Feromagnetizam

Feromagnetizam je fizikalna teorija koja objašnjava kako materijali postaju magnetima.

Histerezisna krivulja: krivulja prvobitne magnetizacije je označena plavom bojom, dok je kasnije ponašanje pri obrnutoj magnetizaciji iste jačine označeno zelenom bojom.

Tri primjera uređenosti linearnog niza elementarnih magnetnih momenata.

Feromagnetizam (od lat. ferrum = željezo + magnet) oblik je magnetizma kojem najčešće pripisujemo ovu pojavu. Javlja se kod nekih kovina: željeza, kobalta i nikala. Materijal je feromagnetski ukoliko kod djelovanja vanjskog magnetskog polja i sam postaje magnet, tako što se njegovi elementarni magneti (magnetni dipoli) orijentiraju u pravcu vanjskog polja tako što na dipole djeluje magnetizacija m.

Značajka feromagnetizma je histerezna krivulja u obliku slova S koja opisuje magnetizaciju feromagnetnih materijala pod utjecajem vanjskog magnetskog polja. Oblik ove krivulje poslijedica je:

• magnetskog usmjeravanja elektromagneta na razini atoma
• usmjeravanja magnetnih domena koji se mjere u mikrometrima i nanometrima

Unutar jednog magnetne domene svi elementarni magneti usmjereni su u istom pravcu. Kada materijal nije magnetiziran, elementarni su magneti usmjereni u svim smjerovima. Kada se takav materijal izloži magnetnom polju, magnetne domene se sve više orijentiraju smjeru vanjskog magnetnog polja. Kada se svi domeni usmjere u tom pravcu, dalja magnetizacija materijala više nije moguća. Tada kažemo da je došlo do zasićenja.

Kada se ukloni vanjsko magnetno polje, domeni se djelom razjedine i magnetizacija opada. Feromagnetni materijal pokazuje osobinu remanentne magnetizacije. Da bi se materijal razmagnetzirao, potrebno je primjeniti vanjsko magnetno polje suprotnog smjera.

Magnetno uređenje može se poremetiti ugrijavanjem. Tada feromagnetni materijali postaju paramagnetni. Temperatura na kojoj nestaje magnetna uređenost materijala naziva se Kirijeva temperatura (po Pierre Curieu).

Magnetska permeabilnost $\mu = \mu_0 (1 + \chi)$ i magnetna susceptibilnost $\chi$ nisu konstantne kod feromagneta, već predstavljaju kompliciranu funkciju jačine magnetskog polja i ovise od povijesti magnetizacije. Diferencijalna magnetna susceptibilnost $\chi$ se koristi da prikaže ovisnost magnetizacije od magnetskog polja. Ona nestaje u području zasićenja.

Magnetizacija je povezana s gustoćom magnetskog toka $\vec B$ jednadžbama

$\vec B = \mu_0 (\vec H + \vec M) = \mu \vec H$

$\vec M = \chi \vec H$.

Kirijeva temperatura materijala s feromagnetskim svojstvima

Supstanca	$T_{\mathrm{C}}$ u K
Co	1395
Fe	1033
Ni	627
CrO2	390
Gd	289
Dy	85
EuO	70
Ho	20

Primjena feromagnetika

Feromagnetici se rabe gdje god su potrebni jaki magneti. Tako se npr. posebni elektromagneti s feromagnetskom jezgrom rabe u oftalmologiji i pomoću njih se mogu izvaditi sitnija strana tijela iz oka i iz dubine do 2,5 cm.