Elektryczność i Magnetyzm Wykład: Piotr Kossacki Pokazy: Paweł Trautman, Aleksander Bogucki Wykład dwudziesty piąty 6 czerwca 2017
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
Domeny w ferromagnetyku Metody wizualizacji: Metody magnetooptyczne efekt Faradaya (światło przechodzące), efekt Kerra (światło odbite) MFM mikroskop sił atomowych z magnetyczną igłą
Obserwacja domen Efekt Faradaya: obrót płaszczyzny polaryzacji światła w polu magnetycznym I Skręcenie proporcjonalne do drogi przebytej w materiale
Domeny w ferromagnetyku Obraz Przemagnesowanie
Mikroskop sił magnetycznych (MFM)
Obrazy AFM i MFM
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
Metoda figur proszkowych Bittera M. Leonowicz, J. Wysłocki Współczesne magnesy
Namagnesowanie spontaniczne A. Leitch et al., 2007 W przybliżeniu pola średniego Rzeczywiste (przykład)
Parametry krzywej namagnesowania Pozostałość magnetyczna Namagnesowanie nasycenia Pole koercji Magnetyki twarde (duże H c ) i miękkie (małe H c )
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
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 )
Skąd się bierze histereza? Anizotropia mikroskopowego momentu magnetycznego Minimum energii Energia (j. u.) 2 0-2 -4 H = 01 2 0 2 4 6 Kąt (radiany) krzywa histerezy
Rodzaje anizotropii magnetycznej 1. Kształtu: długozasięgowe oddziaływanie dipoli magnetycznych, faworyzuje pole w płaszczyźnie 2. Krystaliczna: oddziaływania lokalne
Miękkie i twarde magnetyki Material Coercivity (Oersteds = 10-4 T/µ 0 ) Supermalloy Fe 15.7 Ni 79 Mo 5 Mn 0.3 0.002 Permalloy, Ni 81 Fe 19 0.05-1 Silicon Iron 0.4-0.9 Soft Wrought Iron 2 Co 20 Ni 150 Ni 1-x Zn x FeO 3, a microwave material 15-200 Alnico, a common refrigerator magnet 1500-2000 CoPtCr disk drive recording media 1700 NdFeB 10,000-12,000 Fe 48 Pt 52 12,300+ SmCo 5 40,000
Twarde magnetyki
Przebieg magnesowania
Miękkie magnetyki Mumetal stop niklu (75%) i żelaza (15%) µ ~ 10 6 Stopy nanokrystaliczne, Szkła metaliczne np. Fe,Ni,Co,B,Si
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
Pomiar namagnesowania F x S B E = 2 0 2 1 µ S B F 2 0 2 1 µ = Na przykład przy indukcji 1 T i powierzchni 1 cm 2 spodziewamy się siły rzędu F 50N 10 2 10 6 4 = =
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
Pomiar namagnesowania Metoda Faradaya (pomiar podatności) Metoda ekstrakcyjna
Pomiar namagnesowania Metoda Faradaya (pomiar podatności) Metoda ekstrakcyjna SQUID Iloczyn indukcji i jej gradientu stały w pewnym obszarze
Superconducting Quantum Interference Device Φ 0 = e/2h 2 10-15 Tm 2
Parametry krzywej namagnesowania Pozostałość magnetyczna Namagnesowanie nasycenia Pole koercji Magnetyki twarde (duże H c ) i miękkie (małe H c )
Zjawisko magnetostrykcji generator Deformacja ferromagnetyka pod wpływem pola magnetycznego
Uporządkowane fazy magnetyczne Ferromagnetyzm Silne efekty makroskopowe Przykłady: Fe, Ni Antyferromagnetyzm Obserwacja: dyfrakcja neutronów Przykłady: NiO, MnTe Ferrimagnetyzm Makroskopowo jak ferromagnetyzm Przykłady: ferryty