居里-外斯定律

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居里-外斯定律

居里-外斯定律是物理學中電磁學主題下的一條重要定律。居里-外斯定律指出，鐵磁材料的磁化率在鐵磁體的順磁區大於居里溫度點。

透過此特性，物體的磁矩決定了磁鐵響應外部磁場存在時的扭矩。在高於居里溫度的磁性物質中，磁矩是隨機取向的，確定淨磁極化或磁化強度等於零。

例如，磁矩包括電流環、條形磁鐵、電子或分子。

圖片即將推出

磁化強度或磁極化強度意味著磁性材料在向量場中感應或永久磁矩的密度。由電子自旋、原子核自旋或原子中的遷移率產生的微小電流會導致磁矩的形成。

淨磁化強度由材料響應外部磁場決定。有時它甚至可以在沒有外部磁場的情況下存在。此類材料的示例是冷鐵作為自發磁化。還有一些其他材料具有相應的特性，例如鎳和磁鐵礦，它們被稱為鐵磁體。

鐵磁性物質轉變為順磁性的溫度稱為居里溫度。

居里是什麼意思？

放射性由居里為單位測量。一個居里 (Ci) 的值等於 3.7 × 10¹⁰ 次衰變/秒。磁鐵改變其磁特性的溫度點稱為居里溫度。居里溫度和居里點都源自居里。

居里-外斯定律公式

居里-外斯定律的表示式或公式如下所示

X = C / (T - Tc)

其中，

C 是特定材料的居里常數，

T 是絕對溫度，

Tc 是居里溫度

磁矩始終取決於外部場中的磁性材料。磁矩是磁場材料與材料絕對溫度之間的關係。

居里-外斯定律的侷限性

居里-外斯定律有許多假設和推論來計算其磁化率。讓我們處理居里-外斯公式的可信度，它可以寫成

$$\mathrm{X\:\sim\:1/(T-Tc)y}$$

其中，T > Tc 為真，但如果用溫度替換居里溫度 Tc，則會得到高於居里溫度 Tc 的值，這是錯誤的。

然而，無論存在侷限性，這都是廣泛使用的公式。

外斯定律和鐵磁性

在沒有施加磁場的情況下，物質中出現自發磁化，則會發生鐵磁性。鐵磁體的最常見例子是鐵、鈷和鎳，以及一些具有鐵磁特性的合金。當分子中的磁矩按正確的順序排列時，就會發生鐵磁性。

為了使鐵磁性明顯，應達到鐵磁轉變溫度（閾值溫度）；對於鐵、鈷、Gd 等材料，該溫度可能高於 1000K。當原子磁偶極子指向相反方向時，這種鐵磁轉變溫度在沒有外部場的情況下發生。

例如，在鐵中，磁矩是由原子核外層電子自旋引起的。泡利不相容原理指出，兩個電子不會在同一位置以相同的方向自旋。這會導致兩個電子之間出現不合理的排斥。相反方向自旋的電子會與磁極化產生吸引相互作用。由於相反方向自旋的電子中存在吸引力，因此鐵中的原子可以彼此對齊。這可以表述如下

有效的分子場 Hint，它依賴於交換力的影響下磁化強度 M 的大小；

Hint = M     --------------公式 (2)

磁化強度 (M) 可以用另一種方式寫成磁化率的總和和乘積。

${\chi p\:\backslash s(H+\lambda M)=M}$      --------------- 公式 (3)

該方程公式是居里-外斯定律方程的基本思想。

圖片即將推出

一些鐵磁性物質的居里溫度

一些鐵磁性物質的居里溫度為

• 鐵 (Fe) 的居里溫度 (Tc) 為 1,043K。

• 釓 (Gd) 的居里溫度 (Tc) 為 293K。

• 鎳 (Ni) 的居里溫度 (Tc) 為 631K。

結論

居里-外斯定律是電磁學中的重要定律，其定義為，在順磁區，磁化率大於鐵磁體的居里溫度 (Tc) 點。此溫度是順磁場位置處鐵磁化合物的溫度。

在沒有施加磁場的情況下，物質中出現自發磁化，稱為鐵磁性。

$${\chi p\:\backslash s(H+\lambda M)=M}$$

此公式是推導居里-外斯定律方程的基本步驟。

常見問題

問題 1. 居里的常數值是多少？

答案。居里的常數值為 1.3047K

問題 2. 我們如何計算居里？

答案。居里可以透過每秒衰變率除以 3.7 x 10¹⁰ 來計算，結果等於 1 居里。

問題 3. 居里溫度和居里-外斯溫度之間有什麼區別？

答案。居里溫度 (Tc) 是材料磁化率激增的溫度。

$\mathrm{\chi = C/T - Tc}$ 和 $\mathrm{T \sim Tc}$

另一方面，居里-外斯溫度適用於 T >> T0，並且對於居里溫度的一級轉變接近 T0。

問題 4. 與鐵電居里-外斯定律匹配的有效溫度範圍是多少？

答案。在鐵電材料中，ε 的溫度依賴性可以透過居里-外斯精確地表示如下

$\mathrm{-\varepsilon = \varepsilon 0 +C/(T - T0)}$

其中，

C 是居里常數，T0 是居里-外斯溫度；通常，它與居里溫度 (Tc) 不同

${\varepsilon}$ 當達到 T0 時達到峰值

在鐵電材料中，Tc= T0，相變為二級，而在一級中，Tc 和 T0 的差異非常大

問題 5. 哪些材料遵循居里-外斯定律？

答案。與鐵具有鐵磁特性的材料，如鎳和磁鐵礦，稱為鐵磁體。材料的居里溫度各不相同，低於閾值溫度。