Bir ferromıknatıs hangi koşullar altında paramanyetiğe dönüşür? Fizik: Ferromıknatıs-paramıknatıs faz geçişinin sıcaklığının belirlenmesi, Laboratuvar çalışması Ferromıknatısın paramıknatısa dönüşümü

19.03.2024 Kanalizasyon

İşin amacı : Bir ferrimıknatıs (ferrit çubuk) için Neel sıcaklığını belirleyin

Kısa teorik bilgi

Her madde manyetiktir, yani. manyetik alanın etkisi altında manyetik bir moment elde etme yeteneğine sahiptir. Böylece madde, dış alanın üzerine bindirilen bir manyetik alan yaratır. Her iki alan da sonuçtaki alana eklenir:

Bir mıknatısın mıknatıslanması, birim hacim başına manyetik moment ile karakterize edilir. Bu miktara mıknatıslanma vektörü denir

bireysel bir molekülün manyetik momenti nerede.

Mıknatıslanma vektörü, aşağıdaki ilişkiyle manyetik alan gücüyle ilişkilidir:

Nerede C- belirli bir madde için manyetik duyarlılık adı verilen karakteristik bir değer.

Manyetik indüksiyon vektörü manyetik alan gücüyle ilgilidir:

Boyutsuz miktara bağıl manyetik geçirgenlik denir.

Manyetik özelliklerine göre tüm maddeler üç sınıfa ayrılabilir:

1) paramanyetik malzemeler M> 1 burada mıknatıslanma toplam alanı artırır

2) diyamanyetik malzemeler M < 1 в которых намагниченность вещества уменьшает суммарное поле

3) ferromıknatıslar M>> 1 mıknatıslanma toplam manyetik alanı artırır.

Bir madde, harici bir manyetik alanın yokluğunda bile kendiliğinden bir manyetik momente sahipse ferromanyetiktir. Bir ferromıknatısın doygunluk mıknatıslanması Ben S Bir maddenin birim hacmi başına kendiliğinden oluşan manyetik moment olarak tanımlanır.

Ferromanyetizma 3'te gözlenir D-metaller ( Fe , Ni , ortak ) ve 4 F metaller ( Tanrım , TB , Eee , Dy , Ho , Tm ) Ayrıca çok sayıda ferromanyetik alaşım vardır. Yukarıda listelenen yalnızca 9 saf metalin ferromanyetizmaya sahip olduğunu belirtmek ilginçtir. Hepsi bitmemiş D - veya F - kabuklar.

Bir maddenin ferromanyetik özellikleri, bu maddenin atomları arasında, dia- ve paramanyetlerde yer almayan, komşu atomların iyonik veya atomik manyetik momentlerinin eşit olmasına yol açan özel bir etkileşimin olmasıyla açıklanır. aynı yöne yönlendirilmiştir. Değişim etkileşimi adı verilen bu özel etkileşimin fiziksel doğası Ya.I. Frenkel ve W. Heisenberg, 20. yüzyılın 30'lu yıllarında kuantum mekaniği temelinde. İki atomun etkileşiminin kuantum mekaniği açısından incelenmesi, atomların etkileşim enerjisinin Ben Ve J, dönme anları yaşamak S Ben Ve S j , değişim etkileşiminden dolayı bir terim içerir:

Nerede J– varlığı atomların elektron kabuklarının örtüşmesiyle ilişkili olan değişim integrali Ben Ve J. Değişim integralinin değeri büyük ölçüde kristaldeki atomlar arası mesafeye (kristal kafesin periyodu) bağlıdır. Ferromıknatıslarda J>0, eğer J<0 вещество является антиферромагнетиком, а при J=0 – paramanyetik. Metabolik enerjinin elektrostatik kökenli olmasına rağmen klasik bir benzeri yoktur. Spinlerin paralel ve antiparalel olduğu durumlarda sistemin Coulomb etkileşiminin enerjisindeki farkı karakterize eder. Bu Pauli ilkesinin bir sonucudur. Kuantum mekaniksel bir sistemde, iki dönüşün göreceli yönelimindeki bir değişikliğe, örtüşme bölgesindeki yükün uzaysal dağılımındaki bir değişikliğin eşlik etmesi gerekir. sıcaklıkta T=0 K, tüm atomların spinleri aynı şekilde yönlendirilmelidir; artan sıcaklıkla birlikte spinlerin yönelimindeki sıra azalır. Curie sıcaklığı adı verilen kritik bir sıcaklık vardır. TS Bireysel spinlerin yönelimlerindeki korelasyonun ortadan kalktığı noktada, madde ferromanyetikten paramanyetik olana dönüşür. Ferromanyetizmanın ortaya çıkmasını destekleyen üç koşul tanımlanabilir:

1) maddenin atomlarında önemli içsel manyetik momentlerin varlığı (bu yalnızca tamamlanmamış atomlarda mümkündür) D - veya F - kabuklar);

2) belirli bir kristal için değişim integrali pozitif olmalıdır;

3) durumların yoğunluğu D - Ve F - Bölgeler geniş olmalıdır.

Bir ferromıknatısın manyetik duyarlılığı şu kurallara tabidir: Curie-Weiss yasası :

, İLE– Curie sabiti.

Çok sayıda atomdan oluşan cisimlerin ferromanyetizmi, atomların veya iyonların manyetik momentlerinin paralel ve aynı yönde olduğu makroskopik madde hacimlerinin (alanlar) varlığından kaynaklanmaktadır. Bu alanlar, harici bir mıknatıslama alanının yokluğunda bile kendiliğinden kendiliğinden mıknatıslanma sergiler.

Yüz merkezli kübik kafesli bir ferromıknatısın atomik manyetik yapısının modeli. Oklar atomların manyetik momentlerini gösterir.

Harici bir manyetik alanın yokluğunda, genel olarak mıknatıslanmamış bir ferromıknatıs, her birinde tüm spinlerin aynı şekilde yönlendirildiği, ancak yönelimlerinin yönü komşu alanlardaki spin yönlerinden farklı olan daha fazla sayıda alandan oluşur. Ortalama olarak, mıknatıslanmamış bir ferromıknatıs örneğinde tüm yönler eşit olarak temsil edilir, dolayısıyla makroskobik bir manyetik alan elde edilmez. Tek bir kristalde bile alanlar vardır. Maddenin alanlara ayrılması, aynı yöndeki dönüşlere sahip bir düzenlemeye göre daha az enerji gerektirmesi nedeniyle meydana gelir.

Bir ferromıknatıs dış bir alana yerleştirildiğinde, alana paralel manyetik momentler, alana antiparalel veya başka bir yöne yönlendirilmiş momentlerden daha az enerjiye sahip olacaktır. Bu, mümkünse diğerlerinin pahasına hacmi artırmaya çalışan bazı alanlara avantaj sağlar. Bir alan içinde manyetik momentlerin dönüşü de meydana gelebilir. Bu nedenle zayıf bir dış alan, mıknatıslanmada büyük bir değişikliğe neden olabilir.

Ferromıknatıslar Curie noktasına kadar ısıtıldığında termal hareket kendiliğinden mıknatıslanma bölgelerini yok eder, madde özel manyetik özelliklerini kaybeder ve sıradan bir paramıknatıs gibi davranır. Bazı ferromanyetik metaller için Curie sıcaklıkları tabloda verilmiştir.

Madde
Fe
Ni
*ortak*
*Tanrım*

Ferromıknatıslara ek olarak, bitmemiş kabuklara sahip atomların spin manyetik momentlerinin antiparalel olarak yönlendirildiği, manyetik olarak düzenli maddelerin büyük bir grubu vardır. Yukarıda gösterildiği gibi bu durum değiş-tokuş integralinin negatif olması durumunda ortaya çıkar. Tıpkı ferromıknatıslarda olduğu gibi, burada da manyetik sıralama, Néel sıcaklığı adı verilen, 0 K ile belirli bir kritik QN arasındaki sıcaklık aralığında gerçekleşir. Lokalize manyetik momentlerin antiparalel yönelimi ile kristalin ortaya çıkan mıknatıslanması sıfır ise, o zaman antiferromanyetizma. Bu durumda manyetik momentin tam olarak telafisi yoksa, o zaman hakkında konuşurlar. Ferrimanyetizma. En tipik ferrimıknatıslar ferritler– metallerin çift oksitleri. Ferritlerin tipik bir temsilcisi manyetittir (Fe 3 O 4). Ferrimanyetlerin çoğu iyonik kristallerdir ve bu nedenle düşük elektrik iletkenliğine sahiptirler. İyi manyetik özelliklerle (yüksek manyetik geçirgenlik, yüksek doygunluk mıknatıslanması, vb.) birlikte kullanıldığında bu, geleneksel ferromıknatıslara kıyasla önemli bir avantajdır. Ferritlerin ultra yüksek frekans teknolojisinde kullanılmasını mümkün kılan da bu kalitedir. Girdap akımlarının oluşmasından kaynaklanan kayıpların çok yüksek olması nedeniyle yüksek iletkenliğe sahip geleneksel ferromanyetik malzemeler burada kullanılamaz. Aynı zamanda birçok ferrit, ferromanyetik metallerin Curie sıcaklığına kıyasla çok düşük bir Néel noktasına (100 – 300 °C) sahiptir. Bu çalışmada ferrimanyetik-paramanyetik geçişin sıcaklığını belirlemek için özel olarak ferritten yapılmış bir çubuk kullanılmıştır.

İZVESTİYA RAS. FİZİKSEL SERİ, 2015, cilt 79, sayı 8, s. 1128-1130

UDC 537.622:538.955

FAZ GEÇİŞ ÇALIŞMALARI

İNCE FİLMLERDE FERROMAGNETİK-PARAMAGNETİK FePt1- xRhx FAZ L10

E-posta: [e-posta korumalı]

Magnetron püskürtme yoluyla farklı Rh içeriklerine (FePtj _ xRhx) sahip FePtRh filmleri elde edildi. FePtj _xRhx faz L10'un ince filmlerindeki manyetik yapı ve ferromanyetik-paramanyetik faz geçişi, Rh içeriğine bağlı olarak incelenmiştir (0< х < 0.40) в образце. Показано, что при комнатной температуре тонкие пленки FePti _ xRhx при 0 < х < 0.34 находятся в ферромагнитном состоянии с большой энергией магнитокристаллической анизотропии, тогда как при 0.34 < х < 0.4 - в парамагнитном состоянии.

DOI: 10.7868/S0367676515080335

GİRİİŞ

İnce filmlerin oluşturulmasıyla ilgili manyetik malzemelerle ilgili birçok çalışma, bilginin manyetik kaydının yoğunluğunu arttırmayı amaçlamaktadır. Kural olarak, manyetik filmdeki bilgi taşıyıcıları olan tanelerin boyutunun en aza indirilmesi ve uzunlamasına kayıt türünden dikey kayıt türüne geçilmesiyle kayıt yoğunluğunda bir artış elde edilir. Ancak granül boyutundaki azalma, manyetik kayıt yoğunluğunun artmasını önleyen süperparamanyetik etkinin oluşmasıyla sınırlıdır. Artan kayıt yoğunluğunun bir diğer sınırlaması boncuklar arasındaki değişim etkileşimidir. Bu sınırlamaların üstesinden gelmek için çeşitli yöntemler kullanılır; bunlardan biri yapılandırılmış depolama ortamının kullanılmasıdır. Geleneksel bir manyetik ortamda, kayıt katmanı rastgele düzenlenmiş ferromanyetik alaşım taneciklerinden oluşur. Yapılandırılmış bir bilgi taşıyıcısı durumunda, filmde, manyetik olmayan bir matris içinde düzenli bir şekilde düzenlenmiş, aynı boyutta ferromanyetik granüller veya nanonoktalar oluşturulur. Bu durumda noktaların her biri bir bilgi parçası görevi görür.

1 Federal Devlet Özerk Yüksek Mesleki Eğitim Kurumu Kazan (Volga Bölgesi) Federal Üniversitesi.

2 Federal Devlet Bütçe Bilim Enstitüsü Fiziko-Teknik Enstitüsü, A.F. Ioffe Rusya Bilimler Akademisi, St. Petersburg.

3 Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü, Akita Üniversitesi

versity, 1-1 Gakuen-machi, Tegata, Akita 010-8502, Japonya.

BeR filminin son on yılında! Li0 fazları, yüksek manyetokristalin anizotropi enerjisine (Ku ~ 7 107 erg cm-3) sahip oldukları için araştırmacıların yakından ilgisini çekmektedir, bu da onların yapılandırılmış bilgi taşıyıcıları olarak kullanımlarını ümit verici kılmaktadır. Bu durumda, ultra yüksek yoğunluklu manyetik kayıt (UHDM) için, içlerindeki kolay mıknatıslanma ekseninin (c ekseni) film düzlemine normal boyunca yönlendirilmesi gerekir.

BeP filmlerinin manyetik özelliklerinin kontrol edildiği bilinmektedir! belki onlara ek unsurlar katarak. BeR alaşımına rodyum (RH) eklenmesi! manyetokristalin anizotropinin enerjisini önemli ölçüde azaltmadan ince filmlerin manyetik özelliklerini optimize etmenize olanak tanır, bu da bu bileşimin yapılandırılmış bir bilgi taşıyıcı olarak kullanılmasını mümkün kılar.

Bu çalışmada, FeF1 fazı L10'un ince filmlerindeki manyetik yapı ve ferromanyetik-paramanyetik faz geçişi, NR (0) içeriğine bağlı olarak incelenmiştir.< х < 0.40) в образце.

1. DENEY

İnce FeP1 filmleri, tek kristalli bir Mg0 (100) substrat üzerine magnetron püskürtme yoluyla elde edildi. Sentezlenen filmlerin kalınlığı 20 nm idi (Şekil 1). Manyetik özellikler süper iletken bir kuantum interferometre kullanılarak 300 K'de ölçüldü

FERROMANYETİK-PARAMAMANYETİK FAZ GEÇİŞİNİN ARAŞTIRILMASI

Fe^Pt! - xRhx)5()

Mg0(100) substrat

20 nm 0,5 mm

Pirinç. 1. İnce numunelerin şematik gösterimi

(SQUID) ve titreşimli bir manyetometre. Sentezlenen filmlerin manyetik yapısı, yani kalıcı mıknatıslanmanın yönelimi, dönüşüm elektronu Mössbauer spektroskopisi (CEMS) kullanılarak incelenmiştir. Mössbauer ölçümleri, Rh matrisindeki 57Co gama ışınları kaynağının sabit ivmeyle hareket ettiği bir spektrometre üzerinde gerçekleştirildi. Dönüşüm elektronlarını kaydetmek için, içine incelenen numunenin yerleştirildiği He + %5 CH4 gazlarının bir karışımı ile doldurulmuş bir elektron detektörü kullanıldı. Mössbauer etkisi ölçülürken, 57Co(Rh) kaynağından gelen gama radyasyonu, incelenen filmin yüzeyine dik olarak yönlendirildi. Spektrometrenin hız ölçeği, oda sıcaklığında alfa demir folyo kullanılarak kalibre edildi ve daha yüksek doğruluk için kalibrasyon, bir lazer interferometre kullanılarak gerçekleştirildi. İzomer kaymalarının büyüklükleri metalik a-Fe'ye göre belirlendi. Mössbauer spektrumlarının matematiksel işlenmesi, deneysel Mössbauer spektrumlarından spektral çizgilerin konumlarını, genliklerini ve genişliklerini belirlemeyi mümkün kılan özel bir program kullanılarak gerçekleştirildi. Ayrıca elde edilen verilere dayanarak demir iyonlarının çekirdekleri üzerindeki etkili manyetik alanlar (Hhf), dört kutuplu bölünmeler (QS) ve kimyasal kaymalar (CS) hesaplandı.

2. SONUÇLAR VE TARTIŞILMASI

Şek. Şekil 2, çalışılan FePt1-xRhx numunelerinin FEM spektrumlarını göstermektedir. X = 0'daki FePtx_xRhx spektrumunda, aşırı ince bir alanda Zeeman bölünmesinin 2. ve 5. çizgileri yoktur; bu, manyetik momentlerin film yüzeyine dik yönelimini gösterir. Etkin manyetik alanın bu şekilde yönlendirilmesi, manyetik-kristalin anizotropinin kolay ekseninin film yüzeyine dik olduğu sonucuna varmamızı sağlar. Satır çıkarma

x = 0,30 ■ .. .-w^

6 -4 -2 0 2 4 6 Hız, mm ■ s-1

Pirinç. 2. FePtj_ince filmlerin Mössbauer spektrumları

FeP1 spektrumundan yapılan Zeeman ayrımı, “sıfır” hızlar bölgesinde paramanyetik fazdaki demir iyonlarına ait hiçbir çizginin olmadığını göstermektedir; bu, numunedeki tüm Fe iyonlarının manyetik olarak düzenli bir durumda olduğu anlamına gelir.

FeP^ xNRx filmlerinin bileşimindeki NR konsantrasyonunun artmasıyla, etkili manyetik alanlarda kademeli bir azalma gözlenir ve x = 0,4'te Zeeman ayırma çizgileri tekli halinde "çöker". Artan nükleer radyasyon konsantrasyonuyla numunelerin spektrumlarındaki bu değişiklik, ölçümlerin oda sıcaklığında FeP1Ri sisteminin ferromanyetik durumdan paramanyetik duruma geçişinden kaynaklanmaktadır. Bu geçiş, P iyonlarının rodyum iyonları ile yer değiştirmesi ve paramanyetik kümelerin ortaya çıkması nedeniyle meydana gelir. Nükleer radyasyon konsantrasyonunun artmasıyla birlikte bu kümelerin sayısı da artar ve sonuçta numunenin paramanyetik duruma nihai geçişine yol açar (Şekil 3). FEM spektrumlarından elde edilen veriler, verilen doygunluk mıknatıslanması (M) çalışmalarının sonuçlarıyla doğrulanmaktadır.

FePtt _ xRhx filmleri.

VALIULLIN ve ark.

Paramanyetik faz

Ferromanyetik faz

0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30

Bayan, erg ■ Gs 1500

Pirinç. 3. Fe50(P1:1_ xKIx)50'nin ince filmlerindeki nükleer radyasyonun konsantrasyonuna bağlı olarak ferromanyetik fazın göreceli içeriği (ferromanyetik ve paramanyetik fazların Mössbauer alt spektrumlarının göreceli alanları tarafından belirlenir).

şek. 4. Şekil, x arttıkça M'de monoton bir azalmanın gözlendiğini göstermektedir.

Magnetron püskürtme yöntemi kullanılarak, x'in 0 ila 0,4 arasında değiştiği farklı NR (FeP^ _ xRbx) içeriklerine sahip 20 nm kalınlığında FePIR filmleri elde edildi. X = 0'da filmin oda sıcaklığında ferromanyetik olduğu ve manyetokristalin anizotropinin kolay ekseninin film yüzeyine dik olarak yönlendirildiği tespit edilmiştir. Oda sıcaklığında FeP^ xRiH'deki ferromanyetik düzen, rodyum içeriği x aralığında korunur< 0.32 с сохранением большой энергией магнитокристаллической анизотропии и обусловленной ею перпендикулярной ориентацией намагниченности. В изученном интервале 0.34 < х < 0.4 пленка БеР^ _ хКЬх находится в парамагнитном состоянии. Намагниченность насыщения для 0 < х < 0.32 находится в интервале 1000 >M > 500 erg ■ Gs-1 ■ cm-3.

Çalışma, Rusya Temel Araştırma Vakfı'nın (hibe No. 14-02-91151) mali desteğiyle ve kısmi destekle gerçekleştirildi.

J_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I

Pirinç. 4. RR konsantrasyonuna bağlı olarak ince Fe50(P111_ xRAIx)50 filmlerinde 300 K sıcaklıkta ölçülen doygunluk mıknatıslanması (Ma).

Rusya Federasyonu Eğitim ve Bilim Bakanlığı tarafından finanse edilen Kazan Federal Üniversitesi Rekabet Gücünün Artırılması Programının desteği.

REFERANSLAR

1. Kryder M.H., Gage E.C., McDaniel T.W., Challener W.A., Rottmayer R.E., Ju G, Hsia Y, Erden M.F. //Proc. IEEE. 2008. V. 96. No. 11. S. 1810.

2. Yuasa S., Miyajima H., Otani Y. // J. Phys. Sos. Jpn. 1994. V. 63. S. 3129.

3. Hasegawa T., Miyahara J., Narisawa T., Ishio S., Yamane H., Kondo Y., Ariake J., Mitani S., Sakuraba Y., Takanashi K. // J. Appl. Fizik. 2009. V. 106. S. 103928.

4. Ivanov O.A., Solina L.V., Demshina V.A., Magat L.M. // FMM. 1973. T. 35. S. 92.

5. Kamzin A.S., Grigoriev L.A. // ZhTF'ye mektuplar. 1990. T. 16. Sayı 16. S. 38.

6. Xu D., Sun C., Chen J., Zhou T., Heald S.M., Bergman A., Sanyal B., Chow G.M. // J. Başvuru. Fizik. 2014. V. 116. S. 143902.

Bu makaleyi okumaya devam etmek için tam metni satın almalısınız. Makaleler formatta gönderilir PDF'lerÖdeme sırasında belirtilen e-posta adresine. Teslimat süresi 10 dakikadan az

KARAMAN I., KIREEVA I.V., KRETININA I.V., KUSTOV S.B., PICORNELL K., POBEDERENNAYA Z.V., PONS J., CAESARI E., CHUMLYAKOV Y.I. - 2010

Faz geçiş sıcaklığının belirlenmesi

ferrimanyetik-paramanyetik

İşin amacı : Bir ferrimıknatıs (ferrit çubuk) için Neel sıcaklığını belirleyin

Kısa teorik bilgi

Bir mıknatısın mıknatıslanması, birim hacim başına manyetik moment ile karakterize edilir. Bu miktara mıknatıslanma vektörü denir

bireysel bir molekülün manyetik momenti nerede.

Mıknatıslanma vektörü, aşağıdaki ilişkiyle manyetik alan gücüyle ilişkilidir:

Nerede C- belirli bir madde için manyetik duyarlılık adı verilen karakteristik bir değer.

Manyetik indüksiyon vektörü manyetik alan gücüyle ilgilidir:

Boyutsuz miktara bağıl manyetik geçirgenlik denir.

Manyetik özelliklerine göre tüm maddeler üç sınıfa ayrılabilir:

1) paramanyetik malzemeler M> 1 burada mıknatıslanma toplam alanı artırır

2) diyamanyetik malzemeler M < 1 в которых намагниченность вещества уменьшает суммарное поле

3) ferromıknatıslar M>> 1 mıknatıslanma toplam manyetik alanı artırır.

Nerede J– varlığı atomların elektron kabuklarının örtüşmesiyle ilişkili olan değişim integrali Ben Ve J. Değişim integralinin değeri büyük ölçüde kristaldeki atomlar arası mesafeye (kristal kafesin periyodu) bağlıdır. Ferromıknatıslarda J>0, eğer J<0 вещество является антиферромагнетиком, а при J=0 – paramanyetik. Metabolik enerjinin elektrostatik kökenli olmasına rağmen klasik bir benzeri yoktur. Spinlerin paralel ve antiparalel olduğu durumlarda sistemin Coulomb etkileşiminin enerjisindeki farkı karakterize eder. Bu Pauli ilkesinin bir sonucudur. Kuantum mekaniksel bir sistemde, iki dönüşün göreceli yönelimindeki bir değişikliğe, örtüşme bölgesindeki yükün uzaysal dağılımındaki bir değişiklik eşlik etmelidir. sıcaklıkta T=0 K, tüm atomların spinleri aynı şekilde yönlendirilmelidir; artan sıcaklıkla birlikte spinlerin yönelimindeki sıra azalır. Curie sıcaklığı adı verilen kritik bir sıcaklık vardır. TS Bireysel spinlerin yönelimlerindeki korelasyonun ortadan kalktığı noktada madde ferromıknatıstan paramıknatısa dönüşür. Ferromanyetizmanın ortaya çıkmasını destekleyen üç koşul tanımlanabilir:

1) maddenin atomlarında önemli içsel manyetik momentlerin varlığı (bu yalnızca tamamlanmamış atomlarda mümkündür) D- veya F- kabuklar);

2) belirli bir kristal için değişim integrali pozitif olmalıdır;

3) durumların yoğunluğu D- Ve F- Bölgeler geniş olmalıdır.

Bir ferromıknatısın manyetik duyarlılığı şu kurallara tabidir: Curie-Weiss yasası:

, İLE– Curie sabiti.

Yüz merkezli kübik kafesli bir ferromıknatısın atomik manyetik yapısının modeli. Oklar atomların manyetik momentlerini gösterir.

Madde
Fe	769
Ni	364
*ortak*	1121
*Tanrım*	18

İşin yapılmasını sağlamak

Deney düzeneğinin şeması.

Deney fikri

Bu kurulumun ana kısmı ferritten yapılmış açık çekirdekli bir transformatördür. Nikromdan yapılmış birincil sargı aynı zamanda çekirdeği ısıtmaya da yarar. Aşırı ısınmayı önlemek için birincil sargıya voltaj LATR'den sağlanır. İndüklenen akım, sekonder sargıya bağlanan bir voltmetre kullanılarak kaydedilir. Çekirdek sıcaklığını ölçmek için tek bir termokupl olan termo-emf kullanılır. ortam havası ile termokupl bağlantısı arasındaki sıcaklık farkıyla orantılıdır. Çekirdek sıcaklığı aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanabilir: T=T 0 +23,5×e, burada e termal emk'dir. (milivolt cinsinden), T 0 – laboratuvardaki hava sıcaklığı.

Deneyin fikri şu şekildedir: ikincil sargıda indüklenen emk, burada ben ben - birincil sargıdaki akım, L- birincil sargının endüktansı; çekirdeksiz sekonder sargının endüktansının nerede olduğu bilinmektedir ve M- çekirdeğin manyetik geçirgenliği.

Manyetik geçirgenlik sıcaklık arttıkça azalır ve Néel noktasına ulaşıldığında keskin bir şekilde düşer. Sonuç olarak, hem indüklenen emk hem de indüklenen akım keskin bir şekilde düşer.

Bir deney yapmak

1. Kurulumu Şekil 2'de gösterilen şemaya göre monte edin. 2.

2. LATR kontrol düğmelerini (iki adet vardır) en sol konuma ayarlayın.

3. LATR ağını ve milivoltmetre güç kaynağını açın.

4. İlk LATR'nin çıkışındaki voltajı - 220V, ikincinin çıkışında ayarlayın - en fazla 30V.

5. Her 1-2 bölümde bir milivoltmetreden okumalar alırken aynı zamanda miliampermetreden okumalar alın.

6. Néel noktasına ulaşıldıktan sonra LATR'yi kapatın ve çekirdeğin soğumasını bekleyin. Daha sonra ölçümleri en az 3 kez tekrarlayın.

7. Tablo verilerine dayanarak grafikler oluşturun. İkincil sargıda indüklenen emk değerinin keskin bir şekilde düşmeye başladığı sıcaklığı grafiklerden belirleyin (şekle bakın), bu deneyde bu sıcaklık değerini Neel sıcaklığına eşit alacağız. Her ölçüm serisi için bu şekilde belirleyin. Ortalamayı hesaplayın.

8. Faz geçiş sıcaklığı ölçümlerindeki rastgele hatayı belirleyin.

Bir rapor için örnek tablo.

№	1. Bölüm	2. Bölüm
№	TEDS, mV	TEDS, mV
1
2
…

Güvenlik soruları

1. Manyetik duyarlılık ve manyetik geçirgenlik nedir?

Giriş Çok sayıda etkileşimli parçacıktan oluşan sistemlerin incelenmesi, modern fiziğin en önemli problemlerinden biridir. En ilginç olanı, belirli bir düzen oluştuğunda maddelerin termodinamik davranışıdır. Bu sıralama belirli bir sıcaklıkta meydana gelir ve geçiş son derece dar bir sıcaklık aralığında meydana gelir ve buna faz geçişi denir (bir maddenin bir fazdan diğerine geçişi). Sıralamayla ilişkili faz geçişleri çeşitli fiziksel sistemlerde meydana gelir: ikili alaşımlar. , ferromıknatıslar ve antiferromıknatıslar, ferroelektriklerdeki dipol momentlerde, süperiletkenlerdeki elektronlar, süperakışkan durumdaki helyumda vb. 2

Sınıflandırma Makroskopik (termodinamik) sistemlerin davranışında özellikle ilgi çekici olan faz geçiş noktalarıdır, çünkü bu noktalarda sistemin özellikleri aniden değişir. İki seçenek vardır: İlk durum - faz ayrılması - birinci dereceden bir faz geçişidir. Yeni bir fazın ortaya çıkması yüzey enerjisinin ortaya çıkmasına yol açtığından, küçük hacimli çekirdekler enerji açısından elverişsizdir, yeterince büyük olanlar ise yalnızca dalgalanmalar nedeniyle ortaya çıkabilir. Bu tür geçişlerin örnekleri faz ayrımıdır (buhar - sıvı, sıvı - katı, buhar - katı). İkinci durumda, yeni özelliklerin ortaya çıkışı yüzey enerjisiyle ilişkili değildir. Bu tür faz geçişlerine ikinci dereceden faz geçişleri denir; bunlara genellikle durumun simetrisindeki bir değişiklik eşlik eder. Bu tür geçişlere örnekler: belirli bir sıcaklıkta kristallerdeki yapısal yeniden düzenlemeler; alaşımlarda düzen-düzensizlik geçişleri; spin sistemlerinde ferromanyetik-paramanyetik geçişler ve ferromanyetik metaller ve alaşımlar; Süper iletkenlik ve süper akışkanlığın ortaya çıkışı 3

Sıra parametresi Her faz geçişi için, sıralı fazdaki sıfır olmayan ortalama değeri ferromıknatısın simetrisini bozan bir sıra parametresi kavramı vardır. Sıra parametresi ortalama mıknatıslanmadır. Simetrinin kendiliğinden bozulduğu ve sıra parametresinin ortadan kalktığı sınır sıcaklığına kritik sıcaklık denir 4

Sıra parametresi Eğer sıra parametresi T=Tc'de düzgün bir şekilde yok oluyorsa (ancak dalgalanmalar nedeniyle sonsuz bir türevle), o zaman bu ikinci dereceden bir faz geçişidir. Eğer sıra parametresinin faz geçiş bölgesine bağımlılığı belirsizse, o zaman bu ikinci dereceden bir faz geçişidir. Sistemde faz ayrımı mutlaka gözlenir ve bu birinci dereceden bir geçiştir. Faz geçişleri teorisi, parçacıkların etkileşiminden kaynaklanan bir düzen alanı fikrine dayanmaktadır. Bu alanın ortalama alan 5'e eşit olduğu varsayılırsa teori en basit hale gelir.

Manyetik moment Maddelerin manyetik özelliklerinin nedeni, genellikle elektron kapalı yörüngeler boyunca hareket ettiğinde ortaya çıkan, elektronla veya elektronun lokalize olduğu kafes bölgesiyle ilgili manyetik momenttir. Maddelerin manyetik özelliklerine göre aşağıdaki sınıflandırması. kabul edilen özellikler: 1) paramanyetik malzemeler: >1 manyetik alan içeride yoğunlaşır; 2) diyamanyetik malzemeler: 1 içerideki manyetik alan güçlendirilir; 2) diyamanyetik malzemeler: ">

Weiss yaklaşımı Manyetik momentlerin birbiriyle etkileşime girmesine izin verin: Seçilen bir manyetik momente etki eden alan: Etkin alan: Weiss moleküler alan yaklaşımı, i'inci düğümdeki gerçek toplam alanın ortalama alanla çakıştığı ve bağımlı olmadığı varsayımından oluşur. i-th düğümünün yönü 9'a geri döndü

Değişim etkileşimi Manyetik momentler arasındaki etkileşim, doğası gereği tamamen kuantumdur - bu, sözde değişim etkileşimidir. Aynı kuantum parçacıklarından oluşan bir topluluk için, özdeşlik ilkesi karşılanmalıdır - belirsizlik ilkesi nedeniyle bunların ayırt edilemez olması gerekir. Yalnızca iki parçacık varsa, o zaman her iki parçacığın yeniden düzenlenmesiyle birbirinden elde edilen sistemin durumları fiziksel olarak tamamen eşdeğer olmalıdır. Bu, böyle bir yeniden düzenlemenin sonucu olarak sistemin dalga fonksiyonunun ancak önemsiz bir faz faktörü kadar değişebileceği anlamına gelir. Bu nedenle yalnızca iki olasılık vardır: dalga fonksiyonu ya simetriktir (bu Bose istatistiğidir) ya da antisimetriktir (bu Fermi istatistiğidir) 11

Değişim etkileşimi Şimdi kuantum istatistiklerine sahip olan ve ilk yaklaşım olarak etkileşime girmeyen iki izole parçacığı ele alalım. Sistemin tam dalga fonksiyonu: Bozonlar + işaretine karşılık gelir ve fermiyonlar - simetrik ve antisimetrik durumları gerçekleştirir. spin bileşeni dikkate alınarak kristal kafes alanında lokalize elektron sistemi: Antisimetrik durum - simetrik bir spin bileşenine karşılık gelmelidir ve simetrik durum +, bir antisimetrik spin bileşenine karşılık gelmelidir 12

Değişim integralinin tahmini J 12 >0 durumunda, J 12 ise spinlerin paralel sıralanması avantajlıdır. 0 spinlerin paralel sıralanması avantajlıdır J 12 ">0 ise spinlerin paralel sıralanması avantajlıdır J 12 ">0 ise spinlerin paralel sıralanması avantajlıdır eğer J 12 " title="(!LANG :Değişim integralinin değerlendirilmesi J 12>0 spin durumunda, J 12 ise paralel dizilmesi avantajlıdır"> title="Değişim integralinin tahmini J 12 >0 durumunda, J 12 ise spinlerin paralel sıralanması avantajlıdır."> !}

Çalışmanın amacı: ikinci dereceden ferromıknatıs-paramıknatıs faz geçişinin incelenmesi, kendiliğinden mıknatıslanmanın sıcaklığa bağımlılığının belirlenmesi ve Curie-Weiss yasasının doğrulanması.

giriiş

Doğada, faz dönüşümleri adı verilen, maddenin durumunda çeşitli ani değişiklikler vardır. Bu tür dönüşümler arasında erime ve katılaşma, buharlaşma ve yoğunlaşma, metallerin süper iletken duruma geçişi ve ters geçiş vb. yer alır.

Faz geçişlerinden biri, demir grubunun metalleri, bazı lantanitler ve diğerleri gibi bazı maddelerde ferromanyetik durumdan paramanyetik duruma geçiştir.

Ferromanyetik-paramanyetik geçiş, yalnızca malzeme bilimindeki öneminden dolayı değil, aynı zamanda çok basit bir modelin (Ising modeli) bu durumu incelemek için kullanılabileceği ve bu nedenle bu geçişin, Matematiksel olarak en fazla detay, bu da hala eksik olan genel faz geçişleri teorisini oluşturmak için önemlidir.

Bu çalışma, iki boyutlu bir kristal kafesteki ferromanyetik-paramanyetik geçişi inceliyor, kendiliğinden mıknatıslanmanın sıcaklığa bağımlılığını inceliyor ve Curie-Weiss yasasını doğruluyor.

Manyetik malzemelerin sınıflandırılması

Tüm maddeler bir dereceye kadar manyetik özelliklere sahiptir, yani mıknatıslardır. Mıknatıslar iki büyük gruba ayrılır: yüksek derecede manyetik ve zayıf manyetik maddeler. Güçlü manyetik maddeler, harici bir manyetik alanın yokluğunda bile manyetik özelliklere sahiptir. Bunlar arasında ferromıknatıslar, antiferromıknatıslar ve ferrimıknatıslar bulunur. Zayıf manyetik maddeler, yalnızca harici bir manyetik alanın varlığında manyetik özellikler kazanır. Diamanyetik ve paramanyetik olarak ikiye ayrılırlar.

Diamıknatıslar, dış bir alanın yokluğunda atomları veya molekülleri manyetik momente sahip olmayan maddeleri içerir. Bu maddelerin atomları, içlerine giren elektronların yörünge ve dönme momentleri birbirini tam olarak telafi edecek şekilde düzenlenmiştir. Diyamanyetik malzemelerin bir örneği, atomları yalnızca kapalı elektron kabuklarına sahip olan inert gazlardır. Elektromanyetik indüksiyon olgusu nedeniyle harici bir manyetik alan ortaya çıktığında, diyamanyetik malzemelerin atomları mıknatıslanır ve Lenz kuralına göre alana karşı yönlendirilmiş bir manyetik moment kazanırlar.

Paramanyetik maddeler, atomları sıfır olmayan manyetik momentlere sahip olan maddeleri içerir. Harici bir alanın yokluğunda, bu manyetik momentler, kaotik termal hareket nedeniyle rastgele yönlendirilir ve bu nedenle paramanyetiğin sonuçta ortaya çıkan mıknatıslanması sıfırdır. Bir dış alan ortaya çıktığında, atomların manyetik momentleri ağırlıklı olarak alan boyunca yönlendirilir, dolayısıyla yönü alanın yönü ile çakışan bir mıknatıslanma ortaya çıkar. Manyetik bir alandaki paramanyetik atomların kendilerinin diyamanyetik atomlarla aynı şekilde mıknatıslandığına dikkat edilmelidir, ancak bu etki her zaman momentlerin yönelimiyle ilişkili etkiden daha zayıftır.

Ferromıknatısların ana özelliği, bir ferromıknatısın harici bir manyetik alanın yokluğunda bile mıknatıslanabileceği gerçeğiyle kendini gösteren kendiliğinden mıknatıslanmanın varlığıdır. Bunun nedeni, herhangi bir komşu ferromanyetik atom çiftinin etkileşim enerjisinin, manyetik momentlerinin karşılıklı yönelimine bağlı olmasıdır: eğer bir yöne yönlendirilirlerse, o zaman atomların etkileşim enerjisi daha azdır ve zıt yönlerde ise. , o zaman daha büyüktür. Kuvvetler dilinde, kısa menzilli kuvvetlerin, komşu atomu, verilen atomun kendisiyle aynı manyetik moment yönüne sahip olmaya zorlayan manyetik momentler arasında etki ettiğini söyleyebiliriz.

Bir ferromıknatısın kendiliğinden mıknatıslanması sıcaklık arttıkça yavaş yavaş azalır ve belirli bir kritik sıcaklıkta - Curie noktası - sıfıra eşit olur. Daha yüksek sıcaklıklarda, ferromıknatıs manyetik alanda paramıknatıs gibi davranır. Böylece Curie noktasında ferromanyetik durumdan paramanyetik duruma bir geçiş meydana gelir; bu, ikinci dereceden bir faz geçişi veya sürekli bir faz geçişidir.

Mevcut model

Manyetik ve atomik sıralamayı incelemek için basit bir Ising modeli oluşturuldu. Bu modelde atomların ideal bir kristal kafesin düğüm noktalarında hareketsiz, salınımsız olarak yer aldığı varsayılmaktadır. Kafes düğümleri arasındaki mesafeler sabittir; sıcaklığa veya mıknatıslanmaya bağlı değildir, yani bu model bir katının termal genleşmesini hesaba katmaz.

Ising modelinde manyetik momentler arasındaki etkileşim kural olarak yalnızca en yakın komşular arasında dikkate alınır. Bu etkileşimin büyüklüğünün aynı zamanda sıcaklıktan ve mıknatıslanmadan bağımsız olduğuna inanılmaktadır. Etkileşim genellikle (ancak her zaman değil) merkezi ve ikili olarak kabul edilir.

Ancak bu kadar basit bir modelde bile ferromıknatıs-paramıknatıs faz geçişinin incelenmesi çok büyük matematiksel zorluklarla karşılaşır. Genel durumda üç boyutlu Ising problemine kesin bir çözüm elde edilemediğini, bu problemde az çok doğru yaklaşımların kullanılmasının büyük hesaplama zorluklarına yol açtığını ve yeteneklerin eşiğinde olduğunu söylemek yeterli olacaktır. hatta modern bilgisayar teknolojisinin bile.

Entropi

İki boyutlu bir Ising kafesindeki bir mıknatısı düşünelim (Şekil 1). Düğümlerin kare bir kafes oluşturmasına izin verin. Yukarıya doğru yönlendirilen manyetik momentler şu şekilde gösterilecektir: A ve aşağı – B.

Pirinç. 1
Yukarı doğru manyetik momentlerin sayısı şuna eşit olsun: N A ve aşağı – N B, toplam an sayısı N. Açık ki

N A + N İÇİNDE = N. (1)

Yerleştirebileceğiniz yolların sayısı N Açeşit çeşit anlar A Ve N Bçeşit çeşit anlar İÇİNDEİle N düğümler tüm bu düğümlerin birbirleriyle permütasyon sayısına eşittir, yani eşittir N!. Ancak bu toplamın içinde, aynı manyetik momentlerin birbirleriyle olan tüm permütasyonları yeni bir duruma yol açmaz (bunlara ayırt edilemez permütasyonlar denir). Yani, anları yerleştirmenin yollarının sayısını bulmak için ihtiyacınız var N! ayırt edilemeyen permütasyon sayısına bölünür. Böylece değeri elde ederiz

. (2)

Bu miktar, belirli bir mıknatıslanmaya sahip bir makroduruma karşılık gelen mikrodurumların toplam sayısıdır, yani makrodurumun istatistiksel ağırlığıdır.

Formül (2)'yi kullanarak istatistiksel ağırlığı hesaplarken, oldukça güçlü bir yaklaşım yapıldı, yani bazı kafes bölgelerinde belirli bir manyetik momentin ortaya çıkışı, atomların komşu bölgelerde sahip olduğu manyetik momentlere bağlı değildir. Aslında, parçacıkların birbirleriyle etkileşimi nedeniyle herhangi bir yönelimdeki momentlere sahip atomlar, kendilerini aynı manyetik momentlere sahip atomlarla çevrelemeye "çalışır", ancak bu formül (2)'de dikkate alınmaz. Bu durumda momentlerin düzenlenmesindeki korelasyonu dikkate almadığımız söyleniyor. Manyetizma teorisindeki bu yaklaşıma Bragg-Williams yaklaşımı denir. Korelasyonu hesaba katma probleminin, birbirleriyle etkileşime giren bir grup parçacıkla ilgilenen herhangi bir teorideki en zor problemlerden biri olduğuna dikkat edin.

Stirling formülünü uygularsak ln N!  N (in N – 1), büyükler için adil N o zaman formül (2)'den manyetik momentlerin konumuyla ilişkili entropi için bir ifade elde edebiliriz (buna konfigürasyon entropisi denir):

Manyetik momentin “yukarı” ortaya çıkma olasılığını tanıtalım:
. Benzer şekilde, aşağıya doğru bir manyetik momentin ortaya çıkma olasılığını da girebilirsiniz:
. O zaman entropi ifadesi şu şekilde yazılacaktır:

Formül (1)'den yukarıda belirtilen olasılıkların aşağıdaki ilişkiyle ilişkili olduğu anlaşılmaktadır:

. (3)

Uzun menzilli sıra parametresi olarak adlandırılan parametreyi tanıtalım:

(4)

Daha sonra formül (3) ve (4)'ten tüm olasılıkları sıra parametresi aracılığıyla ifade edebiliriz:

Bu ilişkileri entropi ifadesinde yerine koyarsak şunu elde ederiz:

. (6)

Uzun menzilli sıra parametresi 'nin fiziksel anlamını bulalım. Bir mıknatısın mıknatıslanması M modelimizde manyetik momentin olası iki yöneliminden birine sahip atomların fazlalığıyla belirlenir ve şuna eşittir:

Neresi
, Nerede M maksimum = N  – tüm manyetik momentlerin paralel yönlendirilmesiyle elde edilen maksimum mıknatıslanma ( – bir atomun manyetik momentinin değeri). Bu nedenle, sıra parametresi  bağıl mıknatıslanmadır ve –1 ila +1 arasında değişebilir. Sipariş parametresinin negatif değerleri yalnızca manyetik momentlerin tercihli yöneliminin yönünü gösterir. Harici bir manyetik alanın yokluğunda sıra parametre değerleri +  ve – fiziksel olarak eşdeğerdir.

Enerji

Atomlar birbirleriyle etkileşime girer ve bu etkileşim yalnızca oldukça kısa mesafelerde gözlemlenir. Teorik açıdan bakıldığında, yalnızca birbirine en yakın atomların etkileşimini hesaba katmak en kolay yoldur. Dış alan olmamasına izin verin ( N = 0).

Sadece komşu atomların etkileşmesine izin verin. Aynı yönde manyetik momentlere sahip (hem “yukarı” hem de her ikisi de “aşağı”) iki atomun etkileşim enerjisinin – V(çekim negatif enerjiye karşılık gelir) ve zıt yönlü + V.

Kristalin her atomun sahip olacağı şekilde olmasına izin verin. z en yakın komşular (örneğin, basit bir kübik kafeste) z = 6, vücut merkezli kübik olarak z = 8, kare z = 4).

Manyetik momenti “yukarı” yönlendirilen bir atomun yakın çevresi ile etkileşiminin enerjisi (yani, z P A"yukarı" ve birlikte anlar z P B Modelimizde "aşağı" momentler) şuna eşittir: V z (P A – P B). "Aşağı" momente sahip bir atom için benzer bir değer şuna eşittir: V z (P A – P B). Aynı zamanda, entropi formülünün türetilmesinde zaten kullanılmış olan ve atomların düzenindeki korelasyonları hesaba katmayan Bragg-Williams yaklaşımını tekrar kullandık, yani ortaya çıkma olasılığını varsaydık. Bazı kafes bölgelerindeki belirli bir manyetik moment, atomların komşu düğümlerde sahip olduğu manyetik momentlere bağlı değildir.

Bu yaklaşımda mıknatısın toplam enerjisi şuna eşittir:

burada ½ faktörü ortaya çıktı, böylece tüm komşu atomların birbirleriyle etkileşimi iki kez dikkate alınmayacak.

İfade etme N A Ve N B olasılıklar aracılığıyla şunu elde ederiz:

. (7)

Denge denklemleri

Etkileşimin enerjisi, bir sistemin kendi içinde tam bir düzen kurma eğilimini yansıtır (bizim durumumuzda  ile). = 1) enerji minimumdur ve bu, termal hareketin yokluğunda kararlı dengeye karşılık gelir. Sistemin entropisi ise tam tersine maksimum moleküler kaosa ve maksimum termal harekete yönelik eğilimi yansıtır. Termal hareket ne kadar güçlüyse, entropi de o kadar büyük olur ve moleküllerin birbirleriyle etkileşimi olmasaydı, sistem maksimum entropiyle maksimum kaosa yönelirdi.

Gerçek bir sistemde, bu eğilimlerin her ikisi de mevcuttur ve bu, sabit hacim ve sıcaklıkta, termodinamik denge durumunda, uç (minimum) değerine ulaşanın enerji veya entropi değil, Helmholtz olduğu gerçeğinde kendini gösterir. serbest enerji:

F = sen – T S.

Bizim durumumuz için formül (6) ve (7)'den şunu elde edebiliriz:

Termodinamik denge durumunda, sıralama derecesi serbest enerji minimum olacak şekilde olmalıdır, bu nedenle fonksiyonu (8) bir ekstremum için incelemeli, 'ye göre türevini almalı ve onu sıfıra eşitlemeliyiz. Böylece denge koşulu şu şekilde olacaktır:

. (9)

Bu denklemde
– boyutsuz sıcaklık.

Pirinç. 2
Denklem (9) aşkındır ve sayısal yöntemlerle çözülebilir. Ancak çözümü grafiksel olarak incelenebilir. Bunu yapmak için,  parametresinin farklı değerleri için denklemin sol ve sağ taraflarındaki fonksiyonların grafiklerini oluşturmanız gerekir. Bu fonksiyonları buna göre belirtelim F 1 ve F 2
(Şekil 2).

İşlev F 1,  parametresine bağlı değildir,  değişkeninin değerlerinde +1 ve –1'e eşit iki dikey asimptotlu bir eğridir. Bu fonksiyon monoton olarak artar, tektir, orijindeki türevi eşittir
. İşlev F 2 koordinatların kökeninden geçen düz bir çizgi olarak gösterilir, eğimi  parametresine bağlıdır:  ne kadar küçükse, eğim açısının tanjantı o kadar büyük olur;
.

Eğer   1 ise, o zaman
, bu durumda eğriler yalnızca koordinatların başlangıç noktasında kesişir, yani bu durumda denklem (9)'un yalnızca bir çözümü vardır  = 0.   1'de eğriler üç noktada kesişir, yani denklem (9)'un 3 çözümü vardır. Bunlardan biri hala sıfırdır, diğer ikisi ise yalnızca işaret bakımından farklılık gösterir.

 A ve için sıfır çözümün olduğu ortaya çıktı. İÇİNDE(yani "yukarı" ve "aşağı" anlar).

 = 1 değerini değiştirerek, denklem (9)'un iki çözüm tipini ayıran sıcaklık değerini elde ederiz:

Bu sıcaklığa ferromanyetik-paramanyetik geçiş sıcaklığı veya Curie noktası veya kısaca kritik sıcaklık denir.

Daha düşük sıcaklıklarda mıknatıs düzenli bir ferromanyetik durumda bulunur ve daha yüksek sıcaklıklarda atomların manyetik momentlerinin düzenlenmesinde uzun menzilli bir düzen yoktur ve madde paramanyetiktir. Bu geçişin ikinci dereceden bir faz geçişi olduğuna dikkat edin; sıra parametresi  artan sıcaklıkla birlikte giderek azalır ve kritik noktada sıfıra eşit olur.

Sıra parametresi 'nin, denklem (9)'un çözülmesinden elde edilen indirgenmiş sıcaklığa  bağımlılığı, şekilde gösterilmiştir.

pirinç. 3.

Dış alandaki bir ferromıknatıs için serbest enerji (8) yazılacaktır:

Pirinç. 3
burada  atomun manyetik momentidir. Bu formülde ikinci terim, atomların manyetik momentlerinin harici bir manyetik alanla etkileşiminin enerjisini temsil eder;
. Manyetik alandaki bir ferromıknatısın genel durumunu matematiksel olarak incelemek oldukça zordur; kendimizi yalnızca Curie noktasının üzerindeki sıcaklıklardaki bir ferromıknatısı dikkate almakla sınırlayacağız. O zaman (9)'a benzer denge denklemi şu formu alacaktır:

Kendimizi Curie noktasının önemli ölçüde üzerindeki sıcaklıklarda gözlemlenen zayıf mıknatıslanma durumuyla sınırlayalım.

(T ≫ T C) ve zayıf manyetik alanlar.  ≪ 1 için bu denklemin sol tarafı doğrusal terimlerle sınırlı bir seriye genişletilebilir;

ln (1+)  . Sonra 2 kT = Н +2 kT C ve mıknatıslanma
, yani paramanyetik duyarlılık
. Bu nedenle, zayıf manyetik alanlarda Curie noktasının üzerindeki sıcaklıklarda bir ferromıknatısın duyarlılığı ( T – T C), yani teori ile deneysel Curie-Weiss yasası arasında bir uyum vardır.

İş tanımı

Şekil 2'de bir bilgisayar laboratuvarı çalışmasından bir çerçeve gösterilmektedir. 4. Ferromıknatıs, sırasıyla yönlendirilmiş oklarla gösterilen, üzerine "yukarı" ve "aşağı" manyetik momentlerin yerleştirildiği 100 düğümden oluşan basit bir kare kafesin bir parçası ile modellenmiştir. Mıknatısın sıcaklığı azaltılmış birimlerle ayarlanır
ve harici manyetik alan gücü.

İki egzersiz yapmanız gerekiyor. Bunlardan ilkinde, harici bir manyetik alanın yokluğunda mıknatıslanmanın sıcaklığa bağımlılığının belirlenmesi gerekmektedir. İkinci alıştırmada, bir mıknatısın Curie noktasının üzerindeki sıcaklıktaki bir dış alan tarafından mıknatıslanmasını araştırmanız ve Curie-Weiss yasasını kontrol etmeniz gerekiyor.

İşin ilerlemesi

1. "RESET" düğmesine basın, "BAŞLAT" düğmesi görünecektir.

2. Gerekli alan gücü değerlerini ayarlayın N ve azaltılmış sıcaklık
.

3. "BAŞLAT" düğmesine basın; "yukarı" ve "aşağı" manyetik momentlerin sayısının belirtilen parametrelere göre belirlendiği bir ferromıknatıs görüntüsü görünecektir. İlgili pencerede manyetik momentlerin sayısı “yukarı” görünecektir.

4. Sipariş parametresinin değerini hesaplayın. Toplam manyetik moment sayısının 100 olduğu unutulmamalıdır.

5. Yukarıda açıklanan deneyi diğer alan gücü ve sıcaklık değerleri için gerçekleştirin ve her seferinde sıra parametresini hesaplayın.

6. Alan gücü değerlerinin 2 ila 10 birim aralığında (4–5 değer) ve verilen sıcaklığın 4 ila 15–20 aralığında (4–5 değer) seçilmesi önerilir.

7. Her sıcaklık için, mıknatıslanmanın alan gücüne bağımlılığını çizin ve belirli bir sıcaklıktaki manyetik duyarlılığı ilgili grafiğin eğimi olarak belirleyin.

8. Duyarlılığın orana bağımlılığının bir grafiğini oluşturan Curie-Weiss yasasının uygulanmasını değerlendirin
. Curie-Weiss yasasına göre bu bağımlılığın doğrusal olması gerekir.

9. Mıknatıslanmanın alan gücündeki indirgenmiş sıcaklığa bağımlılığının grafiğini çizin N = Curie noktasının altındaki sıcaklıklarda 0 (verilen sıcaklık değerleri 0,5 ile 1 aralığında alınmalıdır).

Güvenlik soruları

Hangi maddelere yüksek derecede manyetik denir?
Kendiliğinden mıknatıslanma nedir?
Bir ferromıknatısın kendiliğinden mıknatıslanmasının nedeni nedir?
Curie noktasının üzerindeki sıcaklıklarda ferromıknatıs nedir?
Paramanyetik bir malzemenin neden kendiliğinden mıknatıslanması yoktur?
Ising modelinin temel özellikleri nelerdir?
Uzun menzilli düzenin derecesinin fiziksel anlamı nedir?
Manyetik momentler arasındaki etkileşimin doğası nedir?
Bragg-Williams yaklaşımı nedir ve bu yaklaşımın manyetik momentlerin düzenlenmesindeki korelasyonları hesaba katmaması ne anlama gelir?
Bir ferromıknatısın entropisi nasıl belirlenir?
Bir ferromıknatısın termodinamik dengesi için koşullar nelerdir?
Denge denkleminin grafik çözümü.
Curie sıcaklığı neye bağlıdır?
Curie-Weiss yasası nedir?
Bir ferromıknatısın mıknatıslanmasının sıcaklığa bağımlılığı nasıl incelenebilir?
Bir ferromıknatısın Curie noktasının üzerindeki manyetik duyarlılığı nasıl belirlenir?

Curie-Weiss yasası nasıl test edilir?

Bir ferromıknatıs hangi koşullar altında paramanyetiğe dönüşür? Fizik: Ferromıknatıs-paramıknatıs faz geçişinin sıcaklığının belirlenmesi, Laboratuvar çalışması Ferromıknatısın paramıknatısa dönüşümü

Kısa teorik bilgi

Fe

Faz geçiş sıcaklığının belirlenmesi

ferrimanyetik-paramanyetik

Kısa teorik bilgi

Fe

İşin yapılmasını sağlamak

Deney fikri

Bir deney yapmak

Güvenlik soruları

Konuyla ilgili en iyi makaleler