強磁性体

強磁性は、特定の元素が磁石に引き付けられる基本的なメカニズムです。強磁性は最も強力な種類の磁性であり、私たちの日常生活で見られる磁石の一般的な磁性現象の原因です。一部の元素は外部磁場に弱く反応しますが、その力は通常非常に弱いため、実験室でしか検出できません。冷蔵庫のマグネットは、日常生活で冷蔵庫のドアにメモを保持するために使用される強磁性の一例です。

したがって、強磁性とは、特定の元素 (周期表の) が磁石を非常に強く引き付け、最終的にこれらの元素自体が磁石のように振る舞う現象であると結論付けることができます。この現象は、要素 Ferrum (一般に鉄として知られている) にちなんで名付けられました。

強磁性の原因

不対電子を持つ原子は小さな磁石のように振る舞い、磁気モーメントを持っています。このような原子を含むほとんどの物質は磁石のように振る舞わず、磁石に対してわずかな引力しか示しません。この現象は常磁性と呼ばれます。

しかし、Fe、Co、Ni、Gd (それぞれ鉄、コバルト、ニッケル、ガドリニウム) などの周期表にはいくつかの元素があり、磁石に対して強い引力を示します。不対電子。これらの要素は強磁性体です。少数の元素だけが強磁性体のカテゴリーに入る理由を理解するには、常磁性元素と強磁性元素の原子の向き/配列の違いを確認する必要があります。

例を使って理解しましょう :

アルミニウム片を取ると、それは磁石のように振る舞わず、常磁性体であることを意味します.元素 Al が常磁性体であると言っている理由を理解しようとすると、常磁性体 (ここではアルミニウム) の原子の配列を確認する必要があります。アルミニウム片の原子はランダムな方向を向いています (下の図 1 に示すように)。つまり、すべての原子が異なる方向にランダムに移動しています。したがって、ほとんどすべての磁気モーメントが互いに引き合いに出されます。

しかし、同じように、鉄などの強磁性体の原子の方向を調べると、同じ方向に整列している原子のグループがあることがわかります。下の図 2 を参照して、グループ内で同じ方向に整列した鉄片の原子の向きを確認してください。これらのグループは磁区と呼ばれます。したがって、強磁性の主な原因は、あらゆる元素の原子の配列にあります。

強磁性体:

強磁性の概念を理解したので、強磁性材料を、主に原子の配向によって強い磁化特性を示す要素として定義できます。強磁性材料の例には、鉄、コバルト、ニッケル、ガドリニウム、金属合金などが含まれます。

強磁性体に対する外部磁場の影響:

磁石の棒を手に入れて常磁性体に近づけると、磁石の方にわずかに引き付けられます.しかし、棒磁石をコバルトなどの強磁性体に近づけてみましょう。ドメイン全体の原子を回転させ、外部磁場の方向に整列させる傾向があり、ドメインをさらに強力にします。最終的に、外部磁場が強くなると、すべての異なるドメインが同じ方向に整列する可能性があります。したがって、すべての原子が同じ方向に向いている巨大な磁区が得られる可能性があります。その結果、その特定のコバルト片は信じられないほど強い磁化になり、その結果、外部磁場に対して非常に強い引力を示します。量子力学的効果により、強磁性体では原子の配列が強くなります。

さて、その棒磁石を取り除くと、あるいはこれらの常磁性材料から外部磁場を言うと、それらはわずかな磁気特性も非常に急速に失います.しかし、強磁性体の場合はそうではありません。外部磁場（ここでは棒磁石）を取り除いた後でも、原子の向きは強磁性物質（ここではコバルト）で整列したままです。磁区全体はそのままです。

強磁性体に対する温度の影響:

強磁性材料を非常に高い温度 (たとえば、鉄の場合は T>770oC) で加熱すると、磁区がすべて失われます。つまり、非常に高い温度で加熱すると、強磁性体の原子の向きがランダムになり、常磁性体になります。 .強磁性体が強磁性を失い、常磁性体になる温度をキュリー温度といいます。鉄のキュリー温度は770℃、コバルトは1121℃、ニッケルは354℃、ガドリニウムは20℃です。したがって、室温でも、ガドリニウムはその強磁性特性を失う可能性があることがわかります.しかし、それらをそれぞれのキュリー温度以下に冷却すると、元素は自然に強磁性特性を取り戻し、磁区を回復します。