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Appendix.
【磁性の基礎】
(1)磁性の分類[:表3参照]
:原子固有の不対電子*)のスピン(電子の自転)による磁気モ-メントの配列の
仕方で、磁性は分類される
*)不対電子を有する原子・・・遷移金属[:表4参照]
↓
『磁性現象を示す原子』
①常磁性 :不対電子による磁気モ-メントがバラバラの方向をとるもの
②反強磁性 :2つの磁気モ-メントが、完全に正・負を打消すように配列
③フェリ磁性:反強磁性と同じ配列をするが、2つの磁気モ-メント間に大きさの
差があり、ある方向に強い磁性を示す
④強磁性 :全ての磁気モ-メントが外部磁場によって完全に1つの方向に揃い、
強い磁性を示す(→“実用的な磁性”)
表3
磁性の分類
常磁性
強磁性
常磁性
反強磁性
フェリ磁性
負(磁場よりは 磁場にかられる 常磁性の一種 常磁性の一種 強く磁場にひ
特
強磁性に似る きつけられる
じき出される) 温度係数負
性
温度係数負
温度変化なし
物質のもつ電子不対電子のもつ 磁気モーメント 磁気モーメント 物質の中に磁
の軌道運動の 磁気モーメント が相互に打ち消 が反平行に配向気モーメントを
外部磁場による の磁場による配 し合う形で配向 しているがその そろえた磁区が
起
歳差運動
向および自由電 している
モーメントに差 あり、それが磁
因
子の磁気モーメ
があり強い常磁 場で一方向に
ントの配向
性を示す
配向する
(Pauli 常磁性)
分類
モ
デ
ル
反磁性
(2)強磁性体の特徴
:外部磁場に対し、特有の磁化挙動を呈する
↓
“磁化曲線=ヒステリシス曲線”[:図5参照]
・・・強磁性体の単位体積当りの磁化の大きさMの外部磁場Hによる変化を示す
磁化M:原子の孤立電子(不対電子)によって発生する磁気モ-メントの総和
(結晶を構成する不対電子を有する全原子の和)
磁場H:外部より印加する磁場
◎強磁性体の磁化過程
①:最初の状態(H=0,M=0)
②:初磁化過程
(χr:磁化率,MS:飽和磁化)
③:外部磁場を取りさった状態
(Mr:残留磁化(H=0))
④:-HCの磁場でで強磁性体の磁化
は完全にゼロになる(Hc:保磁
力)
⑤:②とは反対方向に飽和磁化した状
態
⑥:③とは反対方向に生じた残留磁化
⑦:④とは反対方向のHc
⑧:②と同一方向への飽和磁化状態
図5 ヒステリシス曲線(M-H曲線) [・・・ヒステリシス曲線は閉じる]
注)χr:強磁性体に磁場を印加した時の最初の傾き[・・・磁化率χr=M/H]
MS:強磁性体内の全ての磁気モ-メントが印加磁場(外部磁場)方向に配列し
た時に生じる磁化[・・・飽和磁化]
Mr:飽和磁化状態にある強磁性体に逆方向の磁場を印加し、H=0で強磁性中
に残存する磁化[・・・残留磁化]
Hc:強磁性体中に残存したMrを消すために必要な過剰な磁場
(2)磁性材料(強磁性体材料)の実用的分類[:図6参照]
①軟磁性材料(ソフト磁性材料)
・・・保磁力Hcが小さく、磁化率χrが大きい(:M/Hが大きい)材料
ex.磁気ヘッド,トランス用磁芯材料
②硬磁性材料(ハ-ド磁性材料)
・・・保磁力Hcが大きく、かつ飽和磁化MS,残留磁化Mrが共に大きい材料
ex.永久磁石材料
③半硬磁性材料(セミ・ハ-ド磁性材料)
・・・①と②の中間的性質を示す磁性材料
ex.磁気記録用材料:磁気テ-プ材料,磁気ディスク材料,垂直磁気
記録材料,光磁気記録材料
B:磁束密度[単位:Gauss]
(強磁性体中の磁化の大きさMと
外部磁場Hの両者を合せた物理量)
図6 磁性材料とB-Hヒステリシス曲線
①磁芯材料,②永久磁石材料,③磁気記録材料
光通信用ガラスファイバー[:SiO2(石英ガラス)製ファイバー]
※石英ガラス(SiO2)
・・・可視光(人間が目で見ることができる波長の光)を最も良く伝える固体
[概要]:①直径20μm
②1本の光ファイバーで電話1万本の回線を通す
③光信号(デジタル信号)により、1秒間に1億個の信号を送信する
[要求特性]:光の減衰率が1デシベル(dB)以下のSiO2
=
光がガラス中を1㎞伝播することによって、1/1に減衰するとき
1デシベル(dB)とする=“1㎞での減衰率がゼロ”
[光ファイバーの構造(:図22参照)]
・・・中心部コア:(Si(+Ge)O2
・・・外筒部クラッド:(SiO2)
↓
コアの屈折率がクラッドよりも高いため、コアに入った光はクラッドとの境界部で
全反射を繰り返し、外部に光がもれないでファイバー中を伝播する
図22 光ファイバーの光の伝わり方
[製造法]:原料ガス(SiCl4(四塩化ケイ素)+GeCl4(四塩化ゲルマニウム)+O2+H2)
を石英ガラスチューブ中で燃焼
↓
原料ガス中からSi(+Ge)O2の析出
↓
石英ガラスチューブごと加熱して引き伸ばす