Curie-hőmérséklet

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Curie-hőmérséklet felett megszűnik a rendezettség, paramágnesessé válik az anyag

Curie-hőmérsékletnek (Tc) nevezik azt a hőmérsékletet, amely felett a ferro- és ferrimágneses anyagok hevítés hatására paramágnesessé válnak. A jelenség reverzibilis. Ez termodinamikai szempontból másodrendű fázisátalakulás, azaz folyamatos, és nem jár hőhatással. A Curie-hőmérsékleten a mágneses szuszceptibilitás értéke elméletileg végtelenné válik. A jelenséget Pierre Curie francia fizikus fedezte fel 1895-ben.[1] Az ennek megfelelő fázisátalakulás az antiferromágneses anyagoknál a Néel-hőmérsékleten történik meg.

Ferro- és ferrimágneses anyagok Curie-hőmérséklete[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Ferromágneses elemek Curie-hőmérséklete
Tc
vas 770 °C
kobalt 1130 °C
nikkel 358 °C
gadolínium 19,3 °C
terbium 219 K[2]
diszprózium 85 K[2]
holmium 20 K
erbium 32 K
túlium 25 K
Ferro- és ferrimágneses vegyületek Curie-hőmérséklete
Tc
vas(III)-oxid Fe2O3 622 °C
magnetit Fe3O4 578 °C[3]
SmCo5 720 °C
NdFeB 583 °C
Alnico AlxNiyCoz 800-860 °C
Au2MnAl 200 K
gadolínium(III)-klorid GdCl3 2.2 K
vas-borid Fe2B 1015 K
ittrium-vas-gránát Y3Fe2(FeO4)3 550 K

Curie-hőmérséklet alatti ferromágneses anyagnál az elemi mágneses dipólusok egymáshoz párhuzamosan, egyirányba rendezett állapotban vannak. Ferrimágneses anyagnál a rendezettség ugyan párhuzamos, de bennük két alrács váltakozik, amelyekben az elemi mágneses momentumok ellentétesen állnak. Ilyen anyag például a magnetit. A hőmérséklet növelésével a rendezettség csökken, a Curie-hőmérsékletet átlépve a rendezettség megszűnik, az anyag elveszíti mágneses tulajdonságát.

Ferrimágneses rendezettség
Ferromágneses rendezettség

Piezoelektromos anyagok Curie-hőmérséklete[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Piezokerámia perovszkit-típusú elemi cellája. Curie-hőmérséklet alatt elektromos dipólussá válik

Ezek az anyagok a Curie-hőmérsékletük fölé melegítve elveszítik spontán polarizációjukat és piezoelektromos tulajdonságukat. Az egyik legismertebb ilyen anyag az ólom-cirkonát-titanát, Tc alatt tetragonális, az elemi cella központi kationja (Zr4+ vagy Ti4+) nem a cella szimmetriacentrumában helyezkedik el, ami dipólusmomentumot eredményez. A vegyületet melegítve a Curie-hőmérsékletét elérvén tércentrált köbös kristályszerkezetű módosulattá alakul át, amelynek már nincs dipólusmomentuma, így a piezoelektromos tulajdonsága is megszűnik.

Ferroelektromos vegyületek Curie-hőmérséklete[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Ferroelektromos polarizáció külső elektromos mező függvényében

Azokat az anyagokat nevezzük ferroelektromosnak, amelyek spontán elektromos polarizációval rendelkeznek, aminek iránya külső elektromos mező hatására megváltoztatható. Ferroelektromos anyagok a Curie-hőmérsékletük felett elveszítik elektromos polarizációjuk rendezettségét, paraelektromossá válnak.

Ferroelektromos anyagok Curie-hőmérséklete
Tc
Seignette-só KNaC4H4O6·4 H2O 255 K, 297 K[4]
ólom-titanát PbTiO3 490 °C
bárium-titanát BaTiO3 120 °C[5]

Antiferroelektromos anyagok Curie-hőmérséklete[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Antiferroelektromos rendeződés

A jelenség analóg az antiferromágneses-paramágneses fázisátmenettel. Az antiferroelektromos anyagok melegítés hatására szintén elveszítik rendezettségüket, és paraelektromossá válnak. Az antiferromágneses anyagoktól eltérően azonban ezt a pontot nem Néel-hőmérsékletnek, hanem antiferroelektromos anyagok Curie-hőmérsékletének nevezik.

Antiferroelektromos anyagok Curie-hőmérséklete[6]
Tc
PbZrO3 233 °C
NaNbO3 638 °C
NH4H2PO4 -125 °C


Curie-hőmérséklettel kapcsolatos fogalmak, jelenségek és alkalmazások[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Curie-mélység[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Kiss János és munkatársai cikkéből[3] idézve: "Az erősen mágneses anyagok — közöttük azok a kőzetek, amelyekben ezek az ásványok jelen vannak a földkéregben— csak addig a mélységig kutathatók, amíg a litoszférában a kőzetek hőmérséklete el nem éri a Curie-hőmérsékletet, mert ott a ferromágneses anyagok átalakulnak és paramágnesessé válnak. A földtani kutatásban fontos annak ismerete, hogy milyen mélységig tudunk a földmágneses anomáliák értelmezése során hatókat kijelölni. Ez a mélység a Curie-hőmérsékletnek megfelelő mélység, azaz a Curie-mélység, vagy az ún. Curie-izoterma."

Paleomágneses jelenség[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A Curie-hőmérséklet alá hűlve az ásványok mágnesezhető összetevői a föld mágneses tere hatására mágneseződnek, így rögzül a kőzetben a föld mágneses terének aktuális iránya, mágnesezettségének nagysága arányos lesz az akkori mágneses tér nagyságával. Ezt termoremanens mágnesezettségnek nevezik. Segítségével ki lehet következtetni, hogy a lemeztektonikai mozgások honnan sodortak egy kőzetet a jelenlegi helyére. Üledékes remanens mágnesesség jöhet létre, ha folyó hordalékából a mágnesezhető részek rendezetten ülepednek ki, és keletkezik belőlük másodlagos kőzet, amely a termoremanens esethez hasonlóan megőrzi a mágneses tér említett paramétereit.

Magneto-optikai adattárolás[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Magneto-optikai lemezre lézert és elektromágnest egyszerre használva lehet adatot tárolni. A lézer a lemez pontjait a ferromágneses anyag Curie-hőmérséklete fölé hevíti, mialatt az elektromágnes a mágneses tér irányának ide-oda változtatásával tárolja az 1 vagy 0 értékeket. Olvasáskor a lézer kisebb intenzitással működik, és polarizált fényt bocsát ki. A visszavert fény intenzitása a magnetooptikai Kerr-hatás miatt eltér attól függően, hogy milyen mágneses polarizáltságú -nullát vagy egyest tároló- pontról verődik vissza.

Jegyzetek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  1. Pierre Curie. Journal de physique, tome IV, p.197 et 263 (1895)
  2. ^ a b Jackson, Mike (2000.). „Wherefore Gadolinium? Magnetism of the Rare Earths” (PDF). IRM Quarterly 10 (3), 6. o, Kiadó: Institute for Rock Magnetism.  
  3. ^ a b Kiss J., Szarka, L., Prácser E., A Curie-hőmérsékleti fázisátalakulás geofizikai következményei, Magyar Geofizika 46. évf. 3. szám
  4. K. Hołderna-Matuszkiewicz, On the dielectric properties of Rochelle salt under hydrostatic pressure and near the upper Curie point, physica status solidi (a) Volume 53, Issue 1, pages K85–K89, 16 May 1979
  5. Wadhawan, Vinod K.. Introduction to ferroic materials. CRC Press, 740. o (2000). ISBN 9789056992866 
  6. S. O. Pillai, Solid State Physics, p.662 ISBN:82-224-1682-9

Kapcsolódó szócikkek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]