Ferromagnetyzm

"Ferromagnetyzm to zespół właściwości magnetycznych ciał krystalicznych będących skutkiem istnienia oddziaływania porządkującego równoległe elementarne momenty magnetyczne w temperaturach mniejszych od temperatury Curie. Jest jedną z najsilniejszych postaci magnetyzmu i jest odpowiedzialny za większość magnetycznych zachowań spotykanych w życiu codziennym."

Aby móc zrozumieć tę dość skomplikowaną definicję, zacznę od wyjaśnienia co to są ferromagnetyki, czyli substancje posiadające własność ferromagnetyzmu.

Ferromagnetyk to substancja o bardzo silnych właściwościach magnetycznych. Właściwości te biorą się stąd, że każdy atom ferromagnetyka wytwarza własne pole magnetyczne. Co więcej, atomy te mają tendencję do ustawiania się w ten sposób, aby ich pole magnetyczne miało ten sam kierunek, co pole magnetyczne atomów sąsiednich. Dzięki temu powstają dość duże w porównaniu z atomem, obszary, w których pole magnetyczne ma stały kierunek. Te obszary nazywane są domenami magnetycznymi.

Jednak pole każdej z domen może być ustawione w zupełnie innym kierunku, dlatego ferromagnetyk może nie wytwarzać pola magnetycznego, czyli nie być magnesem. Jeśli jednak umieścimy go w jakimś zewnętrznym polu magnetycznym, to domeny ferromagnetyku ustawiają się zgodnie z tym polem i substancja sama staje się magnesem. Często pole ferromagnetyka jest o wiele większe od zewnętrznego pola magnetycznego.

Ferromagnetyki dzielimy na miękkie- o małym polu koercji i twarde- o dużym polu koercji. Typowymi magnetykami są metale z grupy żelaza (Fe, Ni, Co), mające nie wypełnioną powłokę 3d, oraz pierwiastki ziem rzadkich: Gd, Tb, Dy, Ho, Er, które maja nie wypełnioną powłokę 4f.

Co się stanie gdy zewnętrzne pole zacznie znikać? Czy namagnesowanie magnetyka również zniknie? Nie do końca. Jeśli domeny raz zostaną uporządkowane, nie chcą wracać do swojego pierwotnego stanu, czyli kompletnego chaosu. Więc nawet jeśli nawet zmniejszymy zewnętrzne pole do zera, część domen nadal pozostanie uporządkowana. Stanie się więc samodzielnym magnesem.

Namagnesowanie ferromagnetyka po usunięciu z pola nazywa się namagnesowaniem trwałym lub pozostałością magnetyczną.

Teraz wyobraźmy sobie, że pojawia się wokół tego namagnesowanego ferromagnetyka pole skierowane w przeciwną stronę niż pole ferromagnetyka. Zacznie się on stopniowo rozmagnesowywać. Przy pewnej wartości zewnętrznego pola magnetycznego namagnesowanie ferromagnetyka znika całkowicie. Ta wartość to pole rozmagnesywujące lub koercja.

Jeśli pole magnetyczne nadal rośnie w tym samym kierunku, ferromagnetyk znów się namagnesuje itd.

Te sześć faz można zapisać graficznie w postaci wykresu nazywanego pętlą histerezy. Dla różnych substancji ta pętla wygląda inaczej.

Namagnesowany ferromagnetyk wytwarza własne pole magnetyczne. Jego namagnesowanie nazywamy namagnesowaniem trwałym. Jednak trwałość tego namagnesowania nie jest absolutna. Wiemy już, że można rozmagnesować ferromagnetyk umieszczając go w zewnętrznym polu magnetycznym skierowanym przeciwnie do kierunku pola naszego ferromagnetyka o odpowiedniej wartości (koercja). Jest jeszcze inny, bardziej drastyczny sposób zniszczenia namagnesowania ferromagnetyka. Tym sposobem jest zwiększanie temperatury.

W miarę wzrostu temperatury atomy ferromagnetyka zaczynają coraz silniej drgać. Gdy temperatura osiąga pewną wartość zwaną punktem lub temperaturą Curie, wówczas siły utrzymujące uporządkowanie atomów w domenach są zbyt małe, aby domeny mogły dalej istnieć. Następuje całkowity rozpad domen magnetycznych a pola magnetyczne poszczególnych atomów są skierowane teraz chaotycznie w różnych kierunkach. Nie dość, że zniknęło namagnesowanie, to jeszcze zniszczona została struktura domenowa. Substancja przestała być ferromagnetykiem, a stała się paramagnetykiem.