Ферромагнетики (стр. 8 из 8)

При зміні напрямку струму в обмотці N1 на протилежне, у ланцюзі обмотці N2 виникав короткочасний індукційний струм і через балістичний гальванометр проходив електричний заряд q , що дорівнює відношенню узятого зі зворотним знаком зміни потокосцепления вторинної обмотки до електричного опору R у ланцюзі гальванометра:

Якщо сердечник тонкий , а площа поперечного переріза дорівнює S, то магнітна індукція полюя в сердечнику

Напруженість магнітного поля в сердечнику обчислюється по наступній формулі

:

де Lср - середня лінія сердечника. Знаючи B і H можна знайти намагніченість.

Розглянемо ще один спосіб експериментального вивчення властивостей ферромагнетиков (на наш погляд один з найбільш наочних).

Даний метод аналогічний попередній , але відмінність полягає в тому, що в місце гальванометра застосовується електронний осциллограф. За допомогою осциллографа Осц (див. нижче схему) ми одержуємо наочне підтвердження явища магнітного гистерезиса, спостерігаючи петлю на екрані приладу .

Розглянемо пристрій експериментальної установки .

Напруга знімається з потенціометра Rр пропорційно намагнічує струм І, а отже, напруженості поля в експериментальному зразку Эо. Далі, сигнал, що знімається з реостата Rр, подається на вхід (Х), тобто на пластини горизонтального відхилення осциллографа.

З входу інтегруючого ланцюжка (пунктирний прямокутник на схемі) знімається напруга Uc, що пропорційно швидкості зміни магнітної індукції, тобто подається на вхід (Y) осциллографа, пластини вертикального відхилення .

Ферромагнетики без металів?

Відомо, що магнітними властивостями володіє так названа тріада залізо - кобальт - нікель, ще деякі метали і сплави. Властивість феромагнетизму, власне, і одержало назву від заліза, що очолює цю групу. Однак у металів істотний недолік : вони важкі ! І хто б відмовився від магнітних матеріалів легше? Стабільні при звичайній кімнатній температурі і магнітні властивості, що зберігають, невиразно довгий час, вони могли б знайти широкий спектр застосування: від створення "невагомих" електромоторів до розробки нових методів збереження інформації.

За останні роки експериментатори не раз виявляли слабкі феромагнітні властивості в органічних полімерів. Звичайно, для практичного застосування в якості "магнітів" такі з'єднання не годили , однак, як говориться, слід був узятий... І от у 1991 році дві групи вчених практично одночасно (з інтервалом у якусь пару місяців) обнародували отримані ними цікаві результати.

Хімікам Токійського університету на чолі з Мінорові Киносита вдалося синтезувати феромагнітну органічна сполука тільки з легких елементів! У його склад входять вуглець, водень, азот і кисень. Це органічний кристал, за структурою стосовний до гетероциклическим з'єднань . Виразна назва "паранитрофенилнитронилнироксид", на щастя , у побутовому хімічному побуті скорочують до скромного символу p-NPNN. На думку Кунио Авага, одного з творців нової речовини, його феромагнітні властивості порозуміваються наявністю в молекулах p-NPNN так званих непарних електронів, внаслідок чого ці молекули - з хімічної точки зору - поводяться аналогічно іонам металів. У результаті взаємодії спинов непарних електронів останні вступають у "феромагнітне спарювання", орієнтуючи молекули речовини в одному напрямку . Таким чином, магнітні властивості отриманого органічного кристала залежать від способу "упакування" складових його молекул. Узагалі ж для більшості твердих органічних речовин характерно зовсім інше - їхньої молекули вступають у "антиферомагнітне спарювання", так що p-NPNN у своєму роді унікальний.

Хімічна формула ферромагнетика без металу. Відзначено непарні електрони, взаємодія яких додає речовині магнітні властивості (зв'язок N-0).

Але... завжди є своє "але". По-перше, магнітні властивості p-NPNN виявляються при температурі нижче 0,65 ДО (кімнатного її не назвеш). По-друге, його феромагнетизм усе-таки слабкий. Розроблювачі кажуть:

створити сильний магніт тільки з органічного матеріалу, без включення металів, "у принципі досить складно".

Група хіміків зі США, очолювана Джоэлем Міллером, синтезувала органометаллический ферромагнетик на основі ванадію й органічної групи тет-рацианоэтилена. Він зберігає магнітні властивості майже до 350 ДО, що відповідає 77° С, і температурний критерій, отже, дотриманий... На жаль, без "але" не обійшлася й тут: речовина виявилося вкрай нестабільним і при взаємодії з повітрям швидко розкладається навіть при звичайній кімнатній температурі.

Проте перші кроки по шляху до органічного магніту зроблені. І в цьому напрямку поспішно кинулися багато хімічних лабораторій...

Висновки

Останнім часом у зв'язку з мікромініатюризацією радіоелектронної апаратури виявляється великий інтерес до вивчення і викомалтання для обробки інформації специфічних доменних структур- смугових, циліндричних доменів (ЦМД) і ряду інших. Довгий час мікромініатюризація магнітних елементів і пмалтроїв значно відставав від мікромініатюризації напівпровідникових пмалтроїв. Однак, в останні роки тут досягнуті великі успіхи. Вони зв'язані з можливістю викомалтання одиничного магнітного домена як елементарного носія інформації. Звичайно таким носієм інформації є ЦМД. Він формується за певних умов у монокмалталлических чи пластинках плівках деяких ферритов.

Доменна структура таких тонких ферритових плівок дуже специфічна. Характер доменів і границь між ними істотно залежить від товщини плівки. При малій товщині через те, що фактор, що розмагнічує, у площині плівки на багато порядків менше, ніж у напрямку нормалі до неї, намагніченість розташовується паралельно площини плівки. У цьому випадку утворення доменів із протилежними напрямками намагнічування по товщині плівки не відбувається. У плівках, товщина яких більше деякої критичний, можливе утворення доменів смугової конфігурації. Плівка розбивається на довгі вузькі домени шириною від часток мікрометра до декількох мікрометрів, причому сусідні домени намагнічені в протилежних напрямках уздовж нормалі до поверхні. Такі магнітні плівки одержали назва «закритичних», їхня товщина знаходиться в межах 0,3-10 мкм

Додаток зовнішнього магнітного поле, спрямованого перпендикулярно площини плівки зі смуговими доменами, приводить до зміни розмірів і форми доменів. При збільшенні поле відбувається зменшення довжини смугових доменів, а потім найменший домен перетворюється в циліндричний. У деякому інтервалі значень зовнішнього магнітного поле в плівці можуть існувати як смугові домени, так і ЦДМ. Подальше збільшення поле приводить до того, що ЦДМ зменшується в діаметрі, а оставшиеся смугові домени перетворюються в циліндричні. ЦДМ можуть зникнути (коллапсировать) при досягненні деякого значення поле і, таким чином, уся плівка намагнітиться однородно. Уперше ЦДМ спостерігалися в плівках ортоферритов – речовинах, що мають хімічну формулу

Rfe₃, де R- рідкоземельный елемент.

ЦДМ можуть викомалтовуватися для створення запам'ятовуючих і логічних пмалтроїв. При цьому наявність домена в даній крапці плівки відповідає значенню «1», а відсутність –значенню «0». Для збереження і передачі інформації за допомогою ЦДМ потрібно уміти формувати домени, зберігати їх, переміщати в задану крапку, фіксувати їхня чи пмалутність відсутність (тобто зчитувати інформацію), а також руйнувати непотрібні ЦДМ.

Список використаної літератури:

1. Іродів И.Е. «Електромагнетизм». Основні закони

М. ; Лабораторія базових знань, 2000

2. Павлов П.В., Чубів А.Ф. “Фізика твердого тіла”

М. – Вища школа, 2000

3. Яворский Б.М., Детлаф А.А. “Довідник по фізиці”

М. –наука.Физматлит, 1996

4. Елементарний підручник фізики під ред. Ландсберга Г.С. “Електрика і магнетизм”

М. – Наука, 1975

5. Трофимова Т.И. “Курс фізики”

М. – Вища школа, 1999