Az anyagok mágneses tulajdonságai

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Az anyagok mágneses tulajdonságai"

Laura Nemes
7 évvel ezelőtt
Látták:

1 Az anyagok mágneses tulajdonságai Alkalmazási területek Jelentőségük (lágy: n*0 6 tonna/év, kemény: n*0 3 tonna/év) Ókori Kína ( II.sz.) Iránytű 880 Martenzites állandómágnes 900 Fe - Si ötvözet 93 Fe - Ni ötvözet 935 Első mágnesszalag 946 Ferritek megjelenése 966 Ritkaföldfém - kobalt keménymágnesek 975 Irányított Mn-Al-C keménymágnesek 967 SmCo 976 Fémüveg 984 FeNd 99 FINEMET 999 NANOPERM Nanokrist., HGO, 6,3%Si Mágneses alapjelenségek Magnetite (Fe 3 O 4 ), Ókori Magnesia mágnes Mágneses pólusok (É, D), vonzás, taszítás, iránytű Pólusok nem szétválaszthatók, influencia Mágneses és nem mágneses anyagok Felmágnesezés, termikus lemágnesezés W. Gilbert: On the magnet (600) H.C. Oersted: elektromágnes (80) Maxwell egyenletek teljes rendszere δd rot H J + δt δ rot E δt Gerjesztési törvény Indukció törvény Térjellemzők tulajdonságai : örvényes, forrásmentes H: örvényes, forrásos div 0 Mágneses indukcióvonalak zártak valódi mágneses töltések nincsenek. D: örvényes, forrásos E: örvénymentes, forrásos div D ρ Elektrosztatika Gauss tétele Villamos töltés térbeli sűrűsége Villamos töltések vannak és az eltolási vonalak ezeken indulnak ill. végződnek. 3 4

2 Mágneses térjellemzők alapvető tulajdonságai. A vonalak mindig folyamatosak, soha nem szakadnak meg. (Zárt görbék.). Ha a mágneses teret áram hozza létre a H vonalak folytonosak. (Zárt görbék.) Ha a mágneses teret pólusok hozzák létre a H vonalak az Északi póluson erednek és a Délin végződnek. 5 H M κh V + κ Mágneses tér anyag kölcsönhatás leírása H H + M ) r 0 r 0 ( Pi P V Mágneses permeabilitás Mágneses szuszceptibilitás (érzékenység) 0 4π 0 Vs T m A H m 7 Vs Am 6 Mágneses térjellemzők törési törvényei n n t t A normális komponense folyamatosan megy át. H, elvi mérése Az anyag belsejében. Mágneskörben. H t n H t H H n tanα tanα A H tangenciális komponense folyamatosan megy át. H-ra és -re egyaránt. H 7 8

3 Mágneses dipólusmomentum P m ml P m I A τ W p + konst F p p m m m d dx Homogén mágneses térben momentumra erő nem hat csak nyomaték. Momentum energiája csökken ha térirányba áll be. Egymással igyekeznek párhuzamosra Mágneses tulajdonságok eredete Egyedi elemi részecskék mágneses tulajdonságai Szabad atomok mágn. tulajdonságai saját (spin) mágn. momentum (elektron, proton, neutron) pályamomentum Atomi (spin) mágn. momentum, s héj ohr magneton etöltött héjak spin momentuma zéro. qh qh 4 π m m Szilárd testek Pályamomentumok kompenzálják egymást (befagynak) Csak a részlegesen betöltött héjak spínmomentumait kell számításba venni. beállni. 9 0 Mágneses anyagok csoportosítása Gyengén mágneses anyagok Dia (lezárt elektronhéj) κ<0( 0-5 ) Univerzális tulajd. (Si, Cu, Zn, Ag. Cd, Au ) Para (legalább egy páratlan elektron) κ>0( ) (Mg, Al, Ti, W ) Antimágnes Rendezett mágneses szerkezetű anyagok Szilárd test mágneses momentuma: a párosítatlan spínű elektronok spínmomentumainak eredője. (3d, 4f héj telítetlen, doménszerkezet) qh qh 4 π m m Fe: s s p 6 3s 3p 6 3d 6 4s 4 ohr magneton Co: s s p 6 3s 3p 6 3d 7 4s 3 ohr magneton Ni: s s p 6 3s 3p 6 3d 8 4s ohr magneton Mágnesezési görbék Ferro (Fe, Co, Ni, Gd), ötvözetek, Heussler (Mn, Cr) Antiferro (Cr, Mn) Ferri (Fe 3 O 4, CrO, ErO )

4 Dia Para Mágneses tulajdonságok hőmérsékletfüggése (fázisátalakulás nélkül) χ 0 T M npa C χ H 3kT T C χ T Θ χ np W a F np kt a F Nem vezető elektonok Maxwell-oltzmann Curie-törvény Curie-Weiss Vezető elektronok Fermi-Dirac 3 Hőmérsékletfüggés (ferro) S H C Ferromágnes Antiferro mágneses K T C T Curie-hőmérséklet Néel-hőmérséklet Reverzibilis, végtelenszer ismételhető Hőmérséklet érzékelők, tűzjelzők, forrasztó páka 4 M M M Hőmérsékletfüggés (ferri) T K Néhány anyag Curie hőmérséklete (K) Fe 043 Co 388 Ni 67 Az egyes "alrácsok" Gd 93 T Curie-hőmérséklete és Dy 85 T C ezek mágnesezettség Crr 3 37 járuléka egymástól Au MnAl 00 eltérő. Cu MnAl 630 T Cu MnIn 500 T EuO 77 C Data from F. Keffer, Handbuch der Physik, EuS 6.5 8, pt., New York: Springer-Verlag, 966 MnAs 38 and P. Heller, Rep. Progr. Phys., 30, (pt II), 73 (967) Mni 670 T GdCl 3. T C Fe 05 Kompenzációs hőmérséklet 5 Mn 578 6

5 Klasszikus mágneses paraméterek mérése Hiszterézis görbéből származtatott jellemzők Első mágnesezési (szűz) görbe, dinamikus középgörbe M(H) és (H) hiszterézis görbék első, mellék hiszerézis. Telítés!!! (Hol?) Telítési indukció ( M ), Remanens indukció ( R ), Koercitív erő (H c ) Permeabilitások ( r ): kezdő, maximális, differenciális, növekményes (irreverzibilis) Irreverzibilis és reverzibilis komponens 7 Jósági szám (H) max, négyszögletességi tényező R/ / M stb

6 Mágnesezési veszteség (doménfalmozgás, örvényáram, dielektromos, ) Mágneses _ tér _ energiasűnűsége : w H W W Hd Hd Hiszterézis M, R, H C, T c összetétel, technológiai hatások Kicserélődési energia Pauling-Slater görbe Maximum 70Fe - 30Co (Permendur) (,4 ohr magneton/atom, M,45 T) M és T C : csak a kémiai összetételtől függ (szerkezetérzéketlen) (ohr magnetonok térfogategységenkénti száma) Alakítás hatására: (szerkezetérzékeny) H C növekszik Dipol - dipol kölcsönhatás (/000, nagyon gyenge) Weiss H m λ M Heisenberg, Dirac (96) Kicserélődési energia: két elektron között a Coulomb energián kívül fellépő, a spínállástól függő energiajárulék. Csak kvantummechanikailag értelmezhető. Felelős a momentumok párhuzamosra fordításáért. R csökken 3 4

7 ethe Antiferro-mágneses Ferrit - Ausztenit, 8/8 korrózióálló acél Heussler-ötvözetek (Mn, Cr) Mni, MnAl, MnAlC (szilárd oldat, nagy atomátmérő) Indirekt kicserélődés (O, S közvetítő atomok). Ferritek. 5 Domén szerkezet Weiss (907) Domén: telítésig mágnesezett tartomány, ahol minden momentum párhuzamosan áll. itter (93) Faraday, Kerr effektusok (magneto-optikai jelenségek) TEM, SEM technikák elemi momentum, méret: cm Mi határozza meg a domének méretét? 6 Magnetostrikció, magnetoelaszticitás Mágneses tér hatására történő méretváltozás. λ a telítéshez tartozó érték ( ) H λ λ térfogati lineáris V V l l Mágneses anizotrópia energia Könnyű és nehéz mágnesezési irányok. Görbék alatti területek különbsége. λ 0 λ > 0 λ < 0 Fe λ >0, Ni λ<0 ultrahang generátor Pl: m hosszú λ Méretvátozás: 0, mm transzformátor zúgása 7 8

8 Mi határozza meg a doménfalak vastagságát? Domén fal vastagsága: rácsállandó E doménfal E kicserélődési (/d) + E anizotrópia (d) Doménfal vastagság [nm] Doménfal vastagság rácsállandó egységekben Fe Co Ni A kicserélődési E párhuzamosra, az anizotrópia E a könnyű irányok valamelyikébe akarja fordítani a momentumokat. 9 Mi határozza meg a domének orientációját? Egyensúlyi állapotban, a domének mágnesezettsége valamelyik könnyű mágnesezési irányba mutat. doménfalak típusai Fe [00] 90 és 80 Ni [] 70,53 és 09,47 30 Az átmágneseződési folyamat kinetikája Falmozgás reverzibilis irreverzibilis (irány mindig KI) Forgás inkoherens koherens (irány eltér a KI-tól) 3 arkhausen-zaj Mágnesezés mechanizmusa:. reverzibilis doménfalmozgás. irreverzibilis doménfalmozgás, doménfalak ugrásszerű mozgása arkhausen-zaj (kvázi-sztohasztikus zaj) 3. inkoherens forgás 4. koherens forgás Sixtus & Tonks (Phys. Rev. 4, p.439, 94), 4%Ni-86%Fe, Oe 50 m/s d/dt nagy jól mérhető effektus 3

9 H c arkhausen-zaj függ : mechanikai feszültségi állapot szövet- ill. diszlokációs szerkezet Irreversible domain wall displacement ranges. Vizsgálati (roncsolásmentes) módszer 975-től H. arkhausen, Phys. Rev. 0, p.40, 99. arkhausen-zaj Mágneses (csak a nem 80 -os DF mozg. érzékeny) Akusztikus (érzékeny minden DF elmozdulásra) 33

Hasonló dokumentumok

Mágneses tér anyag kölcsönhatás leírása

Anyagszerkezettan és anyagvizsgálat 2012/13 Mágneses anyagok Dr. Szabó Péter János szpj@eik.bme.hu Mágneses tér anyag kölcsönhatás leírása B = µ H B = µ µ H = µ H + M ) 0 r 0 ( 1 1 M = κh = Pi = P V V