Informacje
  Wiw.pl   Na bieżąco:  Informacje   Co nowego   Matematyka i przyroda:  Astronomia   Biologia   Fizyka   Matematyka   Modelowanie rzeczywistości   Humanistyka:  Filozofia   Historia   Kultura antyczna   Literatura   Sztuka   Czytaj:  Biblioteka   Delta   Wielcy i więksi   Przydatne:  Słowniki   Co i gdzie studiować   Wszechświat w obrazkach    
  Jesteś tutaj:  Wirtualny Wszechświat > Informacje > Nowinki 2000-2002 > Fizyka > Nowinka z dn. 20-11-2000  
 Jesteś tutaj
nowinka:
Jak ferromagnetyki stają się paramagnetykami?
autor:
Michał Czerny
z dnia:
20-11-2000





Jak ferromagnetyki stają się paramagnetykami?
Zastosowanie termodynamiki do teorii ferromagnetyzmu wyjaśniło zachowanie się materiałów w wysokich temperaturach. Gdy James Clerk Maxwell (1831-1879) opracował w końcu XIX w. spójną teorię elektromagnetyzmu, naukowcy podjęli próby wytłumaczenia własności materiałów magnetycznych. Na pierwszy ogień poszły substancje, które pod wpływem zewnętrznego pola magnetycznego stają się słabymi magnesami: paramagnetyki i diamagnetyki. (W paramagnetykach kierunek magnetyzacji jest zgodny z kierunkiem przyłożonego pola, w diamagnetykach zaś - odwrotny). Paramagnetyki to np. sód, magnez i glin, a diamagnetyki - cynk i złoto. Paul Langévin (1872-1946) pokazał, że własności paramagnetyków można wyjaśnić, jeśli traktuje się je jako układy klasycznych, nie oddziałujących dipoli magnetycznych. Udało mu się również wytłumaczyć zachowanie diamagnetyków. Takie podejście zawodziło jednak w przypadku ferromagnetyków (np. żelaza i niklu), które pozostają namagnesowane nawet po wyłączeniu zewnętrznego pola.

Problem rozwiązał Pierre Weiss w 1907 r. Założył on istnienie niezwykle silnego oddziaływania między atomowymi dipolami. Wykazał się przy tym niesłychaną intuicją, gdyż dopiero 25 lat później Werner Heisenberg (1901-1976) odkrył, że oddziaływanie to jest związane ze spinem atomów, czyli wielkością czysto kwantową, nieznaną w fizyce klasycznej. Teoria Weissa przez wiele lat stanowiła "standardowy model" magnetyzmu.

Niestety, ma ona wady. W szczególności nie jest w stanie całkowicie poprawnie opisać zachowania ferromagnetyków w okolicy i powyżej pewnej temperatury krytycznej, tzw. temperatury Curie. Powyżej tej temperatury ferromagnetyk zachowuje się jak paramagnetyk. Wymyślono wiele modeli, tłumaczących zachowanie ferromagnetyków w tym zakresie temperatur, zawodziły one jednak w innych zakresach i nie były wystarczająco ogólne.

W numerze "Nature" z 16 listopada 2000 r. Ralph V. Chamberlin ze Stanowego Uniwersytetu Arizony w Tempe przedstawia modyfikację teorii Weissa, pozbawioną jej wad. Teoria Weissa zakłada, że każdy atom oddziałuje z identycznym jednorodnym ośrodkiem. Jest to spore uproszczenie. W rzeczywistości w ośrodku mamy do czynienia z fluktuacjami atomów. W magnetyzmie odgrywają one znaczącą rolę. Chamberlin stosuje podejście wykorzystywane w termodynamice małych systemów (tzw. nanotermodynamice). Posługuje się ono dość wyrafinowanym formalizmem matematycznym, zwanym zespołem uogólnionym. Przewidywania Chamberlina bardzo dobrze zgadzają się z eksperymentalnymi danymi, uzyskanymi dla różnych ferromagnetyków. Wydaje się więc, że mamy wreszcie poprawny opis przejścia ferromagnetyków w stan paramagnetyczny.

Michał Czerny
[  góra strony  ]

Wiw.pl  |  Na bieżąco  |  Informacje  |  Co nowego  |  Matematyka i przyroda  |  Astronomia  |  Biologia  |  Fizyka  |  Matematyka  |  Modelowanie rzeczywistości  |  Humanistyka  |  Filozofia  |  Historia  |  Kultura antyczna  |  Literatura  |  Sztuka  |  Czytaj  |  Biblioteka  |  Delta  |  Wielcy i więksi  |  Przydatne  |  Słowniki  |  Co i gdzie studiować  |  Wszechświat w obrazkach