Własności magnetyczne materii

Podobne dokumenty
Kolokwium 2. Środa 14 czerwca. Zasady takie jak na pierwszym kolokwium

Własności magnetyczne materii

Pole magnetyczne w ośrodku materialnym

Wykład FIZYKA II. 5. Magnetyzm

WŁASNOŚCI MAGNETYCZNE CIAŁA STAŁEGO

Momentem dipolowym ładunków +q i q oddalonych o 2a (dipola) nazwamy wektor skierowany od q do +q i o wartości:

Elektrodynamika Część 5 Pola magnetyczne w materii Ryszard Tanaś Zakład Optyki Nieliniowej, UAM

Wykład FIZYKA II. 5. Magnetyzm. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Elektrodynamika. Część 5. Pola magnetyczne w materii. Ryszard Tanaś. Zakład Optyki Nieliniowej, UAM

Właściwości magnetyczne materii. dr inż. Romuald Kędzierski

Badanie pętli histerezy magnetycznej ferromagnetyków, przy użyciu oscyloskopu (E1)

Siła magnetyczna działająca na przewodnik

POMIAR TEMPERATURY CURIE FERROMAGNETYKÓW

Pole magnetyczne. Magnes wytwarza wektorowe pole magnetyczne we wszystkich punktach otaczającego go przestrzeni.

Podstawy fizyki sezon 2 4. Pole magnetyczne 1

3. Równania pola elektromagnetycznego

Wyznaczanie przenikalności magnetycznej i krzywej histerezy

Badanie właściwości magnetycznych

Politechnika Lubelska Wydział Elektrotechniki i Informatyki Katedra Urządzeń Elektrycznych i Techniki Wysokich Napięć. Dr hab.

30/01/2018. Wykład XII: Właściwości magnetyczne. Zachowanie materiału w polu magnetycznym znajduje zastosowanie w wielu materiałach funkcjonalnych

Właściwości magnetyczne

Wykład XIII: Właściwości magnetyczne. JERZY LIS Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Katedra Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych

Pole magnetyczne. Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Ferromagnetyki, paramagnetyki, diamagnetyki.

MAGNETOCERAMIKA Historia. Historia

Wykład 39 Elementy fizyki ciała stałego

Badanie histerezy magnetycznej

WYZNACZANIE PODSTAWOWYCH PARAMETRÓW FERROMAGNETYKÓW

Indukcja magnetyczna pola wokół przewodnika z prądem. dr inż. Romuald Kędzierski

Magnetostatyka ośrodki materialne

Księgarnia PWN: David J. Griffiths - Podstawy elektrodynamiki

VIII. VIII.1. ORBITALNY MOMENT MAGNETYCZNY ELEKTRONU, L= r p (VIII.1.1) p=m v (VIII.1.2) L= L =mvr (VIII.1.1a) r v. r=v (VIII.1.3)

Katedra Fizyki Ciała Stałego Uniwersytetu Łódzkiego. Ćwiczenie 3 Badanie przemiany fazowej w materiałach magnetycznych

Teoria Orbitali Molekularnych. tworzenie wiązań chemicznych

Techniki niskotemperaturowe w medycynie

Atomy mają moment pędu

Podstawy fizyki sezon 2 4. Pole magnetyczne 1

Elektryczne właściwości materii. Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W10) Szkoły Policealnej Zawodowej.

Pole elektryczne w ośrodku materialnym

Wyk³ady z Fizyki. Magnetyzm. Zbigniew Osiak

Podstawy elektrodynamiki / David J. Griffiths. - wyd. 2, dodr. 3. Warszawa, 2011 Spis treści. Przedmowa 11

Magnetyzm cz.i. Oddziaływanie magnetyczne Siła Lorentza Prawo Biote a Savart a Prawo Ampera

Magnetyzm cz.i. Oddziaływanie magnetyczne Siła Lorentza Prawo Biote a Savart a Prawo Ampera

Plan Zajęć. Ćwiczenia rachunkowe

Wykład Siły wynikające z prawa Lorentza i Biota-Savarta c.d Prądy polaryzacyjne w dielektrykach. 15. Magnetyczne własności materii

Pytania z przedmiotu Inżynieria materiałowa

II.4 Kwantowy moment pędu i kwantowy moment magnetyczny w modelu wektorowym

Podstawy fizyki sezon 2 4. Pole magnetyczne

Temat XXV. Magnetyzm materii

26 MAGNETYZM. Włodzimierz Wolczyński. Indukcja magnetyczna a natężenie pola magnetycznego. Wirowe pole magnetyczne wokół przewodnika prostoliniowego

Właściwości chemiczne i fizyczne pierwiastków powtarzają się w pewnym cyklu (zebrane w grupy 2, 8, 8, 18, 18, 32 pierwiastków).

Paramagnetyki i ferromagnetyki

Stosunek Koercji do Indukcji magnetycznej, oraz optymalny punkt pracy magnesu

Pole magnetyczne Wykład LO Zgorzelec

Czym jest prąd elektryczny

Ramka z prądem w jednorodnym polu magnetycznym

Elektryczność i Magnetyzm

r. akad. 2012/2013 Podstawy Procesów i wykład XIII - XIV Zakład Biofizyki

Oddziaływania w magnetykach

Wykład FIZYKA II. 3. Magnetostatyka. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Fizyka 2. Janusz Andrzejewski

FIZYKA 2. Janusz Andrzejewski

Rezonanse magnetyczne oraz wybrane techniki pomiarowe fizyki ciała stałego

Pole elektrostatyczne

Podstawy fizyki. Wykład 10. Dr Piotr Sitarek. Instytut Fizyki, Politechnika Wrocławska

Lekcja 59. Histereza magnetyczna

LABORATORIUM INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ

Atomy w zewnętrznym polu magnetycznym i elektrycznym

POLE MAGNETYCZNE. Własności pola magnetycznego. powstawanie pola magnetycznego

FIZYKA METALI - LABORATORIUM 5 Wyznaczanie przenikalności magnetycznej oraz temperatury Curie wybranych metali i stopów

Pole magnetyczne prąd elektryczny

Dielektryki. właściwości makroskopowe. Ryszard J. Barczyński, 2016 Materiały dydaktyczne do użytku wewnętrznego

Zakład Inżynierii Materiałowej i Systemów Pomiarowych

Nadprzewodniki. W takich materiałach kiedy nastąpi przepływ prądu może on płynąć nawet bez przyłożonego napięcia przez długi czas! )Ba 2. Tl 0.2.

H natężenie pola magnetycznego, A/m µ przenikalność bezwzględna materiału, H/m

Elektryczność i magnetyzm

Fizyka 2 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

Całkowity strumień pola elektrycznego przez powierzchnię zamkniętą zależy wyłącznie od ładunku elektrycznego zawartego wewnątrz tej powierzchni.

I. PROMIENIOWANIE CIEPLNE

Efekt Halla. Cel ćwiczenia. Wstęp. Celem ćwiczenia jest zbadanie efektu Halla. Siła Loretza

F = e(v B) (2) F = evb (3)

MAGNETYZM, INDUKCJA ELEKTROMAGNETYCZNA. Zadania MODUŁ 11 FIZYKA ZAKRES ROZSZERZONY

Electromagnetic interactions. Oddziaływania elektromagnetyczne

Magnetyzm. Wykład 13.

MATERIAŁY MAGNETYCZNIE MIĘKKIE. BADANIA WYBRANYCH WŁASNOŚCI MAGNETYCZNYCH

POLITECHNIKA WARSZAWSKA WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY INSTYTUT ELEKTROTECHNIKI TEORETYCZNEJ I SYSTEMÓW INFORMACYJNO-POMIAROWYCH

Właściwości materii. Bogdan Walkowiak. Zakład Biofizyki Instytut Inżynierii Materiałowej Politechnika Łódzka. 18 listopada 2014 Biophysics 1

Pole elektromagnetyczne. Równania Maxwella

Źródła pola magnetycznego

Elektron, atom, kryształ w polu magnetycznym

Wyznaczanie przenikalności magnetycznej i krzywej histerezy

LXVII OLIMPIADA FIZYCZNA ZAWODY II STOPNIA

Klasyczny efekt Halla

Zjawisko Halla Referujący: Tomasz Winiarski

Wyznaczanie stosunku e/m elektronu

I. Poziom: poziom rozszerzony (nowa formuła)

E10. BADANIE HISTEREZY MAGNETYCZNEJ

1.6. Ruch po okręgu. ω =

Transkrypt:

Własności magnetyczne materii Ośrodek materialny wypełniający solenoid (lub cewkę) wpływa na wartość indukcji magnetycznej, strumienia, a także współczynnika indukcji własnej solenoidu. Trzy rodzaje materiałów: diamagnetyki, paramagnetyki i magnetyki silne (ferromagnetyki, ferrimagentyki i antyferromagnetyki) Diamagnetyki osłabiają pole magnetyczne solenoidu o czynnik rzędu 10-5 10-6 dla bizmutu B = µ r B 0 = 0,99999865 B 0 Paramagnetyki wzmacniają pole magnetyczne solenoidu o czynnik podobnego rzędu dla aluminium B = µ r B 0 = 1,00000065 B 0 Współczynnik µ r nazywamy względną przenikalnością magnetyczną materiału Współczynnik χ = µ r -1 nazywamy podatnością magnetyczną materiału: dla diamagnetyków jest ujemna (w miarę stała w zależności od B 0 ) dla paramagnetyków jest dodatnia (w miarę stała w zależności od B 0 ) dla ferromagnetyków jest dodatnia i może osiągać duże wartości (zmienia się nieliniowo zależności od B 0 ) 1

Skąd biorą się własności magnetyczne materii Orbitalny moment magnetyczny. Z orbitalnym momentem pędu elektronu wiąże się dipolowy moment magnetyczny. Natężenie prądu od jednego elektronu: e - ładunek elektronu v - prędkość elektronu r - promień orbity elektronu Moment magnetyczny: I = e T = ev 2 r orb =I A= ev 2 r r2 = e 2m m v r orb = e 2m L orb ładunek elektronu jest ujemny 2

Skąd biorą się własności magnetyczne materii Spinowy moment magnetyczny. Elektron posiada własny moment pędu spin S. Dlatego ma własny moment magnetyczny spinowy: spin = e m S O własnościach magnetycznych całego atomu decyduje suma wektorowa wszystkich momentów magnetycznych wszystkich elektronów. Przeważnie większość tych momentów znosi się w przypadku elektronów wewnętrznych atomu elektrony są sparowane na całkowicie zapełnionych powłokach elektronowych. Tylko zewnętrzne elektrony mogą być niesparowane i dawać wkład do niezerowego momentu magnetycznego atomu. 3

Diamagnetyzm Jeśli momenty magnetyczne wszystkich elektronów kompensują się, wówczas materiał wykazuje własności diamagnetyczne. v 0 v 0 Dwa elektrony poruszając się po takiej samej orbicie, ale w przeciwnych kierunkach. W obecności zewnętrznego pola magnetycznego jeden elektron zwalnia drugi przyspiesza. Siła Coulomba stanowi siłę dośrodkową utrzymująca elektron na orbicie. =m 0 2 r ω 0 jest prędkością kątową, m masą elektronu, r promieniem orbity. Gdy umieścimy atom w polu magnetycznym, pojawi się siła Lorentza F B =e r B Która dla orbity lewej odejmuje się od siły a dla orbity prawej dodaje się do niej. v 0 F v B 0 F F B C 4

Diamagnetyzm Elektrony muszą zmienić swoja prędkość aby utrzymać się na orbicie zmieniają moment pędu zmieniają swoje momenty magnetyczne. Jeśli podstawimy ω = ω 0 + ω i założymy, że ω << ω 0 to można będzie napisać: Uwzględniając założenie otrzymujemy: ±F B =m 2 r m 0 2 r±e rb=m 2 r 0 2 2 ± eb m =0 0 2 2 = 0 0 2 = ±eb 2m Elektron po lewej orbicie zwalnia o ω, elektron po prawej orbicie przyspiesza o ω. Moment magnetyczny dla elektronu po lewej orbicie zmaleje o µ, moment magnetyczny dla elektronu po prawej orbicie wzrośnie o µ v 0 v 0 F v B 0 F F B C v 0 Od jednej takiej pary pary elektronów wytworzy się moment magnetyczny równy : 2 przeciwnie skierowany do zewnętrznego pola (osłabienie) 5

Paramagnetyzm Model paramagnetyzmu zakłada, że paramagnetyczne atomy mają własny moment magnetyczny i zewnętrzne pole magnetyczne dąży do uporządkowania kierunków tych atomowych dipoli magnetycznych, wbrew przeciwdziałaniu pochodzącemu od bezładnego ruchu cieplnego. Porządkowanie momentów magnetycznych prowadzi do słabego magnesowania się materiału. Namagnesowanie wyraża się wektorem: M = suma momentów dipolowych objętość Całkowity wektor indukcji pola magnetycznego w paramagnetyku (i diamagnetyku): B= B 0 0 M tutaj symbol ten oznacza przenikalność magnetyczną próżni zew. pole mag. Pole magnetyczne w materiałach często wygodniej jest opisywać za pomocą wektora natężenia pola magnetycznego: H = B 0 0 = B 0 M co prowadzi do wyrażenia: B= 0 H M 6

Paramagnetyzm Wektor namagnesowania, podobnie jak dla dielektryków polarnych, wg teorii Langevina i P. Curie : M =C B 0 T gdzie C stała wartość, B 0 pole magnetyczne zewnętrzne, T temperatura w skali bezwzględnej 7

Ferromagnetyzm Ferromagnetyzm jest cechą ciała stałego cechą zbioru wielkiej liczby atomów szczególnego rodzaju w uporządkowanym ułożeniu wzajemnym Spośród pierwiastków w postaci ciał stałych ferromagnetykami są Fe, Co, Ni, gd i Dy. A także wiele stopów, związków intermetalicznych i związków chemicznych Gdy atomy są regularnie ułożone w sieci krystalicznej, dochodzi spontanicznie do sprzężenia atomowych momentów magnetycznych efekt ten tłumaczy dopiero fizyka kwantowa Poniżej pewnej temperatury (temperatura Curie) sprzężenie to powoduje równoległe ustawienie wszystkich momentów atomowych w pewnych obszarach zwanych domenami. Magnetic force microscopy (MFM) 8

Powyżej temperatury Curie drgania sieci są silniejsze od sił porządkujących i powodują zanik uporządkowania domenowego. Ferromagnetyk staja się wówczas paramagnetykiem. Ferromagnetyzm Gdy do ferromagnetyka przykładamy pole magnetyczne, domeny ustawiają się wzdłuż lini pola, zwiększając namagnesowanie materiału. W stanie równowagi orientacja domen (bez zewnętrznego pola magnetycznego) jest taka, aby zapewnić minimum energii - wtedy pole magnetyczne wokół jest minimalne. Namagnesowanie sąsiadujących domen ma taki kierunek, któremu odpowiada minimalne pole na zewnątrz próbki Przy późniejszym zmniejszaniu pola mag. namagnesowanie wykazuje pozostałość magnetyczną (remanencję) domeny pozostają częściowo uporządkowane - ferromagnetyk staje się magnesem. Namagnesowanie zależy o historii próbki, mniej od wartości zew. pola mag. 9

Zapis informacji na nośnikach magnetycznych Im czystszy materiał ferromagnetyczny tym szerokość pętli histerezy mniejsza. Defekty w krysztale przeszkadzają w przesuwaniu się ścianek domenowych. Materiały o małej wartość pozostałości magnetycznej nazywane są magnetycznie miękkimi. Natomiast niektóre stopy, materiały o dużej koncentracji defektów, mają szeroką pętlę histerezy (materiały magnetycznie twarde) http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/ 10

Transformatory http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/ 11

Elektromagnesy http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/ 12