Mágneses tér anyag kölcsönhatás leírása



Hasonló dokumentumok
Mágneses tér anyag kölcsönhatás leírása

Anyagszerkezettan és anyagvizsgálat 2015/16. Mágneses anyagok. Dr. Szabó Péter János

Mágneses tulajdonságok

Az anyagok mágneses tulajdonságai

Anyagtudomány MÁGNESES ANYAGOK GERZSON MIKLÓS

N I. 02 B. Mágneses anyagvizsgálat G ép A mérés dátuma: A mérés eszközei: A mérés menetének leírása:

Szilárdtestek mágnessége. Mágnesesen rendezett szilárdtestek

Optikai alapfogalmak. Az elektromágneses spektrum. n = c vákuum /c közeg. Fény: transzverzális elektromágneses hullám. (n 1 n 2 ) 2 R= (n 1 + n 2 ) 2

Az elektromágneses tér energiája

Az anyagok mágneses tulajdonságai

Optika Gröller BMF Kandó MTI. Optikai alapfogalmak. Fény: transzverzális elektromágneses hullám. n = c vákuum /c közeg. Optika Gröller BMF Kandó MTI

XII. előadás április 29. tromos

VILLANYSZERELŐ KÉPZÉS MÁGNESES TÉR ÖSSZEÁLLÍTOTTA NAGY LÁSZLÓ MÉRNÖKTANÁR

Magnesia. Itt találtak már az ókorban mágneses köveket. Μαγνησία. (valószínű villámok áramának a tere mágnesezi fel őket)

Villamos gépek működése

Vezetési jelenségek, vezetőanyagok

TARTALOMJEGYZÉK. Előszó 9

Vezetési jelenségek, vezetőanyagok. Elektromos vezetési folyamatban töltést továbbító (elmozdulni képes) részecskék:

Elektrotechnika. Ballagi Áron

Mágneses erőtér. Ahol az áramtól átjárt vezetőre (vagy mágnestűre) erő hat. A villamos forgógépek mutatós műszerek működésének alapja

Mikrohullámú abszorbensek vizsgálata

1 kérdés. Személyes kezdőlap Villamos Gelencsér Géza Simonyi teszt május 13. szombat Teszt feladatok 2017 Előzetes megtekintés

Szupravezetés. Mágneses tér mérő szenzorok (DC, AC) BME, Anyagtudomány és Technológia Tanszék. Dr. Mészáros István. Előadásvázlat 2013.

Mágnesség mágnes ferromágneses ferrimágneses domé- nekben remanencia koercitív

Miért vonzza a vegyészt a mágnes? Németh Zoltán, Magkémiai Laboratórium, ELTE Alkímia ma

Mágneses körök. Fizikai alapok. Mágneses tér

MÁGNESES TÉR, INDUKCIÓ

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 5. Általános anyagszerkezeti ismeretek Fémek, ötvözetek

Kétalkotós ötvözetek. Vasalapú ötvözetek. Egyensúlyi átalakulások.

Optikai alapfogalmak. Az elektromágneses spektrum. n = c vákuum /c közeg. Fény: transzverzális elektromágneses hullám. (n 1 n 2 ) 2 R= (n 1 + n 2 ) 2

Szilárdságnövelés. Az előadás során megismerjük. Szilárdságnövelési eljárások

Szilárdság (folyáshatár) növelési eljárások

Mikrohullámú abszorbensek vizsgálata 4. félév

Elektrotechnika 9. évfolyam

Mágneses szuszceptibilitás mérése

Bevezetés az analóg és digitális elektronikába. III. Villamos és mágneses tér

Mágnesség. 1. Stacionárius áramok mágneses mezeje. Oersted (1820): áramvezet drót közelében a mágnest az áram irányára

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 8. Képlékeny viselkedés. Terhelési diagram. Mechanikai tulajdonságok 2. s sz (Pa) Tankönyv fejezetei: 16-17

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 7. Képlékeny viselkedés. Terhelési diagram. Mechanikai tulajdonságok 2. s sz (Pa) Tankönyv fejezetei: 16-17

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 7.

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 7. Képlékeny viselkedés. Terhelési diagram. Mechanikai tulajdonságok 2. s sz (Pa) Tankönyv fejezetei: 16-17

Vezetési jelenségek, vezetőanyagok

ANYAGTUDOMÁNY ÉS TECHNOLÓGIA TANSZÉK. Anyagismeret 2016/17. Szilárdságnövelés. Dr. Mészáros István Az előadás során megismerjük

7. L = 100 mh és r s = 50 Ω tekercset 12 V-os egyenfeszültségű áramkörre kapcsolunk. Mennyi idő alatt éri el az áram az állandósult értékének 63 %-át?

Fémes szerkezeti anyagok

Elektrotechnika. Prof. Dr. Vajda István BME Villamos Energetika Tanszék

ACÉLOK MÉRNÖKI ANYAGOK

KOVÁCS ENDRe, PARIpÁS BÉLA, FIZIkA II.

Anyagismeret tételek

ANYAGISMERET I. ACÉLOK

Elektromos áramerősség

Szilárdságnövelés. Az előkészítő témakörei

Fázisátalakulások, avagy az anyag ezer arca. Sasvári László ELTE Fizikai Intézet ELTE Bolyai Kollégium

a NAT /2008 számú akkreditálási ügyirathoz

Elektromos vezetési tulajdonságok

MÉRNÖKI ANYAGISMERET AJ002_1 Közlekedésmérnöki BSc szak Csizmazia Ferencné dr. főiskolai docens B 403. Dr. Dogossy Gábor Egyetemi adjunktus B 408

Mérnöki anyagismeret. Szerkezeti anyagok

Bevezetés a lézeres anyagmegmunkálásba

Barkhausen-zaj vizsgálata FINEMETtípusú szalagokban

Nanokristályos lágymágneses vasmagok minősitése

Mágneses szuszceptibilitás mérése

American Society of Materials. Szilárdtestek. Fullerének (C atomok, sokszögek) zárt gömb, tojás cső (egy és többrétegű)

Elektrotechnika 11/C Villamos áramkör Passzív és aktív hálózatok

Acélok és öntöttvasak definíciója

TANULÁSTÁMOGATÓ KÉRDÉSEK AZ 2.KOLLOKVIUMHOZ

-2σ. 1. A végtelen kiterjedésű +σ és 2σ felületi töltéssűrűségű síklapok terében az ábrának megfelelően egy dipól helyezkedik el.

Fémtechnológiák Fémek képlékeny alakítása 1. Mechanikai alapfogalmak, anyagszerkezeti változások

2. Ideális esetben az árammérő belső ellenállása a.) nagyobb, mint 1kΩ b.) megegyezik a mért áramkör eredő ellenállásával

ÍRÁSBELI FELADAT MEGOLDÁSA

Acélok nem egyensúlyi átalakulásai

Tekercsek. Induktivitás Tekercs: induktivitást megvalósító áramköri elem. Az induktivitás definíciója: Innen:

2.) Fajlagos ellenállásuk nagysága alapján állítsd sorrendbe a következő fémeket! Kezd a legjobban vezető fémmel!


Vasmagok jellemzőinek mérése

Monte Carlo módszerek a statisztikus fizikában. Az Ising modell. 8. előadás

ANYAGTUDOMÁNY ÉS TECHNOLÓGIA TANSZÉK Fémek technológiája

Anyagtudomány jegyzet

Vasmagok jellemzőinek mérése

Az Ising-modell figyelembe veszi a szomszédos spinek közötti kölcsönhatást, egy (ferromágneses) rendszer energiája így: s i s j H s i i

2010. január 31-én zárult OTKA pályázat zárójelentése: K62441 Dr. Mihály György

Földmágneses kutatómódszer

Jegyzőkönyv. mágneses szuszceptibilitás méréséről (7)

EGYES ANYAGSZERKEZETI ÉS MÁGNESES TULAJDONSÁGOK KAPCSOLATÁNAK ÉRTELMEZÉSE

Lágymágneses tulajdonságok változása Fe-Si alapú ötvözetek amorf-nanokristályos átalakulása során

SZERKEZETI ACÉLOK HEGESZTÉSE

Diffúzió. Diffúzió. Diffúzió. Különféle anyagi részecskék anyagon belüli helyváltoztatása Az anyag lehet gáznemű, folyékony vagy szilárd

Könnyűfém és szuperötvözetek

Fizikai kémia Részecskék mágneses térben, ESR spektroszkópia. Részecskék mágneses térben. Részecskék mágneses térben

Gépészmérnöki alapszak, Mérnöki fizika 2. ZH, december 05. Feladatok (maximum 3x6 pont=18 pont)

ADATTÁROLÁS: LÁGY- ÉS MEREVLEMEZEK KOVÁCS MÁTÉ

A II. kategória Fizika OKTV mérési feladatainak megoldása


A nehézfémek növényi vízháztartásra gyakorolt hatásának vizsgálata Mágneses Rezonancia készülékkel. Készítette: Jakusch Pál Környezettudós

Elektromos vezetési tulajdonságok Fémek, szupravezetők

ÓRIÁS MÁGNESES ELLENÁLLÁS

Fémek és ötvözetek termikus viselkedése

Gépészet szakmacsoport. Porkohászat

Anyagszerkezettan vizsgajegyzet

VILODENT-98. Mérnöki Szolgáltató Kft. feltöltődés

Mikromágneses szerkezetek számítógépes vizsgálata. Kákay Attila

Átírás:

Anyagszerkezettan és anyagvizsgálat 2014/15 Mágneses anyagok Dr. Szabó Péter János szpj@eik.bme.hu Mágneses tér anyag kölcsönhatás leírása B H B H H M ) 0 1 M H V 1 r r 0 ( 1 Pi P V H : az anyagra ható külső mágneses térerősség B : az anyagnak a külső tér hatására adott válasza, a mágneses indukció M : az anyagban a külső tér hatására ébredő mágnesezettség P : az anyagban lévő elemi mágneses momentum : mágneses permeabilitás : mágneses szuszceptibilitás (érzékenység) 2 Mágnesezettség Spin: az elektron perdületét jellemző kvantummechanikai mennyiség. Elektronokra az értéke +1/2 vagy -1/2 lehet. Elemi mágneses momentum: az elektronok mozgásából (elsősorban a perdületükből) származó elemi mágneses tér, elemi rúdmágnes, melynek van északi és déli pólusa is. Mágnesezettség: az anyagban lévő elemi mágneses momentumok vektori eredője. 3 1

Mágneses anyagok csoportosítása 1. Gyengén mágneses anyagok Diamágnes: nincs benne spontán mágneses momentum, de külső mágneses tér hatására létrejön a térrel ellentétes irányban. ( 10-5 ). (Pl. Si, Cu, Zn, Ag. Cd, Au ) Paramágnes: vannak benne elemi mágneses momentumok, de rendezetlenül mozognak. Külső mágneses tér hatására a tér irányába állnak be. (10-3 - 10-5 ) (Mg, Al, Ti, W ) Mágnesezési görbék lineárisak: 4 Mágneses anyagok csoportosítása 2. Rendezett mágneses szerkezetű anyagok Spontán létrejönnek benne elemi mágneses momentumok, amelyek adott térrészletben, az ún. domén -ben maguktól egy irányba állnak. Az egyes domének mágnesezettségi iránya azonban statisztikusan rendezetlenül áll, így az anyag makroszkópikusan nem mágneses. Külső mágneses tér hatására a domének elemi mágneses momentumai egy irányba fordulnak, és úgy is maradnak a tér megszüntetése után is. Maradó mágnesettségű lesz az anyag, ezeket hívjuk klasszikus értelemben mágnes -nek. 5 Mágneses anyagok csoportosítása Kicserélődési energia: két elektron között a Coulomb energián kívül fellépő, a spínállástól függő energiajárulék. Csak kvantummechanikailag értelmezhető. Felelős a momentumok párhuzamosra fordításáért a doménen belül. Ferro (Fe, Co, Ni, Gd), ötvözetek, Heussler (Mn, Cr) A momentumok azonos nagyságúak és állásúak. Antiferro (Cr, Mn) A momentumok azonos nagyságúak, de páronként ellentétes irányúak Ferri (Fe 3 O 4, CrO 2, ErO ) A momentumok nem azonos nagyságúak, és páronként ellenkező irányban állnak. 6 2

Domén - doménfal A doméneket elválasztó határ egy véges térfogat, a doménfal, amelyen belül a momentumok átfordulnak. Kicserélődési kölcsönhatás => párhuzamos momentum beállás 7 Hiszterézis görbéből származtatott jellemzők Első mágnesezési (szűz) görbe B(H) hiszterézis görbék Telítési indukció (B s ) Remanens indukció (B R ) Koercitív erő (H c ) Permeabilitás ( r ) Jósági szám (BH) max Négyszögletességi tényező B R/ /B M 8 Klasszikus mágneses jellemzők 9 3

Hőmérsékletfüggés (ferromágnes) B S Reverzibilis változás a hőmérséklet függvényében. K Curie hőmérsékletek H C T Fe Co Ni 1043 K 1388 K 627 K T C Curie-hőmérséklet: az a hőmérséklet, ahol a ferromágneses anyag paramágnesessé változik. 10 Az átmágneseződési folyamat kinetikája Falmozgás: a külső térerősséggel nagyjából megegyező irányú domének növekedése doménfalmozgással Forgás: a doménfal-mozgás már túl nagy energiát igényel, így inkább a momentumok fordulnak be a külső tér irányába. 11 Mágnes tulajdonságok változtatásának lehetőségei A műszaki alkalmazások lágy és keménymágneses anyagai 12 4

Mágneses anyagok csoportosítása műszaki szempontból: Lágy Hc < 1 A/cm Félkemény Kemény Hc > 400 A/cm 13 Lágy- és keménymágneses anyagok M Soft magnetic Hard magnetic M Hc H Hc H H C = 0.01 1 A/cm H C = 400 7000 A/cm 14 Mágneses anizotrópia (energia) Könnyű és nehéz mágnesezési irányok: az egyes kristálytani irányokban nem azonos energiával lehet az anyagot átmágnesezni. 15 5

Lágymágnesek jellegzetes felhasználási területei Elektromechanikus eszközök: Emelő, mozgató mágnesek, relék, mágneskapcsolók Elektromágneses indukció alapján működő eszközök: Transzformátorok, fojtók, generátorok, motorok, leválasztó elemek Mágnestér árnyékolások Fluxusvezető elemek 16 Felhasználói igények a lágymágneses anyagoknál B M H C Fajlagos ellenállás Curie-hőmérséklet Alakíthatóság Hiszterézis terület Kicsi Kicsi Tiszta fémek és homogén szilárd oldatok. Ötvözetek jobbak. Mechanikai keménység Mágneses keménység 17 Tiszta Fe B S (20 C) = 2,15 T max = 5.000-300.000 A/cm 99,95 % Fe, 0,005% C ARMCO Ötvözetlen elektrotechnikai lemez (Fedin, Fermax ) Interstíciós C, N, O rácstorzulás Dekarbonizálás (szénatomok eltávolítása) Tulajdonságai erősen szórnak Nem kézbentartható 18 6

Fe - Si ötvözetek (lemez) Erősáramú alkalmazás (nagy H, kis f) Traszformátor, dinamó-lemez (0,2-0,5 mm) Si hatása: csökkenti az anizotrópiát Optimum: 6-7 % Si rideg, kemény Transzformátor: 4-4,5 % Si Dinamó: 3,2-3,6 % Si Interstíciós ötvözők: C, O, P, Mn, S Maradó feszültség Hőkezelés: nedves hidrogénben C < 0,04 % 19 Textúrált Fe - Si lemezek Külső H párhuzamos valamelyik könnyű mágnesezési iránnyal Hengerlés szemcseorientáció megváltozik anizotróp, textúrás szerkezet Mágnesezési irány meghatározott!!! GOSS KOCKA (100) (100) (011) (010) Hengerlési, mágnesezési irány 20 Fe - Ni ötvözetek (Permalloy) 50% Ni - 50% Fe 80% Ni - 20% Fe Kis telítési indukció (Fe-2,2 T, Ni-0,6 T) permeabilitás (20.000-70.000) Kis veszteség Alakítás rendkívül sokat ront a tulajdonságokon. Lágyítás (900-1000 C, 1h), gyors hűtés, feszültségmentesítés (600 C), gyors hűtés T C -nél mágnestérben hűtés permeabilitás * 10 21 7

Lágy ferritek, gránátok Kerámia mágnes (Köbös spinel, Ferrimágneses rend) Porkohászati technológia (az alkotókat por formájában nagy hőmérsékleten összesajtolják) Rideg, törékeny, nem alakítható (köszörülés) Szigetelő (rossz félvezető) nagy frekvenciás alkalmazások MOFe 2 O 3 FERRIT (M kétvegyértékű fém: Mn, Zn, Ni) Fe momentumok kompenzálják egymást B S kicsi 3M 2 O 3 5Fe 2 O 3 GRÁNÁT (M kétvegyértékű ritkaföldfém: Sm, Eu, Gd) Ittrium ötvözés YIG 22 Amorf nanokristályos ötvözetek Finemet Fe 74 Cu 1 Nb 3 Si 15 B 7 40-50 Vol% nanokristályos fázis Vékony szalagok (0,02-0,05 mm) Eutektikus összetétel Átmeneti fém (Ni, Co, Fe, Mn) Nem fémes ötv.: (Si, P, N, C, B) Fe, Ni, Co alapú amorf ötvözetek Gyorhűtés (10 5 C/sec) 23 A szemcseméret hatása a koercitív erőre Csökkenő szemcseméretnél a koercitív erő eleinte növekszik a szemcseméret reciproka szerint, majd újból csökken a szemcseméret hatodik hatványával. 24 8

Felhasználói igények a keménymágneses anyagoknál B M B R (BH) max Hiszterézis terület H C 400 A/cm Permeabilitás X Keménymágnes jelleggörbe 25 Keménymágnesek jellegzetes felhasználási területei Légrésben előírt indukció keltése / fenntartása. Drága, sokszor alakíthatatlan. Híradástechnika: hangszórók, mikrofonok, mikrohullámú eszközök Méréstechnika: galvanométerek Mechanikai mozgatás, rögzítés: motorok, emelő stb. mágnesek Mágneses információ tárolás: magnó, videó, floppy, merevlemez 26 Keménymágnek néhány típusa Martenzites (W) Alnico, Ticonal Cu-Ni-Co, Fe-Co-V Pt-Co, Pt-Fe (olcsó, klasszikus) (szokásos, tömegtermék) (közepes, alakítható) (kitűnő izotróp mágnes, drága) R-Co (kitűnő, magas ár, 0,1-1 g) Nd-Fe-B (kitűnő, de alacsony T C ) Hexaferritek (olcsó, porkohászat, egyszerű alkalmazások) 27 9