网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

什么是铁磁性

0
分享至

铁磁性是一种最引人入胜且被广泛研究的磁现象,指某些材料(如铁、钴、镍及其合金)表现出强大且永久磁性的机制。这种特性使铁磁性材料在从家用磁铁、电动机到先进的计算和数据存储设备等广泛领域中发挥了不可或缺的作用。要理解铁磁性的机制,需要深入研究控制电子行为的量子力学原理、原子间相互作用的本质以及磁性特性在宏观上的表现。



磁偶极子与磁化概念

铁磁性的核心是磁偶极子的概念。原子中的电子由于其自旋和绕原子核的轨道运动而具有固有的磁矩。每个电子都像一个微小的磁铁,具有南北两极。原子的磁矩是其所有电子磁矩的矢量和。

在大多数材料中,这些磁矩的方向是随机的,因此净磁矩相互抵消。然而,在铁磁性材料中,某些原子排列和量子相互作用使这些磁矩得以对齐,从而形成宏观上的磁场。

量子力学与交换相互作用

铁磁性的主要驱动力是量子力学现象中的交换相互作用。这种相互作用源于泡利不相容原理,该原理指出,同一原子中的两个电子不能占据相同的量子态。这一原则间接迫使相邻原子中的电子自旋以平行或反平行方式对齐,具体方式取决于材料的性质。

在铁磁性材料中,交换相互作用倾向于使自旋平行排列,从而使系统的总能量最小化。这种对齐在某些区域内形成了被称为磁畴的结构,在这些区域内大量原子磁矩的方向一致。

磁畴与畴壁

磁畴的概念是理解铁磁性的核心。在铁磁性材料中,交换相互作用使自旋局部对齐,形成具有均匀磁化的磁畴。然而,这些磁畴的方向通常是随机的,因此在没有外部磁场的情况下,宏观上没有净磁化。

磁畴之间存在畴壁,这是磁化方向逐渐变化的薄层区域。磁畴和畴壁的形成通过平衡有利于对齐的交换能量与反对大规模磁场形成的磁静能量,来最小化材料的内部能量。

磁滞现象与磁化曲线

铁磁性材料的一个关键特性是其在外部磁场去除后仍能保持磁化的能力,这一特性被称为磁滞。当施加外部磁场时,磁畴会重新排列以与磁场对齐,从而增加净磁化。当磁场强度增大时,材料会达到饱和状态,此时几乎所有磁畴都已对齐。

当外部磁场减弱到零时,一些磁畴仍保持对齐状态,导致剩余磁化。这种特性是永久磁铁工作的基础。铁磁性材料在不同外部磁场下的完整行为可以用磁滞回线(磁化与外加磁场的关系曲线)来描述。

居里温度与铁磁性的丧失

铁磁性是温度依赖性的,其临界温度被称为居里温度,标志着铁磁性向顺磁性转变的过程。在居里温度以上,热运动会克服交换相互作用,破坏磁矩的对齐。此时,材料失去自发磁化,仅在外加磁场存在时表现出顺磁性。

例如,铁的居里温度约为770°C,超过这一温度后,其铁磁性消失。这种温度依赖性在高温应用材料的设计中尤为重要。

铁磁性材料的分类

根据磁性特性,铁磁性材料主要分为两类:

软铁磁材料:如硅钢,这类材料易于磁化和退磁,具有低矫顽力和窄磁滞回线。它们广泛用于变压器铁芯等需要高磁导率的应用中。

硬铁磁材料:如钕磁铁,这类材料具有高矫顽力,能有效保持磁化,广泛应用于永久磁铁和需要强稳定磁场的场合。

铁磁性的应用

铁磁性是许多技术和应用的基础。在日常生活中,永久磁铁广泛应用于扬声器、冰箱和指南针等设备中。在工业中,铁磁性材料是电动机、发电机和变压器的关键部分,有助于提高能效。

在先进技术中,铁磁性材料对数据存储至关重要。例如,硬盘驱动器利用铁磁性涂层以磁畴的形式编码信息。自旋电子学(Spintronics)是一个新兴领域,利用铁磁性材料中电子自旋的特性开发下一代高性能电子设备。

铁磁性的理论模型

解释铁磁性的理论模型有许多,其中最著名的是伊辛模型和海森堡模型。这些模型描述了磁矩之间的相互作用,并预测了如自发磁化在居里温度以下出现等相变现象。

伊辛模型:简化为一维交互,聚焦于离散自旋状态,常用于研究临界现象和相变。

海森堡模型:纳入自旋的量子特性,更准确地描述了三维中自旋的对齐。

总结

铁磁性是一种复杂但精巧的现象,由量子力学和原子磁矩的集体行为共同作用而成。它深刻地影响了科学和技术,为多个领域的创新提供了基础。通过理解铁磁性的机制,研究人员不断发现新材料和新应用,在从可再生能源到量子计算的众多领域推动进步。随着认识的加深,铁磁性的原理将继续作为技术进步的基石发挥作用。

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
大S具俊晔最新合影,全家喝酒庆祝节日,不出门的大S白得像牛奶

大S具俊晔最新合影,全家喝酒庆祝节日,不出门的大S白得像牛奶

八卦宝宝
2024-12-25 00:36:56
进口药消失了,中药注射剂来了

进口药消失了,中药注射剂来了

常识传播局
2024-12-22 17:33:12
断舍离后:我在家里翻出了7样“大垃圾”,全是贫穷家庭的通病

断舍离后:我在家里翻出了7样“大垃圾”,全是贫穷家庭的通病

简约装修设计案例大全
2024-12-09 11:35:03
还不错?施罗德被交易后4场 西蒙斯作为主控场均10.3分8.5助4.3板

还不错?施罗德被交易后4场 西蒙斯作为主控场均10.3分8.5助4.3板

直播吧
2024-12-25 11:17:11
-5℃!雨雪来了!冷空气又袭湖北

-5℃!雨雪来了!冷空气又袭湖北

鲁中晨报
2024-12-25 09:55:10
阿斯:姆巴佩加盟皇马首个赛季到圣诞节的进球数比C罗多一个

阿斯:姆巴佩加盟皇马首个赛季到圣诞节的进球数比C罗多一个

懂球帝
2024-12-25 07:55:07
60分36板18助!细数圣诞大战8大纪录,库里独占两项,哪项最难破

60分36板18助!细数圣诞大战8大纪录,库里独占两项,哪项最难破

篮球圈里的那些事
2024-12-25 11:42:06
墨西哥想把中企赶出去,本以为中企会求着别赶,没想到事情全变了

墨西哥想把中企赶出去,本以为中企会求着别赶,没想到事情全变了

星辰故事屋
2024-12-02 18:21:39
男子翻看过世父亲网购记录,离世前一个月还买了三罐儿子爱吃的红烧肉

男子翻看过世父亲网购记录,离世前一个月还买了三罐儿子爱吃的红烧肉

观威海
2024-08-11 09:30:31
科学家复活了3万年前的种子!直到植物开花,才发现和现代的不同

科学家复活了3万年前的种子!直到植物开花,才发现和现代的不同

怪罗
2024-12-20 00:38:01
二弟更绿!巴尔德前妻:旺达曾和我前夫睡过,还把照片发我

二弟更绿!巴尔德前妻:旺达曾和我前夫睡过,还把照片发我

懂球帝
2024-12-24 20:52:19
广东省委外办主任柳琛子调任人民日报社对外交流合作部主任

广东省委外办主任柳琛子调任人民日报社对外交流合作部主任

澎湃新闻
2024-12-25 10:44:29
打到臭车概率越来越高?滴滴就“臭车”致歉:正开展“异味车”治理专项

打到臭车概率越来越高?滴滴就“臭车”致歉:正开展“异味车”治理专项

封面新闻
2024-12-24 17:53:00
1955年为救钱学森,中国付出了什么代价?筹码大到让美国无法拒绝

1955年为救钱学森,中国付出了什么代价?筹码大到让美国无法拒绝

百年历史老号
2024-04-29 17:25:36
看到去世30年妈妈的照片,消防员在户籍窗口哭了 ,“原来我们长得这么像,我也是有妈妈的孩子了”

看到去世30年妈妈的照片,消防员在户籍窗口哭了 ,“原来我们长得这么像,我也是有妈妈的孩子了”

观威海
2024-12-24 13:29:35
彻底撕破脸了?10国调转“枪口”,朝鲜突然被俄罗斯爆出一则猛料

彻底撕破脸了?10国调转“枪口”,朝鲜突然被俄罗斯爆出一则猛料

Ck的蜜糖
2024-12-24 14:09:58
吸烟真的有害吗?英国烟草公司对48只狗实验,三年每天抽掉100根

吸烟真的有害吗?英国烟草公司对48只狗实验,三年每天抽掉100根

深析古今
2024-12-24 18:26:34
看到这种打火机,千万警惕!

看到这种打火机,千万警惕!

环球网资讯
2024-12-24 18:11:05
中美印23年军火出口差距断崖:美2380亿美元,印仅25亿,中国呢?

中美印23年军火出口差距断崖:美2380亿美元,印仅25亿,中国呢?

草莓啵啵奶2
2024-11-28 13:43:59
公司董事长不肯给200万,市委书记扬言:一个月内整死你

公司董事长不肯给200万,市委书记扬言:一个月内整死你

老黄有话
2023-08-26 08:00:14
2024-12-25 12:56:50
万象经验 incentive-icons
万象经验
专注科普
836文章数 0关注度
往期回顾 全部

头条要闻

学者称大陆4年内不会制定统一台湾时间表 国台办回应

头条要闻

学者称大陆4年内不会制定统一台湾时间表 国台办回应

体育要闻

一度消失的欧洲之王,重新燃起了欧冠梦想

娱乐要闻

刘亦菲李湘一家聚会,李现和王诗龄合影

财经要闻

住房城乡建设工作会议:推动地产止跌回稳

科技要闻

OpenAI的75封内部邮件,一堂硅谷创业课

汽车要闻

全网都在吐槽萤火虫丑 为何李斌心态稳如老司机

态度原创

数码
本地
旅游
房产
军事航空

数码要闻

2024年末盘点,数码媒体的编辑们都种草了哪些产品?

本地新闻

好吃潮州|尝一口,这里的美食有点“潮”

旅游要闻

景区回应李现虎跳峡同款线路20多公里

房产要闻

最高66666元!(税前)珠实地产天河新项目案名征集开启!

军事要闻

联合国机构:加沙地带每小时就有一名儿童死亡

无障碍浏览 进入关怀版