原子の電子は独自の軌道磁気双極子モーメントを持ち、ベクトル的に結合する磁気双極子モーメントをスピンします。材料サンプルでは、各原子の結果が他の原子の結果と組み合わされます。これらすべての磁気双極子モーメントが磁場を生成する場合、その物質は磁性を持っていると言えます。磁性には、反磁性、常磁性、強磁性の一般的な 3 種類があります。
一部の材料の永久磁気モーメントは、外部磁場が存在しない場合でも整列しようとする強い傾向があります。このような物質は強磁性体として知られています。
強磁性:
強磁性は、結果として生じる電子の磁気運動が整列し、その領域に強い双極子モーメントを生成するいくつかの元素の特徴です。そのような領域からの磁気モーメントは、外部磁場によって整列され、材料サンプルに強い磁場をもたらします。外部フィールドを削除した後でも、フィールドの一部が存在します。
強磁性体:
強磁性体の原子は、そのドメインに永久双極子モーメントを持っています。鉄、コバルト、ニッケル、鉄などの元素は、交換結合と呼ばれる量子物理効果により強磁性を示します。隣接する原子は、電子スピンを介して互いに相互作用します。
これにより、熱擾乱による原子衝突のランダム化傾向にもかかわらず、原子の磁気双極子モーメントが整列します。強磁性体の永久磁性は、この永続的な配列によるものです。これらの元素は、強磁性体および磁性体として知られています。
キュリー温度と呼ばれる特定の温度を超えて加熱すると、強磁性材料はその磁気特性を失い、常磁性になります。高温では交換結合が効かなくなります。双極子は依然として外部フィールドと整列しますが、はるかに弱くなります.
強磁性の原因:
原子の隣接する双極子と、価電子殻に存在する不対電子に起因する永久双極子の整列との間の相互作用により、磁性が発生します。
強磁性の理論:
Weiss は 1907 年に強磁性のドメイン理論を発表しました。この理論は、ヒステリシスと強磁性体の特性を説明しています。
磁性体は、ドメインと呼ばれる多くの小さな領域に分割されています。
各ドメインで、磁気モーメントは同じ方向です。
正味の磁化はゼロですが、磁気モーメントはドメインごとに異なります。
外部磁場が存在しない場合、磁気モーメントはさまざまな方向を向いています。
磁場が適用されると、2 つのプロセスが発生します。
少量の磁場を適用すると、ドメインに存在する双極子は、適用された磁場の方向と平行に整列します。ドメインウォールの移動により、ドメイン面積が増加します。
印加磁場を増加させると、ドメインの回転によってドメインが磁場の方向と平行に回転します。
磁気ヒステリシス:
鉄、ニッケル、コバルトなどの強磁性体に外部磁場が加えられると、原子双極子が強磁性体と整列し、ヒステリシスが生じます。磁場を取り除くと、整列は部分的に保持され、材料は磁化されます。材料が磁化されると、無期限に磁化されたままになります。ヒステリシス ループとも呼ばれます。
B-H 曲線:
B-H 曲線は、強磁性体の磁束密度 (B) に対する磁化力 (H) を表します。この曲線は、観測されたタイプの物質の特徴であり、形状とサイズが異なる場合があります。
BH 曲線は、磁場が適用されたときに強磁性体が取得する磁化の非線形挙動を説明するために使用されます。
強磁性の応用:
強磁性は、変圧器、電磁石、磁気テープ録音、ハード ドライブ、電話、スピーカー、発電機などのさまざまなデバイスに適用されます。
反強磁性:
これは酸化マグネシウムのような固体で発生する磁性の一種で、隣接するイオンが小さな磁石のように振る舞います。それらは、比較的低温で自発的に材料全体で反対の配置に整列し、正味の外部磁気を示します。
反強磁性体では、一方向の磁気イオンからの磁気は、反対方向に整列した一連の磁気イオンによって打ち消されます。
結論:
磁性とは、特定の物質が永久磁石の特性を獲得したり、磁石に引き付けられる特性です。外部磁場は、強磁性化合物の磁気双極子の動きを整列させます。外部磁場が取り除かれると、それらは部分的に整列したままになるため、永久磁石の特性が得られます。
材料の温度がキュリー温度を超えると、磁気双極子モーメントの整列が乱れます。不均一な磁場がある場合、強磁性体は通常、高磁場の領域に引き付けられます。
