Curie temperature
در علم فیزیک و مواد، درجه حرارت کوری (T C) یا نقطه کوری، دمایی است که در دماهای بالاتر از آن برخی از مواد خاصیت مغناطیسی دائمی خود را از دست می‌دهند، که در اکثر موارد دارای خاصیت مغناطیسی القایی می‌شوند. درجه حرارت کوری به نام پیر کوری نامگذاری شده‌است که نشان داد خاصیت مغناطیسی در یک دمای بحرانی از بین می‌رود.[۱]
نیروی مغناطیس توسط گشتاور مغناطیسی تعیین می‌شود، یک گشتاور دو قطبی درون یک اتم که از حرکت زاویه ای و چرخش الکترونها منشأ می‌گیرد. مواد دارای ساختارهای ذاتی مختلف گشتاور مغناطیسی هستند که به درجه حرارت بستگی دارد. دمای کوری نقطه بحرانی است که در آن گشتاور مغناطیسی ذاتی یک ماده تغییر جهت می‌دهد.
خاصیت مغناطیسی دائمی با هم ترازی گشتاور مغناطیسی ایجاد می‌شود و خاصیت مغناطیسی القایی هنگامی به وجود می‌آید که گشتاورهای مغناطیسی بی نظم تحت یک میدان مغناطیسی اعمال شده هم ردیف می‌شوند. به عنوان مثال، گشتاورهای مغناطیسی مرتب شده (فرومغناطیسی، شکل ۱) در دمای کوری تغییر می‌کنند و بی نظم می‌شوند (پارامغناطیسی، شکل ۲). هرچه دما بالاتر می‌رود آهنرباها ضعیف‌تر می‌شوند، به طوری که مغناطیس خودبخودی فقط در دماهای پایین‌تر از دمای کوری رخ می‌دهد. پذیرفتاری مغناطیسی بالاتر از دمای کوری را می‌توان از قانون کوری-ویس، که از قانون کوری بدست آمده محاسبه کرد.
در قیاس مواد فرومغناطیس و پارامغناطیس، می‌توان از دمای کوری برای توصیف انتقال فاز بین فروالکتریسیته و پاراالکتریسیته ستفاده کرد.
| ماده | دمای کوری (K) |
|---|---|
| آهن (Fe) | ۱۰۴۳ |
| کبالت (Co) | ۱۴۰۰ |
| نیکل (Ni) | ۶۲۷ |
| گادولینیوم (Gd) | ۲۹۲ |
| دیسپروزیم (Dy) | ۸۸ |
| بیسموتید منگنز (MnBi) | ۶۳۰ |
| آنتی آمید منگنز (MnSb) | ۵۸۷ |
| کروم (IV) اکسید (CRO 2) | ۳۸۶ |
| آرسنید منگنز (MnAs) | ۳۱۸ |
| اکسید یوروپیوم (EuO) | ۶۹ |
| آهن(III) اکسید (Fe2O3) | ۹۴۸ |
| اکسید آهن(II,III)
(FeOFe2O3) |
۸۵۸ |
| NiO – Fe 2 O 3 | ۸۵۸ |
| CuO–Fe2O3 | ۷۲۸ |
| MgO–Fe2O3 | ۷۱۳ |
| MnO–Fe2O3 | ۵۷۳ |
| Yttrium iron garnet
(Y3Fe5O12) |
۵۶۰ |
| آهنرباهای نئودیمیوم | ۵۸۳–۶۷۳ |
| آلنیکو | ۹۷۳–۱۱۳۳ |
| آهنرباهای ساماریوم-کبالت | ۹۹۳–۱۰۷۳ |
| استرانس فریت | ۷۲۳ |
گشتاور مغناطیسی[ویرایش]
گشتاورهای مغناطیسی گشتاورهای دوقطبی دائمی درون یک اتم هستند که از حرکت زاویه ای و چرخش الکترون[۵] با رابطه μ l = el / 2m e بدست می‌آید، جایی که m e جرم یک الکترون است، μ l گشتاور مغناطیسی و l اندازه حرکت زاویه ای است؛ به این نسبت، نسبت ژیرومغناطیسی گفته می‌شود.
الکترونهای موجود در یک اتم ازطریق حرکت زاویه ای خود و حرکت مداری آنها در اطراف هسته به ایجاد گشتاور مغناطیسی کمک می‌کنند. گشتاور مغناطیسی حاصل از هسته بر خلاف گشتاور مغناطیسی الکترونها ناچیز است.[۶] بالارفتن دما منجر به ایجاد الکترونهای با انرژی بالاتر می‌شود که نظم و صف بندی دوقطبی‌ها را به هم می‌زند.
مواد فرومغناطیسی، پارامغناطیسی، فری مغناطیسی و ضدفرومغناطیسی دارای ساختارهای گشتاور مغناطیسی ذاتی متفاوتی هستند. در دمای کوری یک ماده، این خصوصیات تغییر می‌کنند. انتقال از ضد فرومغناطیسی به پارامغناطیسی (یا برعکس) در دمای نیل اتفاق می‌افتد، که مشابه دمای کوری است.
| پایین TC | بالای TC |
|---|---|
| فرومغناطیسی | ↔ پارامغناطیسی |
| فری مغناطیسی | ↔ پارامغناطیسی |
| آنتی فرومغناطیسی | ↔ پارامغناطیسی |
- جهت گیری از لحظات مغناطیسی در مواد
-
فرومغناطیس : گشتاورهای مغناطیسی در یک ماده فرومغناطیسی. گشتاورهای مغناطیسی در نبود میدان مغناطیسی خارجی ، منظم و هم اندازه هستند.
-
پارامغناطیس : گشتاورهای مغناطیسی در ماده پارامغناطیسی. گشتاورهای مغناطیسی در نبود میدان مغناطیسی خارجی نامنظم اند و در حضور میدان مغناطیسی خارجی منظم اند.
-
فری‌مغناطیس : گشتاورهای مغناطیسی در یک ماده فری‌مغناطیس. گشتاورها به طور متضاد هم‌ردیف بوده و به دلیل ساخته شدن از دو یون مختلف ، دارای اندازه‌های متفاوت هستند. این در صورت عدم وجود میدان مغناطیسی خارجی است.
-
آنتی‌فرومغناطیس : گشتاورهای مغناطیسی در ماده آنتی‌فرومغناطیسی. گشتاورها به طور متضاد هم‌ردیف بوده و بزرگی‌های یکسانی دارند. این در صورت عدم وجود میدان مغناطیسی خارجی است.
موادی با گشتاور مغناطیسی که در دمای کوری خواصشان تغییر می‌کند[ویرایش]
ساختارهای فرومغناطیسی، پارامغناطیسی، فری‌مغناطیسی و ضد فرومغناطیسی از گشتاورهای مغناطیسی ذاتی تشکیل شده‌اند. اگر تمام الکترونهای موجود در ساختار جفت شوند، این گشتاورها به دلیل چرخش‌ها و گشتاورهای زاویه‌ای مخالف از خنثی می‌شوند؛ بنابراین، حتی با یک میدان مغناطیسی کاربردی، این مواد دارای خواص مختلفی هستند و دمای کوری ندارند.[۷][۸]
پارامغناطیسی[ویرایش]
یک ماده فقط بالاتر از دمای کوری آن پارامغناطیس است. درغیاب میدان مغناطیسی خارجی مواد پارامغناطیسی خاصیت مغناطیسی ندارند و در حضور میدان خارجی این مواد دارای خاصیت مغناطیسی هستند. در غیاب میدان مغناطیسی خارجی، گشتاورهای مغناطیسی بی‌نظم هستند، یعنی اتمها نامتقارن و تراز نشده هستند. در حضور یک میدان مغناطیسی خارجی، گشتاورهای مغناطیسی به‌طور موقت با میدان خارجی موازی می‌شوند.[۹][۱۰] در حضور میدان خارجی اتمها متقارن و هم تراز هستند[۱۱] و گشتاورهای مغناطیسی در یک راستا قرار دارند که باعث ایجاد میدان مغناطیسی القایی می‌شود.[۱۲]
مواد پارامغناطیس، به میدان مغناطیسی خارجی واکنش نشان می‌دهند و که این واکنش به عنوان پذیرفتاری مغناطیسی شناخته می‌شود.[۷] پذیرفتاری مغناطیسی فقط برای مواد با گشتاورهای مغناطیسی بی نظم در دماهای بالاتر از دمای کوری اتفاق می‌افتد.[۱۳]
منابع پارامغناطیس (موادی که درجه حرارت کوری دارند) عبارتند از:[۱۴]
- تمام اتمهایی که الکترونهای جفت نشده دارند.
- اتمهایی که لایه‌های اکترونی درونی ناقص دارند.
- رادیکال‌های آزاد؛
- فلزات
در دماهای بالاتر از دمای کوری، اتمها برانگیخته می‌شوند و جهت چرخش اکترون‌ها تصادفی می‌شود[۸] اما در حضور یک میدان خارجی مجدداً منظم می‌شوند، یعنی مواد پارامغناطیس شوند. در دماهای پایین‌تر از دمای کوری،[۱۵] اتمها منظم اند و مواد فرومغناطیسی است.[۱۱] میدان مغناطیسی القایی مواد پارامغناطیسی در مقایسه با میدان مغناطیسی مواد فرومغناطیسی بسیار ضعیف است.
فرومغناطیسی[ویرایش]
مواد فقط در دماهای پایین‌تر از دمای کوری‌شان فرومغناطیس هستند. مواد فرومغناطیسی در صورت عدم وجود میدان مغناطیسی خارجی نیز خاصیت مغناطیسی دارند.
در غیاب میدان مغناطیسی خارجی، ماده دارای خاصیت مغناطیسی خودبخودی است که نتیجه گشتاورهای مغناطیسی مرتب شده‌است. یعنی، برای مواد فرومغناطیس، اتمها متقارن و در یک راستا قرار دارند و یک میدان مغناطیسی دائمی ایجاد می‌کنند.
فری‌مغناطیسی[ویرایش]
مواد فقط در دماهای کمتر از دمای کوری‌شان فری‌مغناطیسی هستند. مواد فری‌مغناطیسی در صورت عدم وجود میدان مغناطیسی خارجی دارای خاصیت مغناطیسی بوده و از دو یون مختلف تشکیل می‌شوند.[۱۶][۱۷]
در غیاب میدان مغناطیسی خارجی، این مواد خاصیت مغناطیسی خودبخودی دارند و این نتیجه گشتاورهای مغناطیسی مرتب شده‌است. یعنی، برای مواد فری‌مغناطیس گشتاورهای مغناطیسی یک یون در یک جهت با بزرگی مشخص تراز می‌شوند و گشتاورهای مغناطیسی یون دیگر در جهت مخالف با بزرگی متفاوت تراز می‌شوند. از آنجا که گشتاورهای مغناطیسی در جهات متفاوت اندازهٔ متفاوت دارند، باز هم یک مغناطیس خود به خودی بوجود می‌آید و یک میدان مغناطیسی نیز وجود دارد.[۱۷]
در مواد فری‌مغناطیس در زیر دمای کوری، اتمها و گشتاورهای مغناطیسی هر یون منظم قرار می‌گیرند و باعث ایجاد خاصیت مغناطیسی خودبخودی می‌شوند. بالاتر از دمای کوری، مواد پارامغناطیسی هستند زیرا اتمها گشتاورهای مغناطیسی مرتب شده خود را از دست می‌دهند و ماده تحت گذار فازی قرار می‌گیرد.[۱۷]
آنتی‌فرومغناطیس و دمای نیل[ویرایش]
مواد فقط در دماهای پایین‌تر از دمای نیل انتی‌فرومغناطیس هستند. مانند دمای کوری، در بالاتر از دمای نیل نیز ماده تحت گذار فازی قرار می‌گیرد و پارامغناطیس می‌شود.
این ماده دارای گشتاورهای مغناطیسی برابر با جهت‌های مخالف است و در نتیجه یک گشتاور مغناطیسی صفر و مغناطیس خالص صفر در کلیه دماهای زیر دمای نیل حاصل می‌شود. مواد آنتی‌فرومغناطیس در حضور یا غیاب میدان مغناطیسی خارجی، از نظر مغناطیسی ضعیف هستند.
قانون کوری - ویس از قانون کوری مشتق می‌شود:
This article "Curie temperature" is from Wikipedia. The list of its authors can be seen in its historical and/or the page Edithistory:Curie temperature. Articles copied from Draft Namespace on Wikipedia could be seen on the Draft Namespace of Wikipedia and not main one.
- ↑ Pierre Curie – Biography
- ↑ Buschow 2001
- ↑ Jullien & Guinier 1989
- ↑ Kittel 1986
- ↑ Hall & Hook 1994
- ↑ Jullien & Guinier 1989
- ↑ ۷٫۰ ۷٫۱ Ibach & Lüth 2009
- ↑ ۸٫۰ ۸٫۱ Levy 1968
- ↑ Dekker 1958
- ↑ Levy 1968
- ↑ ۱۱٫۰ ۱۱٫۱ Fan 1987
- ↑ Dekker 1958
- ↑ Mendelssohn 1977
- ↑ Levy 1968
- ↑ Cusack 1958
- ↑ Jullien & Guinier 1989
- ↑ ۱۷٫۰ ۱۷٫۱ ۱۷٫۲ Jullien & Guinier 1989
- ↑ Levy 1968
