Magnetismus látek

Magnetické jevy jsou způsobeny elektrodynamickými silami mezi náboji v pohybu. V atomech všech látek obíhají elektrony kolem jádra a navíc se otáčejí kolem vlastní osy (spin).

Diamagnetismus

Paramagnetismus

Feromagnetismus

Stručně o přechodu z feromagnetické do paramagnetické fáze

Mikroskopický pohled na tento přechod - fyzikální vysvětlení

Diamagnetismus

U většiny prvků se ruší navzájem magnetické momenty elektronových spinů a stejně se ruší i dráhové magnetické momenty dvou elektronů obíhajících proti sobě ve shodných drahách. Takové atomy jsou pak bez magnetického momentu, takže magnetické pole na ně nepůsobí ani posuvnou silou, ani otáčivým momentem. Nesmíme z toho však usuzovat, že látky složené z nemagnetických atomů (veškeré magnetické zárodky se ruší) vůbec nepodléhají vlivu magnetického pole. Tyto látky mají malou zápornou susceptibilitu - zeslabují vnější magnetické pole. Tepelné pohyby molekul nemají vliv na uspořádání elektronů v atomech, a tedy susceptibilita resp. permeabilita diamagnetických látek nezávisí na teplotě. Diamagnetické látky proto nemění své magnetické vlastnosti při změnách teploty. Nebudeme se jimi tedy nadále zabývat.

Paramagnetismus

Jestliže atomy nebo molekuly látky nemají nulový magnetický moment, pak působí vnější pole na takové atomy nebo molekuly usměrňujícím momentem, a je-li látka nehomogenní, působí na ně také posuvnou silou, která látku s takovými atomy vtahuje do míst silnějšího magnetického pole. Látka se tedy zmagnetuje souhlasně se směrem pole, které se tím zesílí, takže magnetizace a susceptibilita jsou kladné a relativní permeabilita je větší než 1. Látka s těmito magnetickými vlastnostmi se nazývá paramagnetická nebo feromagnetická. Nenulový magnetický moment atomu nebo molekuly může vzniknout dvojím způsobem:

• neruší se úplně dráhové magnetické momenty elektronů
• neruší se úplně spinové magnetické momenty elektronů

Feromagnetismus

Ve feromagnetických látkách lze vzbudit i velmi slabým magnetickým polem velmi silnou magnetizaci, kterou tyto látky podržují i po odstranění vnějšího magnetického pole (permanentní magnety). Susceptibilita feromagnetických látek má značnou kladnou hodnotu, která však podstatně závisí na teplotě, ale i na samé intenzitě pole, kterým právě jsou nebo již předtím byly látky magnetovány.

Stručně o přechodu z feromagnetické do paramagnetické fáze

U paramagnetických látek závisí susceptibilita na teplotě, a to podle Curieova zákona nepřímo úměrně . Paramagnetické látky proto mění své magnetické vlastnosti při změnách teploty. Při speciální teplotě, zvané Curieův bod, se změní významně magnetické vlastnosti paramagnetické látky, čemuž říkáme fázový přechod.

Také všechny feromagnetické látky mají tu společnou vlastnost, že jejich sytná magnetizace (stav maximálního zmagnetování) klesá s rostoucí teplotou a při dosažení jisté teploty, zvané Curieův bod, přestávají být feromagnetické a nad touto teplotou se chovají jako látky paramagnetické. Jejich susceptibilita se mění s absolutní teplotou podle Weissova zákona ; , kde je absolutní teplota příslušná Curieovu bodu.

Teploty uvedené v tabulce 1 jsou nižší než teploty tání příslušných kovů, takže tyto kovy jsou v kapalném skupenství jen paramagnetické. To souhlasí se zcela obecným poznatkem, že feromagnetismus pozorujeme pouze u látek pevných.

Tabulka 1

Mikroskopický pohled na tento přechod - fyzikální vysvětlení

Silný paramagnetismus i feromagnetismus mají stejnou fyzikální podstatu - vznikají usměrňováním atomů, jejichž spinové magnetické momenty se navzájem zcela neruší. V obou případech je to způsobeno neúplným obsazením některé vnitřní slupky elektronového obalu atomu. Např. atom železa má v tzv. slupce M čtyři elektrony s nekompenzovanými spiny stejného směru, a proto má magnetický moment roven čtyřem Bohrovým magnetonům. Podstatné rozdíly mezi vlastnostmi paramagnetických a feromagnetických látek nelze tedy vysvětlit různými magnetickými vlastnostmi jejich atomů, o čemž svědčí i skutečnost, že dostatečným zvýšením teploty přejdou feromagnetické látky v látky paramagnetické, ačkoli se přitom složení atomů nezmění. Připomeneme-li ještě, že feromagnetismus je omezen pouze na látky pevného skupenství, dojdeme nutně k závěru, že feromagnetismus je podmíněn vzájemným působením blízkých atomů, přesněji řečeno sousedních atomů v krystalové mřížce látky.

Možnost dosáhnout sytné magnetizace a existence permanentních magnetů vedou nutně k předpokladu, že se ve feromagnetických látkách sousední atomy samy navzájem usměrňují a udržují v paralelním uspořádání. To vyjádřil již P. Weiss (1907) hypotézou o molekulárním poli, které ve feromagnetických krystalech orientuje navzájem rovnoběžné magnetické momenty atomů (molekul) v malých objemech látky. V každém takovém objemu, řádu 10^-3 až 10 mm³, které se nazývají Weissovy oblasti (domény), se tedy udržuje trvale sytná magnetizace i bez vnějšího pole. Směry jednotlivých oblastí jsou ovšem neuspořádány, takže látka má celkový magnetický moment nulový. Teprve působením vnějšího pole nastává nejprve přesouvání rozhraní mezi doménami ve prospěch domén s větší kladnou složkou magnetizace ve směru pole a v silnějších polích vznikají též náhlé změny orientace v menších i větších částech Weissových oblastí.