Магнитокалорический эффект и теплоемкость высокодисперсных магнетиков

• Автор: Арефьев, Игорь Михайлович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 133 с.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Виды магнетизма.

1.2. Доменная структура

1.3. Суперпарамагнетизм

1.4. Особенности магнетизма наночастиц.

1.5. Магнитные фазовые переходы

1.6. Магнитотепловые свойства магнитных материалов.

1.6.1. Термодинамика магнитокалорического эффекта.

1.6.2. Энтропия и ее изменение в магнитных материалах.

1.6.3. Магнитокалорический эффект и изменение энтропии в области магнитных фазовых переходов первого и второго рода.
1.6.4. Магнитокалорический эффект в оксидах
1.6.5.Магнитокалоричсский эффект в суперпарамагнитных системах
1.7. Особенности теплоемкости магнетиков
1.8. Методы определения магнитотепловых свойств магнитных материалов
1.8.1. Прямые методы определения магнитокалорического эффекта
1.8.2. Косвенные методы определения магнитокалорического эффекта
1.8.3. Калориметрический метод определения теплоемкости
ГЛАВА II. ЭКПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.
.1. Обоснование выбора объектов исследования и методов исследования.
.2. Синтез и свойства объектов исследования
.2.1. Синтез и свойства магнетита.
.2.2. Синтез и свойства маггемита и гематита
П.2.3. Синтез феррита гадолиния.
.2.4. Магнитные жидкости состав и свойства.
.2.5. Синтез и свойства никеля
.3. Элементный анализ
.4. Дисперсионный анализ.
.5. Калориметрическое исследование.
.5.1. Установка для проведения калориметрических исследований
.5.2. Методика эксперимента и калибровка калориметра
.6. Обработка результатов эксперимента.
.6.1. Расчет магнитокалорического эффекта и удельной
теплоемкости.
П.6.2. Расчет намагниченности, изменения магнитной части энтропии и изменения энтальпии магнетика, используя данные
по магнитокалорическому эффекту и удельной теплоемкости.
Н.6.3. Анализ погрешностей.
ГЛАВА Ш. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ.
III. 1. Результаты элементного и дисперсионного анализа
Ш.2. Результаты калориметрического исследования
1.2.1. Магнитокалорический эффект и удельная теплоемкость маггемита и гематита в водных суспензиях
1.2.2. Магнитокалорический эффект и удельная теплоемкость магнетита в водной суспензии
1.2.3. Магнитокалорический эффект и удельная теплоемкость магнетита в магнитных жидкостях.
1.2.4. Магнитокалорический эффект и удельная теплоемкость
никеля в водной суспензии удельная намагниченность
никеля
III.2.5. Магнитокалорический эффект и удельная теплоемкость феррита гадолиния в водной суспензии изменение магнитной
энтропии и изменение энтальпии феррита гадолиния Ю
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА


Для слабомагнитных веществ в определенном интервале полей и температур эта зависимость носит простой линейный характер 1 хН, где х магнитная восприимчивость рис. Если 0, то вещества называются диамагнетиками, если х 0 то парамагнетиками. Для сильномагнитных веществ намагниченность в отличие от диамагнетиков и парамагнетиков не является линейной функцией поля между намагниченностью и полем существует более сложная связь нелинейная и неоднозначная рис. К числу таких веществ относятся ферромагнетики, антиферромагнетики и ферримагнетики. ГЛАВА I. Юг, гс
Рис. Кривые намагниченности Рис. Рассмотрим природу диамагнетизма, парамагнетизма, ферромагнетизма, антиферромагнетизма и ферримагнетизма. Диамагнетизм относится к чрезвычайно слабым магнитным явлениям, которые обнаруживаются в веществе в тех случаях, когда отсутствуют так называемые магнитные атомы 1, 2. Диамагнитная восприимчивость 0 и составляет около КГ6. Причиной диамагнетизма является индукция электронных токов в атомах эти токи возникают в силу закона Ленца, когда внешнее магнитное поле пронизывает электронное облако наружной оболочки атомов, причем направление индуцированных токов таково что они противодействуют дальнейшему росту приложенного поля 3. Диамагнетизм наблюдается в органических соединениях. Так, например, в кольце молекулы бензола при ориентации магнитного поля1 перпендикулярно плоскости кольца обнаруживается довольно сильный, диамагнетизм, а при наложении поля в плоскости кольца магнитная восприимчивость мала 4. В металлах, не имеющих магнитных атомов, главный вклад в диамагнетизм дают электроны проводимости. Диамагнитная восприимчивость почти не зависит от температуры 1,3. Необходимым признаком парамагнитного состояния вещества является наличие у атомов собственных магнитных моментов. Парамагнетизмом обладают все атомы, ионы и молекулы, у которых в электронной оболочке нечетное количество электронов и полный спин электронной системы всегда отличен от нуля атомы щелочных металлов, молекулы Ог и , свободные радикалы органических соединений. Парамагнитны также все атомы и ионы с незаполненной внутренней 1 или оболочкой 1. В парамагнетиках намагниченность возникает при наложении внешнего магнитного поля и увеличивается с увеличением напряженности поля. Парамагнитная восприимчивость юл 0 и составляет 6 3. Дляпм справедлив закон Кюри Всйсса пм СТ, где С постоянная Кюри 1,3. Диамагнетики и парамагнетики относятся к слабомагнитным веществам, не обладающим атомным магнитным порядком. В отличие от них в некоторых веществах ферромагнетиках под действием так называемых обменных сил, имеющих квантовую природу, обнаружена спонтанная поляризация атомных магнитных моментов в одном направлении 1, 3. К ферромагнетикам относятся металлы Ре, Со, 1, СМ, Эу, ТЬ, Но, Ег, Тш, металлические сплавы и соединения. При некоторой температуре, называемой точкой Кюри Гс, происходит фазовый переход из ферромагнитного состояния в парамагнитное. Ферромагнитный фазовый переход схематически представлен на рисунке 1. Типичный ферромагнетик в отсутствии внешнего магнитного поля не намагничен. Этот эффект обусловлен самопроизвольным разбиением образца на маленькие области спонтанной намагниченности домены 1,3. Взаимная ориентация доменов такова, что суммарная намагниченность образца равна нулю, чем достигается выполнение требования минимума энергии собственного магнитного поля ферромагнитного кристалла. Отличительной особенностью поведения ферромагнетиков во внешних магнитных полях является специфический вид их кривой намагничивания , впервые наиболее подробно изученной А. Г. Столетовым 6 см. Намагниченность ферромагнетика при увеличении внешнего магнитного поля сначала резко возрастает, а затем достигает насыщения 5. При возвращении поля к нулевому значению намагниченность сохраняет некоторое конечное значение, называемое остаточной намагниченностью. Поле Н обратного знака, которое необходимо приложить для достижения нулевого значения намагниченности, называется коэрцитивной силой. Рис. Схема ферромагнитного фазового перехода 5.