Магниты теряют свой магнетизм?

Второй закон термодинамики — о возрастающей энтропии — о котором, по-видимому, вы и говорите — справедлив для любой системы. Постоянные магниты не являются исключением.

Ферромагнетик может выглядеть «более упорядоченным», чем немагнитный материал, потому что спины ориентированы в одном направлении, а не в случайном направлении. Но физические системы могут пытаться максимизировать свою энтропию только среди конфигураций, которые сохраняют энергию (так же, как импульс, заряд и другие сохраняющиеся величины). Для ферромагнетиков конфигурация со спинами, ориентированными в случайных направлениях, будет иметь гораздо более высокую энергию, потому что можно уменьшить энергию, ориентируя спины, элементарные магниты, в одном и том же направлении.

Так что самопроизвольное исчезновение однородного спина электронов нарушило бы закон сохранения энергии.

Среди конфигураций с одинаковой энергией магнит все же пытается максимизировать свою энтропию. В частности, происходит перетекание тепла от более теплых частей материала к более холодным и так далее. В более общем смысле энтропия никогда не уменьшается, и это единственное общее утверждение, которое следует из второго начала термодинамики.

Ферромагнетики не являются особыми среди физических объектов, которые могли бы иметь более высокую энтропию, если бы вы позволили энергии увеличиться. Например, любой объект повысит свою энтропию — количество беспорядка — если его температура увеличится. Но более высокая температура требует и более высокой энергии. Нельзя нарушать первый закон термодинамики (сохранение энергии) только потому, что это упростит выполнение второго закона. Оба они сохраняются в Природе.

Энтропия имеет мало общего с магнитами, теряющими свою намагниченность. Проблема в том, что магниты хранят большое количество энергии в своих магнитных полях. Это обычно описывается как энергия размагничивающего поля , и это просто еще один способ обозначить магнитную связь отдельных магнитных диполей ( не обменную связь, а просто классическое диполь-дипольное взаимодействие).

Магнитный материал может снизить эту энергию, приняв магнитную конфигурацию, которая сводит к минимуму магнитные заряды (т.е. магнитные полюса). Он делает это, перемещая свои доменные стенки таким образом, что общий магнитный момент снижается. У хорошего магнита много кристаллографических дефектов, которые прикалывают стенки. Однако, если температура достаточно высока, и если вы ждете достаточно долго, стены в конечном итоге «расползутся». Это называется «магнитным последействием» и дает характерное изменение намагниченности, линейное по$\log(t)$. Такое поведение можно объяснить тем, что доменные стенки сталкиваются с очень широким распределением энергетических барьеров.

Предполагается, что хорошие постоянные магниты демонстрируют очень небольшое магнитное последействие. В качестве особого случая однодоменные магниты представляют собой тип наномагнетиков, которые вообще не проявляют этого последействия просто потому, что у них нет жутких доменных стенок, поскольку они стоили бы слишком много обменной энергии. Однако совокупность таких частиц может потерять свою намагниченность из-за переключения отдельных частиц с одной магнитной ориентации на другую. Это называется суперпарамагнетизмом и является препятствием для увеличения битовой плотности в магнитных накопителях (например, на жестких дисках).

Изменить :

Есть некоторые свидетельства того, что размагничивание магнита обусловлено его дипольной энергией, а не энтропией. Во-первых, это конструкция Ван ден Берга (см., например, книгу « Принципы наномагнетизма » Альберто Пассоса Гимарайнша). Это геометрический способ предсказания магнитной конфигурации, который минимизирует дипольную энергию в плоском магните. Предсказанные конфигурации действительно наблюдались на образцах реального микронного размера при визуализации с помощью MFM , Kerr или XMCD.. Если бы стены были движимы стремлением максимизировать свою энтропию, то можно было бы увидеть, как они беспорядочно блуждают по всей выборке. Вместо этого на мягких образцах можно увидеть, что они принимают точную конфигурацию, которая, как было предсказано, минимизирует магнитную дипольную энергию.

Другим свидетельством является числовая микромагнетика . Это искусство численного предсказания магнитной конфигурации микроструктур. Прогнозы сделаны путем минимизации общей магнитной энергии (суммы диполярной, зеемановской, анизотропии и обмена) с небольшим учетом энтропии. Тот факт, что численный микромагнетизм может быть весьма успешным, свидетельствует о том, что энергия важнее энтропии в поведении магнетиков.

С другой стороны, если рассматривать разбавленную совокупность магнитных наночастиц, близкую к температуре их блокировки , то размагничивание сборки на самом деле управляется энтропией. Только когда наночастицы подходят достаточно близко друг к другу, их энергия взаимодействия начинает играть существенную роль.

В материале с общей намагниченностью домены выровнены и находятся в более высоком энергетическом состоянии, чем если бы они не были выровнены. Второй закон термодинамики гласит, что поскольку существует гораздо больше состояний, в которых домены не выровнены (или «упорядочены»); гораздо более вероятно, что материал переходит в состояние с невыровненными доменами (или «менее упорядоченным»). Однако жизнь не так проста. Существует конечная, часто чрезвычайно длительная задержка перехода в менее упорядоченное состояние из-за «заедания» кристаллической решетки.