ชนิดของสภาวะแม่เหล็ก

สภาวะแม่เหล็กแบ่งออกได้หลายลักษณะดังนี้ คือ Diamagnetism, Paramagnetism, Ferromagnetism, Antiferromagnetism, Ferromagnetism

สนาม แม่เหล็กจะเกิดขึ้นจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนกล่าวคือเมื่ออิเล็กตรอน เคลื่อนที่ผ่านเส้นลวดตัวนำสนาม แม่เหล็กจะเกิดขึ้นรอบ ๆ ลวดตัวนำ และในทำนองเดียวกันสภาวะแม่เหล็กที่เกิดขึ้นในวัสดุก็เกิดขึ้นเนื่องมาจาก การ หมุนรอบตัวเองของอิเล็กตรอนเองและการเคลื่อนที่ รอบ nuclei

สภาวะแม่เหล็กแบ่งออกได้หลายลักษณะดังนี้คือ

Diamagnetism

การ ที่สนามแม่เหล็กจากภายนอกกระทำต่ออะตอมของวัสดุจะทำให้อิเล็กตรอนที่หมุนรอบ นิวเครียสของอะตอมเกิด เสียสมดุลเล็กน้อย ซึ่งเป็นผลทำให้เกิดขั้วแม่เหล็กเล็กๆขึ้นในอะตอมขั้วแม่เหล็กที่เกิดขึ้น นี้จะต้านกับสนามแม่เหล็ก ภายนอก ซึ่งจากการกระทำดังกล่างนี้ทำให้เกิดผลของแม่เหล็ก ในทางลบที่เรียกว่าdiamagnetism ผลของสภาวะ แม่เหล็กแบบ diamagnetism นี้ จะทำให้ค่า magneticsusceptibility เป็นลบเล็กน้อย สภาวะแม่เหล็กแบบ diamagnetism จะเกิดขึ้นได้กับวัสดุทุกชนิดแต่มักจะถูกหักล้างด้วยผลสภาวะแม่เหล็กเชิงบวก อย่างไรก็ตามพฤติกรรมสภาวะแม่เหล็กแบบ diamagnetism จะไม่มีความสำคัญต่องานทางด้านวิศวกรรมเท่าใดนัก

Paramagnetism

วัสดุ ที่สามารถแสดง magnetic susceptibility ในเชิงบวกเล็กน้อยเมื่ออยู่ในสนามแม่เหล็กจะถูกเรียกว่า paramagnetism และสภาวะแม่เหล็กแบบ paramagnetism ของวัสดุจะหายไปเมื่อวัสดุนั้นถูกนำออกจากสนามแม่เหล็ก

วัสดุ ที่มีสภาวะแม่เหล็กแบบ paramagnetism นี้เกิดขึ้นได้จากการเรียงตัวของ magnetic dipole moments ของอะตอมหรือโมเลกุลของ วัสดุเมื่ออยู่ในสนามแม่เหล็กทิศทางของการเรียงตัวของ magnetic dipole moments นี้จะเกิดความไม่เป็นระเบียบมากขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น เป็นผลทำให้สภาวะเหล็กแบบ paramagnetism นี้ลดลง

อะตอมของธาตุแทรนซิ ชัน และ ธาตุ rare earths บางชนิดมักจะมีอิเล็กตรอนภายในที่ไม่มีคู่ (unpaired inner electrons) บรรจุอยู่ที่พลัง งานชั้นในด้วยเหตุผลเช่นนี้ ธาตุเหล่านี้มักจะก่อให้เกิดผลของแม่เหล็ก แบบparamagnetic อย่างแรง และ ในบางครั้งอาจจะแสดงสภาวะแม่เหล็กได้แข็งแรงเช่นเดียวกับวัสดุจำพวก ferromagnetic และ ferrimagnetic

Ferromagnetism

ดัง ที่ได้กล่าวข้างต้นถึง diamagnetism และ paramagnetismจะถูกเหนี่ยวนำให้เกิดขึ้นได้เมื่อมีสนามแม่เหล็กภายนอกใส่ เข้าไป และจะยังคง สภาพสภาวะแม่เหล็กนั้นได้ตราบเท่าที่สนามแม่เหล็กนั้นยังคงอยู่แต่ยังมีสภาพ สภาวะ แม่เหล็กอีกชนิดหนึ่งซึ่งถูกเรียกว่า ferromagnetismเป็น สภาพสภาวะแม่เหล็กที่สามารถทำให้คงอยู่ได้แม้จะไม่อยู่ในสนามแม่เหล็กหรือ ทำให้หมดสภาพไปได้โดยต้องการ สภาพสภาวะแม่เหล็กแบบ ferromagnetism จึงมีความสำคัญมากต่องานทางด้านวิศวกรรมวัสดุที่สามารถแสดงสภาพาภาวะแม่ เหล็กเช่นนี้ได้ และมีความสำคัญในงานอุตสาหกรรม ได้แก่ เหล็ก , โคบอลต์ และ นิเกิล นอกจากนี้กาโดไลเนียมซึงเป็นธาตุจำพวก rare earth ก็ยังสามารถแสดงสมบัติสภาวะ แม่เหล็กแบบferromagnetism ได้เช่นกัน ที่อุณหภูมิตำกว่า 16 องศาเซลเซียส

สมบัติ สภาวะแม่เหล็กแบบ ferromagnetism ของธาตุแทรนซิชัน พวก Fe , Co , Niเกิดขึ้นได้เนื่องจากอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่ ซึ่งอยู่ที่ระดับพลังงานชั้นในเกิดการหมุนรอบตัวเองและจัดเรียงตัวในโครง ผลึกส่วนอิเล็กตรอนที่อยู่เป็นคู่และ หมุนสวนทิศทางกันในระดันพลังงานชั้นใน จะไม่ให้ผลของ magnetic dipolemomentนอกจากนี้อิเล็กตรอนวงนอกสุดของอะตอมก็จะไม่แสดงผลของ magnetic dipolemoment เช่นกัน เพราะอิเล็กตรอนนั้นเกิดพันธะทางเคมีกับอิเล็กตรอนวงนอกสุดของอะตอมอื่น ดังนั้นจึงอาจกล่างสรุปได้ว่าอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่ที่อยู่ในระดับพลังงาน ชั้นในของอะตอมจะมี บทบาทสำคัญต่อการแสดงภาพสภาวะแม่เหล็ก แบบferromagnetism อาทิเช่น Fe , Co และ Niที่มีอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่อยู่ที่ชั้นระดับพลัง งาน 3d จำนวน 4 , 3 และ 2ตามลำดับ จึงทำให้ Fe , Co และ Ni สามารถแสดงสมบัติสภาพแม่เหล็กแบบferromagnetism ได้

Antiferromagnetism

เป็น สภาวะแม่เหล็กอีกชนิดหนึ่งที่เกิดขึ้นกับวัสดุบางชนิด กล่าวคือmagnetic dipoles ของอะตอมของวัสดุที่มีสมบัติเช่นนี้ จะเรียงตัวในทิศทางที่ตรงกันข้ามกันเมื่ออยู่ในสนามแม่เหล็ก

รูปที่11.7แสดงการจัดเรียงตัวขอว magneticdipoles ของ(a)ferromagnetism (b) antiferromagnetism และ (c) ferrimagnetism

วัสดุ ที่แสดงสมบัติสภาวะแม่เหล็กแบบantiferromagnetismอาทิเช่นMnและCr เมื่ออยู่ในสภาพของแข็งที่อุณหภูมิห้อง ซึ่งจะแสดงค่าพลังงานแลกเปลี่ยนเป็นลบ เพราะ a/d< 1.4

Ferromagnetism

วัสดุ เซรามิกบางชนิดจะประกอบด้วยไอออนต่างชนิดกันซึ่งมี magnetic momentsมากน้อยแตกต่างกันไป เมื่อ magnetic moment นั้นมีการจัดเรียงตัวในทิศทางที่ตรงกันข้ามปรากฎว่ามันไม่หักล้างกันหมดแต่ ยังจะคงมี magnetic moment สุทธิในทิศทางหนึ่ง จึงทำให้วัสดุเหล่านี้สามารถแสดงสมบัติสภาวะแม่เหล็กได้ วัสดุเหล่านี้ถูกเรียกว่า ferrites ซึ่งมีด้วยกันหลายชนิด เช่น magnetite , Fe3O4 วัสดุ ferrites จะมีความสามารถในการนำไฟฟ้าตำจึงมักถูกนำไปประยุกต์ใช้ในงานอุตสาหกรรมอิ เล้กทรอนิกส์อย่างมาก