Az állandó mágnesek anyagszerkezeti leírása

Az előadások a következő témára: "Az állandó mágnesek anyagszerkezeti leírása"— Előadás másolata:

1 Az állandó mágnesek anyagszerkezeti leírása
Készítette: Orosz Anna Neptun kód: Y501PX

2 A milétoszi THALÉSZ i.e. 600-ban
magnetit nevű vasércet (Fe3O4) talált. természetes állandó mágnes mesterséges állandó mágnes

3 az anyagok csoportosítása mágneses tulajdonságuk szerint:
diamágneses anyagok: például: gyémánt, ezüst, arany paramágneses anyagok: például: alumínium, platina, oxigén ferromágneses anyagok: például: vas, nikkel, kobalt

4 M=µ0χH Ahol, χ (kappa) az ún. mágneses szuszceptibilitás, ez az anyagra jellemző arányossági tényező. Diamágneses anyagok esetén χ<0 és |χ|<1 Paramágneses anyagok esetén χ>0 és |χ|<1 Ferromágneses anyagok esetén χ nem állandó. B=µ0(H+M)=µ0(1+χ)H M= µ0χH B= µ0(µ0χH+H) B= µ0H(1+χ) 1+ χ= µr, mennyiséget relatív permeabilitásnak nevezzük, ennek értéke a szuszceptibilitásnak megfelelően diamágnesekre µr<1, paramágnesek esetén µr>1. A ferromágneses anyagok permeabilitása 103 nagyságrendű, míg a paramágneses anyagok nagyságrendje 1.

5 A dia- és a paramágneses anyagok tulajdonságai
A diamágneses anyagok esetén: |χ|<1, χ<0 T-től és H-tól független Paramágneses anyagok esetén: |χ|<1, χ>0 csak normál körülmények között független a H-tól Alacsony hőmérsékleten és erős mágneses térben Mt –hez közelít M paramágneses telítődésnek Adott mágneses tér esetén χ a χ=

6 A ferromágneses anyagok tulajdonságai

7 Hiszterézis ábrája

8 Ferromágneses Curie-pont
felette a ferromágnesesség megszűnik, az anyag paramágnesessé válik . A T>Tc tartományban a szuszceptibilitás hőmérséklet függése jól leírható a Curie- törvény módosításával kapott Curie-Weiss-törvénnyel: χ= az ún. paramágneses Curie-hőmérséklet Értéke vas esetén: 770 ̊C , kobalt esetén : ̊C, nikkel esetén: 360 ̊C. magnetostrikció

9 A dia-és paramágnesesség anyagszerkezeti értelmezése
A makroszkopikus mennyiségeket, mikroszkopikusra kell visszavezetni. A mágnesességet az atomok mágneses tulajdonságára alapozva értelmezhetjük, de ezeket a tulajdonságokat az atomok kristállyá szerveződése is befolyásolja.

10 Az atomok mágneses tulajdonságai
Ezeket a tulajdonságokat az atomok alkotóelemi, az elektronok és a mag mágneses sajátosságai alapján értelmezhetjük. Így az atomi mágnesesség lényegében háromféle hatásra vezethető vissza: A mag körül mozgó, köráramként felfogható elektronok pályamágneses momentumára; az elektronok spinjével kapcsolatos saját mágneses momentumára és az atommagot alkotó részecskék saját mágneses momentumára.

11 J.J. Thomson Rutherford Niels Bohr Pálya impulzusmomentum: Az elektron pályamenti keringésből adódó perdülete. Saját impulzusmomentum: a saját tengely körül való forgásból adódó perdülete. iránykvantált (mágneses- ill. spinkvantumszám) 4 kvantumszám: fő kvantumszám: ami az elektron energiáját adja meg mellékkvantumszám: ami az elektron hullámfüggvényének alakját adja meg Mágneses(m): mellékkvantumszám ismeretében határozható meg Spin kétféle értéket vehet fel: vagy , vagy

12 A diamágnesesség értelmezése
Azok az anyagok tiszta diamágnesek, amelyekben az elektronok ellentétes spinű párokat alkotnak, így ezzel az anyagok diamágnessége az elektronok pályamomentumából származik.

13 A paramágnesesség értelmezése
Állandó mágneses momentummal rendelkeznek... paramágneses telítődés

14 Alacsony hőmérsékletek elérése:
Mágneses tér hiányában a paramágneses momentumok a tér minden irányában rendezetlenül állnak be. Ez a rendezetlenség az anyagok entrópiájához egy úgy nevezett konfigurációs entrópia járulékot ad. Legyen ez az entrópia Sk. Alacsony hőmérsékleten minden elemi mágnes a telítődésnek köszönhetően a tér irányába áll be, így a konfigurációs entrópia zérussá válik. Ennek megfelelően Q=TSk hő szabadul fel, ami pl. folyékony héliummal való hűtéssel elvezethető. Ezután ha a mágneses teret kikapcsoljuk, az elemi mágnesek ismét rendezetlenné válnak, a konfigurációs entrópia Sk-ra nő. Az ehhez szükséges hőt, az anyag a rácsrezgésektől vonja el, azaz a paramágneses anyag lehűl. Ezzel a módszerrel 10-3K-es hőmérsékletet sikerült elérni.

15 A ferromágnesesség értelmezése
csak kondenzált anyagokban jön létre a kristályok a különböző kristálytani irányokban különbözőképpen mágnesezhetőek az atomok kollektív viselkedésének következtében jön létre Giromágneses faktor : pályamozgásból eredő hatások esetén: = a spinből eredő hatások esetén pedig: =

16 Einstein-de Haas- kísérlet

17 Anti-ferromágnesesség
1933-ban Landau elméletileg jutott arra a következtetésre, hogy létezniük kell olyan anyagoknak, amelyek alacsony hőmérsékleten a szomszédos mágneses momentummal ellentétes irányban állnak be. 1938-ban felfedeztek, olyan anyagokat , amelyek valóban ilyen sajátosságokkal rendelkeznek például: MnO(mangán-oxid) , MnS(mangán-szulfid). Antiferromágnesek: csak addig marad fent,a míg a termikus mozgás szét nem zilálja. Az antiferromágnesesség kritikus hőmérsékletét Néel-hőmérsékletnek nevezzük. A Néel- hőmérséklet felett az antiferromágneses anyagok paramágnesessé válnak.