Ferromagnetizmus, fizikai jelenség, amelyben bizonyos elektromosan nem töltött anyagok erősen vonzanak másokat. A természetben megtalálható két anyag, a lodestone (vagy magnetit, vas-oxid, Fe3O4) és a vas, képesek ilyen vonzó képességeket szerezni, és gyakran természetes ferromágnesnek nevezik őket. Több mint 2000 évvel ezelőtt fedezték fel őket, ezekre az anyagokra pedig minden korai tudományos tanulmányt készítettek a mágnesességről. Manapság a ferromágneses anyagokat a mindennapi élethez nélkülözhetetlen eszközök széles választékában használják—például,, elektromos motorok és generátorok, transzformátorok, telefonok és hangszórók.
Ferromagnetism egyfajta mágnesesség, hogy társul, vas, kobalt, nikkel, majd egy ötvözetek, vagy vegyületek, amelyek egy vagy több ilyen elemek., A gadolíniumban és néhány más ritkaföldfémben is előfordul. Más anyagokkal ellentétben a ferromágneses anyagok könnyen mágnesezhetők, erős mágneses mezőkön a mágnesezés megközelíti a telítettségnek nevezett határozott határt. Amikor egy mezőt alkalmaznak, majd eltávolítják, a mágnesezés nem tér vissza az eredeti értékéhez—ezt a jelenséget hiszterézisnek (Q. V.) nevezik. Amikor egy bizonyos hőmérsékletre melegítjük, az úgynevezett Curie pont (Q. V.,), amely minden anyag esetében eltérő, a ferromágneses anyagok elveszítik jellemző tulajdonságaikat, és már nem mágnesesek; azonban hűtéskor ismét ferromágnesessé válnak.
a ferromágneses anyagok mágnesességét az alkotó atomok igazítási mintái okozzák, amelyek elemi elektromágnesekként működnek. Ferromagnetism azzal magyarázható, hogy a koncepció, hogy néhány faj az atomok rendelkeznek egy mágneses pillanat—az, hogy egy ilyen atom maga egy általános elektromágnes által termelt az indítványt az elektronok a mag, valamint a spin az elektronok saját tengely., A Curie pont alatt az atomok, amelyek apró mágnesként viselkednek a ferromágneses anyagokban, spontán módon igazodnak egymáshoz. Ugyanabban az irányban orientálódnak, hogy mágneses mezői megerősítsék egymást.
a ferromágneses anyag egyik követelménye, hogy atomjai vagy ionjai állandó mágneses pillanatokat mutatnak. Az atom mágneses pillanata az elektronokból származik, mivel a nukleáris hozzájárulás elhanyagolható. A ferromagnetizmus másik követelménye valamilyen interatomi erő,amely sok Atom mágneses pillanatait párhuzamosan tartja egymással., Ilyen erő nélkül az atomokat megzavarná a termikus agitáció, a szomszédos atomok pillanatai semlegesítenék egymást, és a ferromágneses anyagokra jellemző nagy mágneses momentum nem létezne.
elegendő bizonyíték arra, hogy egyes atomok vagy ionok állandó mágneses momentum, hogy lehet a képen, mint egy dipól, amely egy pozitív, vagy északi sark elválasztva egy negatív, vagy a déli sarkra., A ferromágnesekben az atomi mágneses pillanatok közötti nagy kapcsolódás bizonyos fokú dipól összehangoláshoz vezet, tehát nettó mágnesezéshez.
Pierre-Ernest Weiss francia fizikus nagyszabású mágneses rendet posztulált a ferromágnesek számára, úgynevezett domain struktúrának. Elmélete szerint a ferromágneses szilárd anyag számos kis régióból vagy doménből áll, amelyek mindegyikében az összes atomi vagy ionos mágneses pillanat igazodik., Ha ezeknek a tartományoknak a kapott pillanatai véletlenszerűen orientálódnak, az objektum egésze nem mutat mágnesességet, de egy külsőleg alkalmazott mágnesező Mező az erősségétől függően egymás után elforgatja a tartományokat a külső mezőhöz igazítva, és az igazított tartományok növekedését okozza a nem hozzárendeltek rovására. A telítettség nevű korlátozó állapotban az egész objektum egyetlen tartományból áll.
Domain struktúra közvetlenül megfigyelhető., Az egyik technikában kis mágneses részecskék, általában magnetit kolloid oldatát helyezzük egy ferromágnes felületére. Amikor felületi pólusok vannak jelen, a részecskék bizonyos régiókban koncentrálnak, hogy olyan mintát képezzenek, amelyet optikai mikroszkóppal könnyen megfigyelhetnek. A tartománymintákat polarizált fény, polarizált neutronok, elektronsugarak és röntgensugarak esetén is megfigyelték.
sok ferromágnesben a dipól pillanatait párhuzamosan igazítja az erős tengelykapcsoló., Ez a mágneses elrendezés megtalálható az elemi Fémek vas (Fe), nikkel (Ni), kobalt (Co), valamint azok ötvözetek egymással, és néhány más elemekkel. Ezek az anyagok még mindig a leggyakrabban használt ferromágnesek legnagyobb csoportját képezik. A kollineáris elrendezéssel rendelkező többi elem a ritkaföldfémek, a gadolínium (Gd), a terbium (Tb) és a dysprosium (Dy), de az utolsó kettő csak jóval szobahőmérséklet alatt válik ferromagnetokká. Egyes ötvözetek, bár nem állnak az éppen említett elemek egyikéből sem, mindazonáltal párhuzamos pillanatnyi elrendezéssel rendelkeznek., Erre példa a Heusler ötvözet CuAlMn3, amelyben a mangán (Mn) atomok mágneses pillanatokat mutatnak, bár maga a mangánfém nem ferromágneses.
1950 óta, különösen 1960 óta számos ionikusan kötött vegyületet fedeztek fel ferromagnetikusnak. Ezeknek a vegyületeknek egy része elektromos szigetelő; mások a félvezetőkre jellemző nagyságú vezetőképességgel rendelkeznek. Ilyen vegyületek közé tartoznak a kalkogenidek (oxigén, kén, szelén vagy tellúr vegyületek), a halidok (fluor, klór, bróm vagy jód vegyületek), valamint ezek kombinációi., Ezekben az anyagokban állandó dipólusú ionok a mangán, a króm (Cr) és az europium (Eu); a többi diamágneses. Alacsony hőmérsékleten a ritkaföldfémek, a holmium (Ho) és az erbium (Er) páratlan pillanatnyi elrendezéssel rendelkeznek, ami jelentős spontán mágnesezést eredményez. Néhány ionos vegyület a spinel kristályszerkezettel ferromágneses elrendezéssel is rendelkezik. Egy másik szerkezet spontán mágnesezéshez vezet a thuliumban (Tm) 32 Kelvin alatt (K).,
A Curie-pont felett (más néven Curie-hőmérséklet) a ferromágneses anyag spontán mágnesezése eltűnik, paramágneses lesz (azaz gyengén mágneses marad). Ez azért fordul elő, mert a hőenergia elegendővé válik az anyag belső Igazító erejének leküzdéséhez. Néhány fontos ferromágnes Curie hőmérséklete: vas, 1,043 K; kobalt, 1,394 K; nikkel, 631 K; és gadolínium, 293 K.