Elektryczność i Magnetyzm

Transkrypt

1 Elektryczność i Magnetyzm Wykład: Piotr Kossacki Pokazy: Paweł Trautman, Aleksander Bogucki Wykład dwudziesty piąty 6 czerwca 2017

2 Z poprzedniego wykładu Prawo Curie i Curie-Weissa Model paramagnetyzmu (również spin ½) Paramagnetyzm Curie, Curie-Weissa, Van Vlecka, Pauliego Przybliżenie pola średniego opis ferromagnetyzmu Efekt Barkhausena Obserwacja domen magnetycznych, Pomiary namagnesowania magnetometry Histereza: parametry

3 Domeny w ferromagnetyku Metody wizualizacji: Metody magnetooptyczne efekt Faradaya (światło przechodzące), efekt Kerra (światło odbite) MFM mikroskop sił atomowych z magnetyczną igłą

4 Obserwacja domen Efekt Faradaya: obrót płaszczyzny polaryzacji światła w polu magnetycznym I Skręcenie proporcjonalne do drogi przebytej w materiale

5 Domeny w ferromagnetyku Obraz Przemagnesowanie

6 Mikroskop sił magnetycznych (MFM)

7 Obrazy AFM i MFM

8 Domeny w ferromagnetyku Metody wizualizacji: Metody magnetooptyczne efekt Faradaya (światło przechodzące), efekt Kerra (światło odbite) MFM mikroskop sił atomowych z magnetyczną igłą Metoda figur proszkowych Bittera koloidalny roztwór (np. Ferrofluid) zestalony tlen bakterie Aquaspirillum magnetotacticum itp. Metody mikroskopowe elektrony, promieniowanie rentgenowskie, neutrony, miony

9 Metoda figur proszkowych Bittera M. Leonowicz, J. Wysłocki Współczesne magnesy

10 Namagnesowanie spontaniczne A. Leitch et al., 2007 W przybliżeniu pola średniego Rzeczywiste (przykład)

11 Parametry krzywej namagnesowania Pozostałość magnetyczna Namagnesowanie nasycenia Pole koercji Magnetyki twarde (duże H c ) i miękkie (małe H c )

12 Ferromagnetyk: krzywa namagnesowania Y -X ~ Obwód całkujący Oscyloskop dφ db dh U = a + b dt dt dt dm dt Tendencja do nasycenia w silnym polu Histereza: niejednoznaczność krzywej namagnesowania

13 Praca przy zmianie namagnesowania Gęstość energii w długiej zwojnicy dφ de = UdQ = Idt = IdΦ = lhsdb = Vµ 0 + dt Praca przemagnesowania przy obiegu pętli histerezy = Vµ 0 HdM = Vµ MdH W 0 ( HdH HdM )

14 Skąd się bierze histereza? Anizotropia mikroskopowego momentu magnetycznego Minimum energii Energia (j. u.) H = Kąt (radiany) krzywa histerezy

15 Rodzaje anizotropii magnetycznej 1. Kształtu: długozasięgowe oddziaływanie dipoli magnetycznych, faworyzuje pole w płaszczyźnie 2. Krystaliczna: oddziaływania lokalne

16 Miękkie i twarde magnetyki Material Coercivity (Oersteds = 10-4 T/µ 0 ) Supermalloy Fe 15.7 Ni 79 Mo 5 Mn Permalloy, Ni 81 Fe Silicon Iron Soft Wrought Iron 2 Co 20 Ni 150 Ni 1-x Zn x FeO 3, a microwave material Alnico, a common refrigerator magnet CoPtCr disk drive recording media 1700 NdFeB 10,000-12,000 Fe 48 Pt 52 12,300+ SmCo 5 40,000

17 Twarde magnetyki

18 Przebieg magnesowania

19 Miękkie magnetyki Mumetal stop niklu (75%) i żelaza (15%) µ ~ 10 6 Stopy nanokrystaliczne, Szkła metaliczne np. Fe,Ni,Co,B,Si

20 Namagnesowanie nasycenia Magnetization curves of 9 ferromagnetic materials, showing saturation. 1.Sheet steel, 2.Silicon steel, 3.Cast steel, 4.Tungsten steel, 5.Magnet steel, 6.Cast iron, 7.Nickel, 8.Cobalt, 9.Magnetite

21 Pomiar namagnesowania F x S B E = µ S B F µ = Na przykład przy indukcji 1 T i powierzchni 1 cm 2 spodziewamy się siły rzędu F 50N = =

22 Pomiar namagnesowania waga magnetyczna (DC) wariant AC (rezonansowy) AC waga Gouy Inne rozwiązania: Evansa, Faradaya... Wady: Niejednorodne pole magnetyczne, trudno mierzyć w zależności od pola, Lepiej nadaje się do pomiarów podatności

23 Pomiar namagnesowania Metoda Faradaya (pomiar podatności) Metoda ekstrakcyjna

24 Pomiar namagnesowania Metoda Faradaya (pomiar podatności) Metoda ekstrakcyjna SQUID Iloczyn indukcji i jej gradientu stały w pewnym obszarze

25 Superconducting Quantum Interference Device Φ 0 = e/2h Tm 2

26 Parametry krzywej namagnesowania Pozostałość magnetyczna Namagnesowanie nasycenia Pole koercji Magnetyki twarde (duże H c ) i miękkie (małe H c )

27 Zjawisko magnetostrykcji generator Deformacja ferromagnetyka pod wpływem pola magnetycznego

28 Uporządkowane fazy magnetyczne Ferromagnetyzm Silne efekty makroskopowe Przykłady: Fe, Ni Antyferromagnetyzm Obserwacja: dyfrakcja neutronów Przykłady: NiO, MnTe Ferrimagnetyzm Makroskopowo jak ferromagnetyzm Przykłady: ferryty