Переход железа из ферромагнитного состояния в парамагнитное
Переход железа из ферромагнитного состояния в парамагнитное легко можно продемонстрировать с помощью самых простых средств. Я взял немного свернутой железной проволоки толщиной около миллиметра (такой проволокой фиксируют пробки бутылок с шампанским) и привязал ее с помощью длинного отрезка очень тонкой медной проволоки к горлышку бутылки. Сбоку закрепил магнит, вынутый из старого радиоприемника.
Необходимо было так разместить железную проволоку возле магнита, чтобы она "зависла в воздухе": с одной стороны ее притягивает магнит, но медная проволочка не дает железу приблизиться. После этого я отдалил железную проволочку от магнита так, чтобы она еще висела в воздухе, но была на грани падения.
Описанные манипуляции проводить было непросто: лишний раз убеждаешься, что магнитное поле дает сильное притяжение, но с расстоянием оно быстро ослабевает. Стоит сместить железную проволоку чуть ближе - и она намертво пристанет к магниту, чуть дальше - и она упадет под действием собственного веса.
Магнетизм - это вам не гравитация. С одной стороны, гравитационные силы слабые: вы можете поднять камень, который притягивает вся Земля - огромная планета. Но с другой стороны, от земного притяжения вы никуда не денетесь - даже на Луне: с расстоянием гравитационная сила убывает гораздо медленнее, чем магнетизм.
Вспоминается случай, описанный в книге Удивительная физика .
"...появился фантастический проект по спасению кораблей от пушечных ядер противника. Идея состояла в том, чтобы на корабле установить навстречу противнику мощные магниты, покрытые толстой броней. Ядра неприятеля должны были притягиваться близлежащим магнитом, сворачивать в его сторону и разбиваться о прочную броню. Остальные части корабля можно было бы оставить незащищенными.
В принципе все было верно, кроме того, что даже самый мощный из магнитов не может действовать на большом расстоянии. Представим себе, что мы имеем магнит, способный притянуть 10 т железа на расстоянии в 1 см. Это очень сильный магнит. Так вот, если мы отодвинем полезный предмет еще на 1 см, то сила притяжения упадет в 8 раз! На расстоянии в 1 м сила притяжения упадет в 1 000 000 раз, и ни о каком притягивании ядер не может быть и речи.
Но в прошлом веке еще не умели рассчитывать силы магнитов, и такой магнит-броня все-таки был построен в 1887 г. Этот магнит притягивал стальную плиту так, что для отрыва ее нужна была сила в 10 т. Четыре 120-килограммовых ядра висели одно за другим на полюсе магнита. Но за 2 м от магнита люди, имевшие стальные предметы в карманах, лишь едва чувствовали действие магнита. О притяжении ядер неприятеля нечего было и думать. Правда, на стрелку компаса такой магнит действовал за 10 км. "
Теперь приступим к эксперименту. Свернутая железная проволока "зависла " возле магнита: ферромагнетик притягивается к магнитному полю и стремится приблизиться к магниту. От этого его удерживает только медная проволока. А что случится, если ферромагнетик превратится в парамагнетик? Я взял горелку и направил пламя на железную проволоку (стараясь при этом не задевать пламенем магнит). Проволока раскалилась до красного свечения (частично - до желтого), начала медленно отдаляться от магнита - "провисать" и, наконец, упала. После охлаждения проволока снова стала притягиваться к магниту и опыт можно было повторять много раз.
При нагревании проволоки железо достигло температуры Кюри и стало парамагнетиком. Притяжение к магниту сохранилось, но резко ослабло - в результате проволока упала под действием собственного веса. Когда проволока вышла за пределы пламени, она быстро остыла и опять стала ферромагнетиком: она притянулась бы к магниту снова, если бы не отдалилась от него при падении.
Но, возможно, нагрев тут не при чем: поток газов из горелки просто "сдул" проволоку? Провел контрольный опыт: подачу газа открыл на максимум, но пламени зажигать не стал. Когда направил поток на проволочку, "зависшую" возле магнита, это не произвело на нее никакого впечатления.
Напомню, что для железа температура Кюри равна 770°С - с практической точки зрения это немало. Именно поэтому для опыта была выбрана легкая железная проволока - более массивный предмет нагреть до точки Кюри было бы сложнее. Даже в случае проволоки лишь часть ее достигло точки Кюри, но этого вполне достаточно - главное греть пламенем именно те участки проволоки, которые ближе всего к магниту (вспомните, что магнитные силы короткодействующие: притяжения дальних участков проволоки к магниту недостаточного для того, чтобы удержать ее в воздухе). В любом случае нужна хорошая горелка со сравнительно узким пламенем.
_______________________________________________
(температура Кюри) (q или Тс), темп-pa фазового перехода II рода, характеризующегося непрерывным изменением состояния в-ва с приближением к точке фазового перехода и приобретением качественно нового св-ва в этой точке. Назв. по имени П. Кюри, подробно изучившего этот переход у ферромагнетиков. При темп-ре Т ниже К. т. Тс ферромагнетики обладают самопроизвольной (спонтанной) намагниченностью (Js) и определённой магнитно-крист. симметрией. При нагреве ферромагнетика и приближении к К. т. усиливающееся тепловое движение атомов «расшатывает» существующий магн. порядок- одинаковую ориентацию магн. моментов атомов. Для количеств. хар-ки изменения магн. упорядоченности вводят т. н. параметр порядка h, за к-рый можно принять в случае ферромагнетиков их намагниченность. При Т®Тс параметр порядка h®0, а в К. т. самопроизвольная намагниченность ферромагнетиков исчезает (h= 0), ферромагнетики становятся парамагнетиками. Аналогично у антиферромагнетиков при Т= Тс (в т. н. антиферромагнитной К. т., или Нееля точке) происходит разрушение характерной для них магнитной структуры атомной (магн. подрешёток), и антиферромагнетики также становятся парамагнетиками. В сегнетоэлектриках при Т=Тс тепловое движение атомов сводит к нулю самопроизвольную упорядоченную ориентацию электрич. диполей элем. ячеек крист. решётки. В упорядоченных сплавах в К. т. (в точке Курнакова) исчезает дальний порядок в расположении атомов (ионов) компонентов сплава (см.ДАЛЬНИЙ И БЛИЖНИЙ ПОРЯДОК). Вблизи К. т. в в-ве происходят специфич. изменения многих физ. св-в (напр., теплоёмкости, магн. восприимчивости), достигающие максимума при Т=Тс (см.) (см. Критические явления), что обычно и используется для точного определения темп-ры фазового перехода. Значения К. т. для разл. в-в приведены в ст. (см. АНТИФЕРРОМАГНЕТИЗМ, ФЕРРОМАГНЕТИЗМ, СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКИ).
Физический энциклопедический словарь. - М.: Советская энциклопедия .Главный редактор А. М. Прохоров .1983 .
КЮРИ ТОЧКА
(температура Кюри, Т с )в общетермодинамическом понимании - точка на кривой фазовых переходов 2-го рода, связанных с возникновением (разрушением) упорядоченного состояния в твёрдых телах при изменении темп-ры, но при заданных значениях др. термодинамич. параметров (давления Р, магн. поля Н , электрич. поля Е и т. д.).
Чаще этот термин применяют только к переходам в магнитоупорядоченное (ферро- и ферримагнитное) и в сегнетоэлектрическое состояния. Фазовый переход из ферромагн. состояния в парамагнитное (неупорядоченное) впервые наблюдал П. Кюри в 1895. В К. т. скачком изменяется симметрия кристаллич. вещества (см. Симметрия кристаллов, Магнитная симметрия). В случае переходов ферромагнетик - парамагнетик и сегнетоэлектрик - параэлектрик К. т. является изолиров. точкой на фазовой диаграмме в координатах Я (или Е) - Т, т. к. с точки зрения симметрии состояние ферромагнетика (сегнетоэлектрика) в поле H (или Е), направленном вдоль оси лёгкого намагничивания, не отличается от состояния парамагнетика в том же поле. Этим переход в ферро- и ферримагн. состояния отличается от перехода в антиферромагн. состояние. В последнем случае и в магн. поле происходит скачкообразное изменение симметрии. Антиферромагн. К. т. наз. Нееля точкой. Для всех магнитных фазовых переходов характерно, что при Т>Т c вещество находится в парамагн. состоянии. Ниже К. т.- в магнитоупорядоченном состоянии, к-рое сохраняется до T = 0К, хотя в интервале темп-р возможны переходы из одного магнитоупорядоченного состояния в другое.
У сегнетоэлектриков могут существовать две К. т.: Т С 1 и Т С 2. При Т>Т С 1 вещество является параэлектриком. При охлаждении до Т С 1 наступает переход в упорядоченное сегнетоэлектрич. состояние, а ниже T C 2 возникает вновь параэлектрич. состояние.
В упорядочивающихся сплавах с охлаждением до К. т. (к-рая в случае сплавов носит также назв. точки Курнакова) атомы начинают располагаться упорядоченно - по узлам кристаллич. решётки сплава (возникают зародыши упорядоченной фазы).
Во всех перечисленных случаях перехода в упорядоченное состояние последнее можно описать параметром порядка (спонтанной намагниченностью в ферромагнетиках, намагниченностью магнитных подрешеток в антиферромагнетиках, спонтанной поляризацией в сегнетоэлектриках, долей упорядочившихся атомов в сплавах). При Т>Т С h 0, при Т Т c с понижением темп-ры начинается рост , к-рый может быть описан законом , где = ( Т-Т С)/Т С, а - критический показатель (см. Критические явления).
существуют сильномагнитные вещества - ферромагнетики - вещества, обладающие спонтанной намагниченностью, т. е. они намагничены даже при отсутствии внешнего магнитного поля. К ферромагнетикам кроме основного их представителя - железа (от него и идет название «ферромагнетизм») - относятся, например, кобальт, никель, гадолиний, их сплавы и соединения.
Ферромагнетики помимо способности сильно намагничиваться обладают еще и другими свойствами, существенно отличающими их от диа- и парамагнетиков. Если для слабомагнитных веществ зависимость J от Н линейна, то для ферромагнетиков эта зависимость, является довольно сложной. По мере возрастания Н намагниченность J сначала растет быстро, затем медленнее и, наконец, достигается так называемоемагнитное насыщение J нас, уже не зависящее от напряженности поля. Подобный характер зависимости J от Н можно объяснить тем, что по мере увеличения намагничивающего поля увеличивается степень ориентации молекулярных магнитных моментов по полю, однако этот процесс начнет замедляться, когда остается все меньше и меньше неориентированных моментов, и, наконец, когда все моменты будут ориентированы по полю, дальнейшее увеличение J прекращается и наступает магнитное насыщение.
Магнитная индукция B = m 0 (H+J ) в слабых полях растет быстро с ростом H вследствие увеличения J , а в сильных полях, поскольку второе слагаемое постоянно (J=J нас), В растет с увеличением Н по линейному закону.
Существенная особенность ферромагнетиков - не только большие значения m (например, для железа - 5000, для сплава супермаллоя - 800 000!), но и зависимость m от Н . Вначале m растет с увеличением Н, затем, достигая максимума, начинает уменьшаться, стремясь в случае сильных полей к 1 (m = B /(m 0 H ) = 1 + J/H, поэтому при J = J нас = const с ростом Н отношение J/H ® 0, m ®1).
Характерная особенность ферромагнетиков состоит также в том, что для них зависимость J от H (а следовательно, и В от Н ) определяется предысторией намагничения ферромагнетика. Это явление получило название магнитного гистерезиса . Если намагнитить ферромагнетик до насыщения, а затем начать уменьшать напряженность Н намагничивающего поля, то, как показывает опыт, уменьшение J. При Н = 0 J отличается от нуля, т. е. в ферромагнетике наблюдается остаточное намагничение J ос. С наличием остаточного намагничения связано существованиепостоянных магнитов. Намагничение обращается в нуль под действием поля Н с, имеющего направление, противоположное полю, вызвавшему намагничение. Напряженность Н с называется коэрцитивной силой .
При дальнейшем увеличении противоположного поля ферромагнетик перемагничивается, и при Н = –H нас достигается насыщение. Затем ферромагнетик можно опять размагнитить и вновь перемагнитить до насыщения
Таким образом, при действии на ферромагнетик переменного магнитного поля намагниченность J изменяется в соответствии с кривой, которая называетсяпетлей гистерезиса (от греч. «запаздывание»). Гистерезис приводит к тому, что намагничение ферромагнетика не является однозначной функцией Н, т.е. одному и тому же значению Н соответствует несколько значений J.
Различные ферромагнетики дают разные гистерезисные петли. Ферромагнетики с малой (в пределах от нескольких тысячных до 1-2 А/см) коэрцитивной силой Нс (с узкой петлей гистерезиса) называются мягкими , с большой (от нескольких десятков до нескольких тысяч ампер на сантиметр) коэрцитивной силой (с широкой петлей гистерезиса) - жесткими . Величины Нс, J ос и m max определяют применимость ферромагнетиков для тех или иных практических целей. Taк, жесткие ферромагнетики (например, углеродистые и вольфрамовые стали) применяются для изготовления постоянных магнитов, а мягкие (например, мягкое железо, сплав железа с никелем) - для изготовления сердечников трансформаторов.
Ферромагнетики обладают еще одной существенной особенностью: для каждого ферромагнетика имеется определенная температура, называемая точкой Кюри , при которой он теряет свои магнитные свойства. При нагревании образца выше точки Кюри ферромагнетик превращается в обычный парамагнетик. Переход вещества из ферромагнитного состояния в парамагнитное, происходящий в точке Кюри, не сопровождается поглощением или выделением теплоты, т.е. в точке Кюри происходит фазовый переход II рода (см. § 75).
Наконец, процесс намагничения ферромагнетиков сопровождается изменением его линейных размеров и объема. Это явление получило название магнитострикции
Природа ферромагнетизма
Рассматривая магнитные свойства ферромагнетиков, мы не вскрывали физическую природу этого явления.
Согласно представлениям Вейсса, ферромагнетики при температурах ниже точки Кюри обладают спонтанной намагниченностью независимо от наличия внешнего намагничивающего поля. Спонтанное намагничение, однако, находится в кажущемся противоречии с тем, что многие ферромагнитные материалы даже при температурах ниже точки Кюри не намагничены. Для устранения этого противоречия Вейсс ввел гипотезу, согласно которой ферромагнетик ниже точки Кюри разбивается на большое число малых макроскопических областей - доменов , самопроизвольно намагниченных до насыщения.
При отсутствии внешнего магнитного поля магнитные моменты отдельных доменов ориентированы хаотически и компенсируют друг друга, поэтому результирующий магнитный момент ферромагнетика равен нулю и ферромагнетик не намагничен. Внешнее магнитное поле ориентирует по полю магнитные моменты не отдельных атомов, как это имеет место в случае парамагнетиков, а целых областей спонтанной намагниченности. Поэтому с ростом Н намагниченность J и магнитная индукции В уже в довольно слабых полях растут очень быстро. Этим объясняется также увеличение m ферромагнетиков до максимального значения в слабых полях. Эксперименты показали, что зависимость B от H не является такой плавной, а имеет ступенчатый вид. Это свидетельствует о том, что внутри ферромагнетика домены поворачиваются по полю скачком.
При ослаблении внешнего магнитного поля до нуля ферромагнетики сохраняют остаточное намагничение, так как тепловое движение не в состоянии быстро дезориентировать магнитные моменты столь крупных образований, какими являются домены. Поэтому и наблюдается явление магнитного гистерезиса. Для того чтобы ферромагнетик размагнитить, необходимо приложить коэрцитивную силу; размагничиванию способствуют также встряхивание и нагревание ферромагнетика. Точка Кюри оказывается той температурой, выше которой происходит разрушение доменной структуры.
Существование доменов в ферромагнетиках доказано экспериментально. Прямым экспериментальным методом их наблюдения является метод порошковых фигур . На тщательно отполированную поверхность ферромагнетика наносится водная суспензия мелкого ферромагнитного порошка (например, магнетита). Частицы оседают преимущественно в местах максимальной неоднородности магнитного поля, т. е. на границах между доменами. Поэтому осевший порошок очерчивает границы доменов и подобную картину можно сфотографировать под микроскопом. Линейные размеры доменов оказались равными 10 –4 - 10 –2 см.
В настоящее время установлено, что магнитные свойства ферромагнетиков определяются спиновыми магнитными моментами электронов (прямым экспериментальным указанием этого служит опыт Эйнштейна. Установлено также, что ферромагнитными свойствами могут обладать только кристаллические вещества, в атомах которых имеются недостроенные внутренние электронные оболочки с нескомпенсированными спинами. В подобных кристаллах могут возникать силы, которые вынуждают спиновые магнитные моменты электронов ориентироваться параллельно друг другу, что и приводит к возникновению областей спонтанного намагничения. Эти силы, называемые обменными силами, имеют квантовую природу - они обусловлены волновыми свойствами электронов.
Похожая информация.
Кюри точка Кюри́ то́чка
температура (θ, Т с), выше которой исчезает самопроизвольная намагниченность доменов ферромагнетиков и ферромагнетик переходит в парамагнитное состояние. Часто точка Кюри (температурой Кюри) называют температуру любого фазового перехода второго рода.
КЮРИ ТОЧКАКЮРИ́ ТО́ЧКА (температура Кюри, Т с), температура любого фазового перехода второго рода (см.
ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ ВТОРОГО РОДА)
, связанного с возникновением (разрушением) упорядоченного состояния в твердых телах при изменении температуры, но при заданных значениях других термодинамических параметров (давлении, напряженности электрического или магнитного поля).
Фазовый переход второго рода при температуре Кюри связан с изменением свойств симметрии вещества. При Т с во всех случаях фазовых переходов исчезает какой-либо тип атомной упорядоченности, например, упорядоченность электронных спинов (сегнетоэлектрики (см.
СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКИ)
), атомных магнитных моментов (ферромагнетики (см.
ФЕРРОМАГНЕТИК)
), упорядоченность в расположении атомов разных компонент сплава по узлам кристаллической решетки (фазовые переходы в сплавах). Вблизи Т с наблюдаются резкие аномалии физических свойств, например, пьезоэлектрических, электрооптических, тепловых.
Магнитной точкой Кюри называют температуру такого фазового перехода, при котором исчезает спонтанная намагниченность доменов ферромагнетиков, и ферромагнетик переходит в парамагнитное состояние. При сравнительно низких температурах тепловое движение атомов, которое неизбежно приводит к некоторым нарушениям упорядоченного расположения магнитных моментов, незначительно. При увеличении температуры его роль возрастает и, наконец, при некоторой температуре (Т с) тепловое движение атомов способно разрушить упорядоченное расположение магнитных моментов, и ферромагнетик превращается в парамагнетик. Вблизи точки Кюри наблюдается ряд особенностей в изменении и немагнитных свойств ферромагнетиков (удельного сопротивления, удельной теплоемкости, температурного коэффициента линейного расширения).
Величина Т с зависит от прочности связи магнитных моментов друг с другом, в случае прочной связи достигает: для чистого железа Т с = 768 о С, для кобальта Т с =1131 о С, превышает 1000 о С для железо-кобальтовых сплавов. Для многих веществ Т с невелика (для никеля Т с =358 о С). По величине Т с можно оценить энергию связи магнитных моментов друг с другом. Для разрушения упорядоченного расположения магнитных моментов необходима энергия теплового движения, намного превосходящая как энергию взаимодействия диполей, так и потенциальную энергию магнитного диполя в поле.
При температуре Кюри магнитная проницаемость ферромагнетика становится примерно равной единице, выше точки Кюри изменение магнитной восприимчивости подчиняется закону Кюри-Вейса
.
Энциклопедический словарь . 2009 .
Смотреть что такое "Кюри точка" в других словарях:
- (температура Кюри) (q или Тс), темп pa фазового перехода II рода, характеризующегося непрерывным изменением состояния в ва с приближением к точке фазового перехода и приобретением качественно нового св ва в этой точке. Назв. по имени П. Кюри,… … Физическая энциклопедия
Кюри точка - Kiuri taškas statusas T sritis chemija apibrėžtis Temperatūra, arti kurios šuoliškai pakinta kai kurių kristalinių medžiagų būdingos fizikinės savybės. atitikmenys: angl. Curie temperature; point Curie rus. Кюри точка; температура Кюри ryšiai:… … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
Точка Кюри, или температура Кюри, температура фазового перехода II рода, связанного со скачкообразным изменением свойств симметрии вещества (например, магнитной в ферромагнетиках, электрической в сегнетоэлектриках, кристаллохимической в… … Википедия
Кюри точка - (по им. французского ученого П. Кюри (P. Curie; 1859 1906)) температура некоторых фазовых переходов второго рода. Например, в точке кюри ферромагнетики (Fe, Со, Ni и др.) теряют свои магнитные свойства и ведут себя как обычные парамагнетики.… … Энциклопедический словарь по металлургии
КЮРИ ТОЧКА - [по имени французского ученого П. Кюри (P. Curie; 1859 1906)] температура некоторых фазовых переходов второго рода. Например, в точке кюри ферромагнетики (Fe, Co, Ni и другие) теряют свои магнитные свойства и ведут себя как обычные парамагнетики … Металлургический словарь
Температура Кюри, температура фазового перехода (См. Фазовый переход) II рода, связанного со скачкообразным изменением свойств симметрии вещества (например, магнитной в ферромагнетиках (См. Ферромагнетики), электрической в… … Большая советская энциклопедия
- (т ра Кюри), т ра Т к, вблизи к рой происходит качеств, изменение физ. св в нек рых кристалич. тел (фазовый переход 2 го рода). В К. т. происходит переход ферромагнетик парамагнетик, сопровождаемый исчезновением макроскопич. магн. момента. При т… … Химическая энциклопедия
- [по имени франц. учёного П. Кюри (P. Curie; 1859 1906)] темп pa нек рых фазовых переходов 2 го рода. Напр., в К. т. ферромагнетики (железо, кобальт, никель и др.) теряют свои особые магнитные св ва: в К. т. или при более высокой темп ре ведут… … Большой энциклопедический политехнический словарь
Температура (Q, Тс), выше к рой исчезает магнитоупорядоченное состояние феррои ферримагнетиков, переходящих в неупорядоченное (парамагн.) состояние. Часто К. т. называют темп ру любого фазового перехода первого рода. Впервые переход… … Естествознание. Энциклопедический словарь
- (Curie) (1859 1906), французский физик, один из создателей учения о радиоактивности. Открыл (1880) и исследовал пьезоэлектричество. Исследования по симметрии кристаллов (принцип Кюри), магнетизму (закон Кюри, точка Кюри). Совместно с женой… … Энциклопедический словарь
