強磁性は、特定の電気的に帯電していない物質が他の物質を強く引き付ける科学現象です。ロードストーン (または磁鉄鉱、鉄の酸化物、Fe3O4) と鉄はどちらも自然界に存在し、そのような魅力的な特性を開発する能力があり、一般に天然の強磁性体と呼ばれています。それらは約 2,000 年前に発見され、磁気に関する初期の科学的調査はすべてこれらの物質で行われました。今日、強磁性材料は、電気モーターや発電機、変圧器、電話、スピーカーなど、さまざまな日用品に使用されています。
強磁性とは?
強磁性は、特定の電気的に帯電していない物質が他の物質を強く引き付ける科学現象です。これは、鉄、コバルト、ニッケル、およびこれらの金属の 1 つまたは複数を含むさまざまな合金または化合物に関連する一種の磁性です。ガドリニウムと他のいくつかの希土類元素にも含まれています。他の物質とは異なり、強磁性材料は容易に磁化され、強い磁場の下では、磁化は飽和として知られる一定の限界に近づきます。磁場が適用され、その後撤回された場合、磁化は以前の値に戻りません。このような外部磁場にさらされた後、強磁性体はある程度磁化されたままになる傾向があります。この「磁気を帯びた過去を思い出す」傾向は、ヒステリシスとして知られています。
ヒステリシスとは?
エアコン (たとえば 78 度に設定) に細心の注意を払うと、温度が 79 度に上がるとオンになり、温度が 77 度に下がるとオフになることがわかります。これはヒステリシスとして知られており、AC ユニットは意図的にこのように構成されています。ユニットが両方向に 78 度回転すると、オンとオフの頻度がはるかに高くなり、摩耗が早くなります。
ユニットが反転する温度は、ヒステリシスにより温度が移動する方向によって異なります。
物理システムは、その出力が現在と過去の入力の両方に依存している場合、ヒステリシスを示します。設定値 (この例では 78 度) での AC ユニットの動作は、最近の温度履歴によって決まります。温度が 78 度まで上昇すると、システムは温度が 79 度に達するまでオフになります。温度が 78 度まで下がると、システムは温度が 77 度に達するまでオンになります。温度変化の方向は重要であり、その方向を決定するには、現在の温度だけでなく、最近の温度の情報も必要です。
キュリー温度とは?
強磁性材料の場合、キュリー温度は重要です。たとえば、強磁性材料がそのキュリー温度未満に加熱されると、物質は正味の自発磁化を経験します。これは、強磁性または磁性になることを意味します。強磁性物質がそのキュリー温度を超えて加熱されると、常磁性になるか、磁石にならなくなります。
鉄のキュリー温度は 1043 K です。1984 年より前の情報源でさえ、鉄のキュリー温度は最近の情報源と同じ数値です。鉄の温度がキュリー温度以上になると、常磁性になります。鉄の温度がキュリー温度を下回ると、強磁性になります。元素ごとにキュリー温度が異なります。たとえば、鉄はコバルトやニッケルとは異なるキュリー温度を持っています。
強磁性の原因
ドメインとして知られる磁化されていない強磁性体の小さな部分にある原子双極子は、すべて同じ方向に向いています。ドメインは、外部の磁化力がなくても正味の磁気モーメントを持っています。対照的に、隣接するドメインの磁気モーメントは反対方向を指しています。それらは互いに打ち消し合い、物質の正味の磁気モーメントがゼロになります。外部磁場が導入されると、これらすべてのドメインが磁場の方向に整列します。このプロセスの結果、材料は磁場に平行な方向に強く磁化されます。
強磁性体の使用
強磁性材料は、カセット、ハード ドライブ、およびその他のデバイスの不揮発性データ ストレージによく利用されます。それらには 2 つの主要な技術的用途があります。I は電磁機械の核を構成する磁束増倍器として、(ii) エネルギー (磁石) または情報ストレージ (磁気記録) としてです。電流と光は磁気秩序と相互作用するため、情報処理にも使用されます。強磁性体には、鉄、ニッケル、コバルトが含まれます。
強磁性体の例
金属は、強磁性材料の大部分を占めています。一般的な例には、鉄、コバルト、ニッケル、およびその他の強磁性金属が含まれます。金属合金や希土類磁石も強磁性体です。マグネタイトは、鉄が酸化してできた強磁性体です。キュリー温度は摂氏580度。以前は磁性体であることが確認されていました。マグネタイトは、世界で最も磁性のある天然鉱物です。
結論
これは、鉄、コバルト、ニッケル、およびこれらの金属の 1 つまたは複数を含むさまざまな合金または化合物に関連する一種の磁性です。ユニットが反転する温度は、ヒステリシスにより温度が移動する方向によって異なります。温度変化の方向は重要であり、その方向を決定するには、現在の温度だけでなく、最近の温度の情報も必要です。強磁性材料の場合、キュリー温度は重要です。たとえば、強磁性材料がそのキュリー温度未満に加熱されると、物質は正味の自発磁化を経験します。これは、強磁性または磁性になることを意味します。鉄の温度がキュリー温度以上になると、常磁性になります。鉄の温度がキュリー温度を下回ると、強磁性になります。
