovim zamislima, feromagneti na temperaturama ispod Curiejeve točke imaju spontanu magnetizaciju, neovisno o prisutnosti vanjskog magnetizirajućeg polja. Spontana magnetizacija je, međutim, u očitoj kontradikciji s činjenicom da mnogi feromagnetski materijali, čak ni na temperaturama ispod Curiejeve točke, nisu magnetizirani. Da bi eliminirao ovu kontradikciju, Weiss je uveo hipotezu prema kojoj je feromagnet ispod Curiejeve točke podijeljen na veliki broj malih makroskopskih područja - domene, spontano magnetiziran do zasićenja.
U nedostatku vanjskog magnetskog polja, magnetski momenti pojedinih domena su nasumično usmjereni i međusobno se kompenziraju, stoga je rezultirajući magnetski moment feromagneta jednak nuli i feromagnet nije magnetiziran. Vanjsko magnetsko polje usmjerava duž polja magnetske momente ne pojedinačnih atoma, kao što je slučaj s paramagnetima, već cijelih područja spontane magnetizacije. Stoga, s rastom N magnetizacija J i magnetska indukcija U već u prilično slabim poljima rastu vrlo brzo. To također objašnjava povećanje m feromagneta do maksimalne vrijednosti u slabim poljima. Pokusi su pokazali da ovisnost B iz H nije tako gladak, već ima stepenasti izgled. To ukazuje da unutar feromagneta domene naglo rotiraju duž polja.
Kada vanjsko magnetsko polje oslabi na nulu, feromagneti zadržavaju zaostalu magnetizaciju, jer toplinsko gibanje nije u stanju brzo dezorijentirati magnetske momente tako velikih formacija kao što su domene. Stoga se uočava pojava magnetske histereze. Da bi se demagnetizirao feromagnet, mora se primijeniti prisilna sila; Trešenje i zagrijavanje feromagneta također pridonose demagnetizaciji. Pokazalo se da je Curiejeva točka temperatura iznad koje dolazi do razaranja strukture domene.
Eksperimentalno je dokazano postojanje domena u feromagnetima. Izravna eksperimentalna metoda za njihovo promatranje je metoda figure u prahu. Vodena suspenzija finog feromagnetskog praha (na primjer, magnetita) nanosi se na pažljivo poliranu površinu feromagnetskog materijala. Čestice se uglavnom talože na mjestima najveće nehomogenosti magnetskog polja, tj. na granicama između domena. Stoga taloženi prah ocrtava granice domena i slična se slika može fotografirati pod mikroskopom. Pokazalo se da su linearne dimenzije domena 10 –4 – 10 –2 cm.
Sada je utvrđeno da su magnetska svojstva feromagneta određena spinski magnetski momenti elektrona(direktan eksperimentalni pokazatelj toga je Einsteinov pokus. Također je utvrđeno da samo kristalne tvari mogu imati feromagnetska svojstva, čiji atomi imaju nedovršene unutarnje elektronske ljuske s nekompenziranim spinovima. U takvim kristalima mogu nastati sile koje tjeraju spin magnetski momenti elektrona za orijentaciju međusobno paralelništo dovodi do pojave područja spontanog magnetiziranja. Te sile, koje se nazivaju silama izmjene, kvantne su prirode – uzrokovane su valnim svojstvima elektrona.
Povezane informacije.
Feromagneti su tvari koje ispod određene temperature (Curiejeva točka) imaju spontanu magnetizaciju u odsutnosti vanjskog magnetskog polja (x>1, pri niskim t° imaju spontanu magnetizaciju, koja se jako mijenja pod utjecajem vanjskih sila, karakteristična je histereza ).
Magnetska histereza je zaostatak magnetske indukcije od vanjskog polja magnetiziranja, zbog činjenice da magnetska indukcija ovisi o svojoj prethodnoj vrijednosti. Posljedica je ireverzibilnosti procesa magnetiziranja.
Domena je makroskopsko područje u magnetskom kristalu u kojem je orijentacija vektora spontane jednolike magnetizacije (na t° ispod Curiejeve točke) zakrenuta ili pomaknuta na određeni način u odnosu na smjerove odgovarajućeg vektora u susjednim domenama.
Curiejeva točka je temperatura faznog prijelaza drugog reda povezana s naglom promjenom svojstava simetrije tvari (u feromagnetima - magnetska).
U feromagnetima, zbog velikog parametra kristalne rešetke, u stanju s jakim preklapanjem valnih funkcija elektrona s antiparalelnim spinovima, nastaje energija elektrostatskog odbijanja, što značajno povećava energiju sustava za razliku od minimalne energije pri stiskanju valne funkcije elektrona u odvojena stanja s paralelnim usmjerenjima spina.
Slobodne prigušene elektromagnetske oscilacije.
Prigušene oscilacije - oscilacije, mačka energija. smanjuje se tijekom vremena.
Karakterizira činjenica da je amplituda oscilacija A opadajuća funkcija. Tipično, slabljenje nastaje pod utjecajem sila otpora medija, najčešće izraženo kao linearna ovisnost o brzini titranja ili njezinom kvadratu.
– vrijednost amplitude naboja u trenutku t = 0
45. Oscilatorni brojač energije. Slobodne neprigušene elektromagnetske oscilacije.
Elektromagnetski oscilacije su električne i magnetske veličine u električnom krugu koje se periodički mijenjaju tijekom vremena.
Idealni oscilatorni krug je električni. krug se sastoji od svitka induktiviteta L i kondenzatora kapaciteta C. (U realnom krugu postoji otpor R). Električni otpor idealnog kruga = 0.
Slobodne elektromagnetske oscilacije u krugu - periodične promjene naboja na namotima kondenzatora, jakosti struje i napona u krugu događaju se bez trošenja energije iz vanjskih izvora.
Da. pojava slobodnih elektromagnetskih oscilacija u krugu je posljedica ponovnog punjenja kondenzatora i pojave samoinduktivne emf u zavojnici, koja osigurava ovo "ponovno punjenje". Oscilacije se javljaju harmonično. zakon.
13. Feroelektrici. Curiejeva temperatura.
Aktivan(upravljano)dielektriciimenovati materijalečija se svojstva mogu kontrolirati u širokim granicama pomoćuutjecaja vanjske energije: jakost električnog ili magnetskog polja, mehaničko naprezanje, temperatura, svjetlosni tok itd. To je njihova temeljna razlika u odnosu na konvencionalne (pasivne) dielektrike.
Aktivni elementi elektroničkih uređaja izrađeni su od aktivnih dielektrika. Značajke svojstava ovih materijala su fenomeni kao što su feroelektricitet, elektret, piezoelektrični i elektrooptički efekti, injekcijske struje itd., koji su poslužili kao osnova za razvoj dielektričnih uređaja. U nastavku ćemo razmotriti strukturne značajke i svojstva nekih aktivnih dielektrika koji su pronašli najširu primjenu.
7.15.1. Feroelektrici
Feroelektrici, za razliku od konvencionalnih (pasivnih) dielektrika, imaju podesive električne karakteristike. Na primjer, dielektrična konstanta feroelektrikakorištenjem električnog napona može se mijenjati u širokom rasponuunutar. Karakteristična značajka feroelektrika je da, uz elektronske, ionske i relaksacijske vrste polarizacije uzrokovane vanjskim električnim poljem uočava se spontana polarizacija, pod utjecajem kojih ovi dielektrici dobivaju domensku strukturu i karakteristična feroelektrična svojstva.
Spontana polarizacija se događa u odsutnosti elektricitetatrično polje u određenom temperaturnom području ispod točkeCurieTk zbog promjene u strukturi Kree jedinične ćeliječelična rešetka i formiranje domenske strukture,što zauzvrat uzrokuje feroelektrike da:
neuobičajeno visoka dielektrična konstanta (do nekoliko desetaka tisuća);
nelinearna ovisnost polarizacije, a time i dielektrične konstante, o jakosti primijenjenog električnog polja;
izražena ovisnost dielektrične konstante o temperaturi;
prisutnost dielektrične histereze.
Gore navedena svojstva detaljno su proučili I.V.Kurchatov i P.P.Kobeko za sol Rochelle (natrij-kalijeva vinska kiselina NaKC4H4O6 4H2O), stoga se tvari sličnih svojstava nazivaju feroelektricima. Najvažniji feroelektrik za praktičnu primjenu, barijev titanat, otkrio je 1944. B.M. Blvd. Brojne feroelektrike otkrio je G.A. Smolenski i drugi.
Trenutno je poznato oko 500 materijala koji imaju feroelektrična svojstva. Ovisno o strukturi jedinične ćelije i mehanizmu spontane polarizacije, feroelektrici se razlikuju kao ionski i dipolni, inače - tip pomaka i uređeni feroelektrici, respektivno.
Ionski feroelektrici imaju strukturu jedinične ćelije tip perovskita(mineral CaTiO 3). To uključuje:
Barijev titanat BaTiO 3 (Tc = 120°C),
olovni titanat RbTiO 3 (Tc = 493°C),
kadmijev titanat CdTiO 3 (Tk = 223°S),
Olovni metaniobat PbNb 2 O 6 (Tk = 575°C),
kalijev niobat KNbO 3 (Tk = 435°C),
Kalijev jodat KNbO 3 (Tc = 210°C), itd.
Svi kemijski spojevi ove skupine netopljivi su u vodi, imaju značajnu mehaničku čvrstoću, a proizvodi od njih proizvode se keramičkom tehnologijom. Predstavljaju u uglavnom kristali s pretežno ionskimkomunikacija Za ovu skupinu feroelektrika spontana polarizacija shematski je prikazana na sl. 7.1 na primjeru BaTiO 3 jedinične ćelije. Jedinična ćelija barijevog titanata na visokim temperaturama ima oblik kocke (a = 4,01 10 -10 m); ioni barija nalaze se u čvorovima kocke, a ioni kisika nalaze se u sredini lica, tvoreći oktaedar kisika, u čijem se središtu nalazi ion titana (vidi sl. 7.1, a, a"). Kao rezultat intenzivnog toplinskog kretanja, ion titana je jednako vjerojatno da će se nalaziti u blizini svakog iona kisika, stoga je električni moment ćelije, zbog svoje simetrije, jednak nuli, a dielektrik je u paraelektričnom stanju (izraz je slično izrazu "paramagnetski") Na temperaturama jednakim i ispod određene, koja se naziva Curiejeva točka (Tk), ion titana, zbog slabljenja energije toplinskog gibanja, pojavljuje se pretežno u blizini jednog od iona kisika, pomičući se za 1 10 -11 m. Ioni barija također se pomiču u istom smjeru (za 5 10 -12 m).
Ion kisika smješten nasuprot O 2-, na koji se pomaknuo Ti 4+, pomiče se u suprotnom smjeru (za 4 10 -12 m). Kao rezultat ovih pomaka iona, kubni rešetka beznačajnaali se deformira u tetragonalni(s parametrima jedinične ćelije A= 3,99 A, S= 4,036 A), a kisikov oktaedarkoliko je iskrivljeno(vidi sl. 7.1, b, b"). Iako su svi ovi io pomacinovi, uključujući ione titana, relativno su mali, ali su ipak vrlo važni i dovesti do formiranja značajnih električni dipolni moment Po –
Riža. 7.1. Jedinična ćelija (a, a") barijevog titanata i njegova projekcija (b b") na temperaturama iznad (a, a") i ispod Curiejeve točke (b, b")
Nastajespontana polarizacijaIdolazi do faznog prijelaza dielektrika iz paraelektrika ustojeći u feroelektr.
Tako, spontana polarizacija ionskih feroelektrika događa se u odsutnosti električnog polja u definiranompreko određenog temperaturnog raspona kao rezultat istiskivanja iona Ti 4+ u volumenu jedinične ćelije od središnjeg položaja i deformacije zadnji.
Dipolni feroelektrici su
Rochelle sol NaKC4H4O6 4H2O (Tc = 24°C),
triglicin sulfat (NH2CH2COOH)3 H2SO4 (Tk = 49°S),
gvanidin aluminijev sulfat heksahidrat C(NH3)2A1(SO4)2 6H2O (Tc > 200°C),
natrijev nitrit NaNO2 (Tc = 163°C),
kalijev dihidrogenfosfat KH2P04 (Tk = -151 C) itd.
Kemijski spojevi ovogskupine imaju nisku mehaničku čvrstoću i topive su u vodi, zbog čega se iz vodenih otopina ovih spojeva mogu uzgojiti veliki pojedinačni kristali. Atomi u tim spojevima nose naboj, ali su međusobno povezani uglavnom kovanivrpčasta veza.
Dipolni feroelektrici u jediničnoj ćeliji sadrže atom (ion) ili skupinu atoma (iona) koji imaju dva ravnotežna položaja od kojih se u svakom oblikuje električni dipolni moment R O. Na temperaturama iznad Curiejeve točke, kao rezultat kaotičnog toplinskog gibanja, ova dva ravnotežna položaja su jednako vjerojatna, stoga nema spontane polarizacije, a dielektrik
NaT<Тк jedna od pozicija postaje preferirana i pojavljuje se u jediničnoj ćeliji dipolni trenutak; Dolazi do spontane polarizacije i dielektrik prelazi iz paraelektričnog stanja u
feroelektričnilogično (dolazi do faznog prijelaza).
Feromagnetska svojstva tvari pojavljuju se samo na temperaturama ispod Curiejeve točke.
Velika većina atoma ima vlastito magnetsko polje. Gotovo svaki atom može se predstaviti kao maleni magnet sa sjevernim i južnim polom. Ovaj magnetski učinak objašnjava se činjenicom da elektroni, kada se kreću u orbiti oko atomske jezgre, stvaraju mikroskopske električne struje, koje stvaraju magnetska polja ( cm. Oerstedovo otkriće). Zbrajanjem magnetskih polja induciranih svim elektronima atoma dobivamo ukupno magnetsko polje atoma.
U većini tvari, magnetska polja atoma su nasumično usmjerena, zbog čega se međusobno poništavaju. Međutim, u nekim tvarima i materijalima (prvenstveno legurama koje sadrže željezo, nikal ili kobalt), atomi su poredani tako da su njihova magnetska polja usmjerena u istom smjeru i međusobno se pojačavaju. Kao rezultat toga, komad takve tvari je okružen magnetskim poljem. Od ovih tvari tzv feromagneti, budući da obično sadrže željezo i primaju stalni magneti.
Da bismo razumjeli kako nastaju feromagneti, zamislimo komad vrućeg željeza. Zbog visoke temperature, atomi u njemu se kreću vrlo brzo i kaotično, ne ostavljajući mogućnost za raspoređivanje atomskih magnetskih polja u jednom smjeru. Međutim, kako se temperatura smanjuje, toplinsko kretanje slabi i drugi učinci počinju dominirati. U željezu (i nekim drugim metalima) na atomskoj razini djeluje sila koja teži međusobnom spajanju magnetskih dipola susjednih atoma.
Ova sila međuatomskog međuatomskog djelovanja, tzv razmjenjivati snagu, prvi je opisao Werner Heisenberg ( cm. Heisenbergov princip neodređenosti). To je zbog činjenice da dva susjedna atoma mogu razmjenjivati vanjske elektrone, a ti elektroni počinju pripadati oba atoma istovremeno. Sila izmjene čvrsto veže atome u kristalnoj rešetki metala i čini njihova magnetska polja paralelnima i usmjerenima u jednom smjeru. Kao rezultat toga, uređena magnetska polja susjednih atoma međusobno se pojačavaju umjesto da se poništavaju. A takav se učinak može promatrati u volumenu tvari reda veličine 1 mm 3, koji sadrži do 10 16 atoma. Atomi ovoga magnetska domena (cm. dolje) su poredani na takav način da imamo čisto magnetsko polje.
Na visokim temperaturama djelovanje te sile ometa toplinsko kretanje atoma, ali na niskim temperaturama atomska magnetska polja mogu se međusobno pojačavati. Temperatura pri kojoj se taj prijelaz događa naziva se Curiejeva točka metal - u čast francuskog fizičara Pierrea Curiea koji ga je otkrio.
U stvarnosti je struktura feromagneta mnogo složenija nego što je gore opisano. Tipično, pojedinačne domene uključuju samo nekoliko tisuća atoma, čija su magnetska polja jednosmjerna, ali su polja različitih domena usmjerena nasumično i, kao cjelina, materijal nije magnetiziran. Stoga običan komad željeza ne pokazuje magnetska svojstva. Međutim, pod određenim uvjetima, magnetska polja domena koje čine feromagnet također su uređena (na primjer, kada se vruće željezo hladi u jakom magnetskom polju). I onda dobijemo trajni magnet. Prisutnost Curiejeve točke također objašnjava zašto, kada se permanentni magnet snažno zagrije, u nekom trenutku postaje potpuno demagnetiziranje.
Marie Sklodowska Curie, 1867.-1934
poljski, zatim francuski kemičar. Rođena je u Varšavi u intelektualnoj obitelji u teškom razdoblju ruske okupacije koja je zadesila Poljsku. Dok je studirala u školi, pomagala je majci u održavanju pansiona, služeći tamo kao sluškinja. Nakon završene škole neko je vrijeme radila kao guvernanta u bogatim obiteljima kako bi zaradila za sestrino medicinsko obrazovanje. U tom razdoblju dogodile su se zaruke Sklodowske s mladićem iz obitelji u kojoj je služila, uznemirene od strane mladoženjinih roditelja (roditelji su takav brak svog sina smatrali nedostojnim njihovog društvenog statusa i propustili su sjajnu priliku da poboljšaju svoj obiteljski genetski fond ). Nakon što je njezina sestra stekla medicinsko obrazovanje u Parizu, Sklodowska je i sama otišla tamo studirati.
Sjajni rezultati prijamnih ispita iz fizike i matematike privukli su pozornost vodećih francuskih znanstvenika na mladog Poljaka. Rezultat su bile njezine zaruke 1894. s Pierreom Curiejem i vjenčanje s njim sljedeće godine. Tih godina tek su počinjala istraživanja fenomena radioaktivnosti i nije bilo kraja radu na tom području. Pierre i Marie Curie počeli su vaditi radioaktivne uzorke iz ruda iskopanih u Češkoj i proučavati ih. Kao rezultat toga, par je uspio otkriti nekoliko novih radioaktivnih elemenata odjednom ( cm. Radioaktivni raspad), od kojih je jedan u njihovu čast nazvan curium, a drugi - polonij u čast Marijine domovine. Za ova su istraživanja supružnici Curie, zajedno s Henrijem Becquerelom (1852.-1908.), koji je otkrio X-zrake, dobili Nobelovu nagradu za fiziku za 1903. godinu. Marie Curie je prva skovala pojam "radioaktivnost" - prema imenu prvog radioaktivnog elementa radija koji je otkrio Curie.
Nakon tragične Pierreove smrti 1906. Marie Curie odbila je mirovinu koju je nudilo Sveučilište Sorbonne i nastavila svoje istraživanje. Uspjela je dokazati da kao posljedica radioaktivnog raspada dolazi do transmutacije kemijskih elemenata i time postaviti temelje novoj grani prirodnih znanosti - radiokemiji. Za taj je rad Marie Curie dobila Nobelovu nagradu za kemiju za 1911. i postala prva znanstvenica koja je dvaput osvojila najprestižniju nagradu za postignuća u prirodnim znanostima. (Iste godine Pariška akademija znanosti odbila je njezinu kandidaturu i nije primila Marie Curie u svoje redove. Očito dvije Nobelove nagrade nisu bile dovoljne da akademici prevladaju svoju sklonost diskriminaciji na temelju nacionalnosti i spola.)
Tijekom Prvog svjetskog rata Marie Curie aktivno se bavila primijenjenim medicinskim istraživanjem, radeći na fronti s prijenosnim rendgenskim aparatom. Godine 1921. u Americi je otvorena pretplata za prikupljanje sredstava za kupnju 1 grama čistog radija za Marie Curie, koji joj je bio potreban za daljnja istraživanja. Tijekom njezine trijumfalne turneje po Americi s javnim predavanjima, ključ kutije s plemenitim radioaktivnim metalom Curie je uručio sam američki predsjednik Warren Harding.
Posljednje godine života Marie Curie bile su ispunjene važnim međunarodnim inicijativama u području znanosti i medicine. Početkom 1930-ih zdravlje Marie Curie naglo se pogoršalo - goleme doze radioaktivnog zračenja koje je primila tijekom višegodišnjih pokusa utjecale su na nju - a 1934. umrla je u sanatoriju u francuskim Alpama.
Pierre Curie, 1859.-1906
francuski fizičar. Rođen u Parizu u obitelji uglednog liječnika. Dobio kućni odgoj. U početku je studirao farmakologiju na Sorboni, ali se vrlo brzo zainteresirao za prirodoslovne pokuse s kristalima, koje je izvodio njegov brat Jacques, te je na kraju postao direktor Fakulteta za fiziku i kemiju (École de Physique et Chimie). Godine 1895. oženio se Mariom Sklodowskom i iste godine obranio doktorsku disertaciju o magnetskim svojstvima paramagneta ( cm. Curijev zakon). Zajedno sa suprugom, u teškim uvjetima rada, u Školi je izvodio pokuse proučavanja svojstava radioaktivnih tvari. Godine 1904. imenovan je profesorom fizike i ravnateljem laboratorija (uskoro pretvorenog u Institut za radij) na Sorboni. U travnju 1906. Pierre Curie je umro u neobičnoj nesreći, pavši pod kotače taksista. Nije stigao ni dovršiti opremu svog novog laboratorija.
