Clasificarea materialelor magnetice

CLASIFICAREA MATERIALELOR MAGNETICE

Dupa orientarea momentelor magnetice proprii ale atomilor, respectiv dupa va­loarea susceptibilitatii magnetice (sau a permeabilitatii magnetice relative) corpurile solide se calsifica in 1. diamagnetice, 2. paramagnetice, 3. feromagnetice,  anti­fe­ro­magnetice si 5. ferimagnetice. In tabelul 1.este prezentat ansamblul general al acestei clasificari.

Tabelul 1. Clasificarea materialelor magnetice

Din tabelul anterior se observa ca pentru materialele diamagnetice si para­mag­netice, cum (m_r  1) si (c_m  0) in (10) se poate considera m m₀, adica depinde liniar de .

In cazul materialelor feromagnetice care constituie impreuna cu cele fero­mag­netice categoriile cele mai importnate pentru practica, legea polarizatiei magnetice (10) prezinta o variatie neliniara.

Diamagnetismul este caracterizat printr-o susceptibilitate magnetica mai mica decat zero (<0), respectiv o permeabilitate mai mica decat unitatea (<1). Suscep­tibilitatea acestor substante este de ordinul . Ele au un coeficient de magnetizare negativ. Substantele diamagnetice introduse intr-un camp magnetic sunt slab respinse de acesta. Repulsia este proportionala cu intensitatea campului magnetic. Mag­netiza­tia substantelor diamagnetice este independenta de temperatura. Din grupa substante­lor diamagnetice fac parte: Ag, Au, Hg, Si, Ge, Sn, Pb, B, Be, Cu, As, Sb, Bi, S, Se si altele.

Substantele paramagnetice au o susceptibilitate magnetica mai mare decat zero (>0) si o permeabilitate putin mai mare decat unitatea (>1). Susceptibilitatea lor este de ordinul 10^-3 ÷ 10^-6 si variaza cu temperatura in general dupa legea lui Curie.

(13)

in care: C este o constanta;

T - temperatura absoluta.

Substantele paramagnetice introduse intr-un camp magnetic sunt slab atrase. Forta de atractie este proportionala cu intensitatea campului magnetic. Din aceste substante fac parte: Al, Ba, Li, Na, Mg, Ca, Ti, Zr, V, Ta, W, Pt, Re, Cr si altele.

Feromagnetismul este un caz special al paramagnetismului caracterizat prin sus­ceptibilitate si permeabilitate mare. Aparitia feromagnetismului este conditionata de electroni necompensati si de distanta interatomica limitata. Susceptibilitatea aces­tor substante variaza puternic cu temperatura. Fierul, cobaltul, nichelul, gado­liniul, precum si o serie de aliaje ale acestor elemente sunt feromagnetice. Fierul are 4, co­baltul 3 si nichelul 2 electroni necompensati pe stratul trei. Manganul desi are 5 elec­troni necompensati nu este feromagnetic.

Datorita neliniaritatii, caracterizarea materialului se poate face cu ajutorul mai multor clase de permeabilitate relativa si numai in jurul unei stari date, corespun­za­toare unei perechi date de valori B si H. Se definesc conform figurii 1.:

a) permeabilitatea relativa statica:

(14)

b) permeabilitatea relativa diferentiala:

(15)

Daca punctul in care se defineste coincide cu originea O, ea se numeste permeabilitatea relativa initiala.

c) permeabilitatea relativa reversibila:

(15)

Daca se revine cu H in punctul P initial (din care s-a efectuat variatia ΔH<0) se obtine un mic ciclu de histerezis Γ_h' care se poate asimila cu o dreapta; panta acestei drepte este proportionala cu μ_{r rev}. Valoarea maxima a lui μ_{r rev} este notata obisnuit cu μ_{r max}. In origine μ_{r dif}  = μ_{r rev}= μ_{r initial}.

Susceptibilitatea substantelor antiferomagnetice este de ordinul 10^-3 si variaza cu temperatura; ea creste pana la o temperatura critica si apoi scade brusc. Tempera­tu­ra la care dispare antiferomagnetismul se numeste temperatura Néel. Substante anti­feromagnetice sunt: Mn, MnO, NiO, CoO, CaO, NiCl₂, CuCl₂, etc.

Figura 1. Permeabilitati magnetice

Ferimagnetismul apare atunci cand momentele magnetice paralele si de sens opus au valori diferite. In cazul unui antiparalelism total al spinilor si compensarea momentelor magnetice avem cazul antiferomagnetismului; ferimagnetismul poate fi privit ca un antiferomagnetism necompensat. Ionii metalici ai feritelor sunt situati in retelele si subretelele cristaline A si B fiind inconjurati de 4 ÷ 6 ioni de oxigen. Trei feluri de interactiuni pot aparea, si anume: A-A, B-B si A-B. Se considera ca in­te­rac­tiunile A-A si B-B sunt pozitive si slabe, iar interactiunea A-B este negativa si puter­nica. In acest caz spinii necompensati sunt antiparaleli cu spinii B. In cazul cand mo­mentele au valori diferite, rezulta un moment magnetic proportional cu diferenta lor.

Feritele sunt compusi de forma in care este un ion al unui metal bivalent ca Ni, Mn, Co, Cd, etc. pentru ferite moi si Ba, Sr, Pb pentru ferite du­re.

Feritele sunt materiale cu proprietati semiconductoare. Ele au, deci, rezistivitati mult mai mari decat corpurile feromagnetice, care sunt metale, si, din aceasta cauza, prezinta pierderi prin curenti turbionari mult mai mici decat acestea din urma, calitate deosebita pentru aplicatiile practice, feritele putand fi folosite pentru constructia mie­zurilor magnetice care sunt strabatute de fluxuri magnetice rapid variabile in timp (frec­vente inalte, de exemplu). Ele se folosesc pe scara larga ca materiale magnetice moi si dure.