Siła magnetyczna działająca na przewodnik



Podobne dokumenty
Własności magnetyczne materii

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

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

Podstawy fizyki sezon 2 4. Pole magnetyczne 1

Wykład FIZYKA II. 5. Magnetyzm

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

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

Własności magnetyczne materii

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

WŁASNOŚCI MAGNETYCZNE CIAŁA STAŁEGO

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

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

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

Podstawy fizyki sezon 2 4. Pole magnetyczne 1

Atomy mają moment pędu

Właściwości magnetyczne materii. dr inż. Romuald Kędzierski

Podstawy fizyki sezon 2 4. Pole magnetyczne

POMIAR TEMPERATURY CURIE FERROMAGNETYKÓW

Pole magnetyczne w ośrodku materialnym

Atomy w zewnętrznym polu magnetycznym i elektrycznym

Badanie właściwości magnetycznych

Badanie czujników pola magnetycznego wykorzystujących zjawisko gigantycznego magnetooporu

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

Właściwości magnetyczne

Paramagnetyki i ferromagnetyki

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

Rysunek 1: Schemat doświadczenia Sterna-Gerlacha. Rysunek 2: Schemat doświadczenia Sterna-Gerlacha w różnych rzutach przestrzennych.

MAGNETOCERAMIKA Historia. Historia

Pole magnetyczne Wykład LO Zgorzelec

3. Równania pola elektromagnetycznego

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

NMR (MAGNETYCZNY REZONANS JĄDROWY) dr Marcin Lipowczan

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

SPEKTROSKOPIA NMR. No. 0

Magnetyzm. Wykład 13.

Liczby kwantowe elektronu w atomie wodoru

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

cz. 1. dr inż. Zbigniew Szklarski

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

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

Badanie histerezy magnetycznej

Pole magnetyczne prąd elektryczny

Spektroskopia magnetyczna

Indukcja elektromagnetyczna. Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

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

Wykład 8 ELEKTROMAGNETYZM

Ładunek elektryczny. Ładunek elektryczny jedna z własności cząstek elementarnych

FIZYKA 2. Janusz Andrzejewski

Dielektryki polaryzację dielektryka Dipole trwałe Dipole indukowane Polaryzacja kryształów jonowych

Wykład 18 Dielektryk w polu elektrycznym

Wyznaczanie przenikalności magnetycznej i krzywej histerezy

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)

Magnetostatyka ośrodki materialne

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

dr inż. Zbigniew Szklarski

Podstawy fizyki wykład 8

Rezonanse magnetyczne oraz wybrane techniki pomiarowe fizyki ciała stałego

Techniki niskotemperaturowe w medycynie

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

RÓWNANIA MAXWELLA. Czy pole magnetyczne może stać się źródłem pola elektrycznego? Czy pole elektryczne może stać się źródłem pola magnetycznego?

Ferromagnetyki, paramagnetyki, diamagnetyki.

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

Stosunek Koercji do Indukcji magnetycznej, oraz optymalny punkt pracy magnesu

Budowa atomów. Atomy wieloelektronowe Układ okresowy pierwiastków

II.6 Atomy w zewnętrznym polu magnetycznym

dr inż. Zbigniew Szklarski

Spin jądra atomowego. Podstawy fizyki jądrowej - B.Kamys 1

Plan Zajęć. Ćwiczenia rachunkowe

Materiały pomocnicze 11 do zajęć wyrównawczych z Fizyki dla Inżynierii i Gospodarki Wodnej

CHEMIA 1. INSTYTUT MEDICUS Kurs przygotowawczy na studia medyczne kierunek lekarski, stomatologia, farmacja, analityka medyczna ATOM.

Temat XXV. Magnetyzm materii

Cząstki elementarne. Składnikami materii są leptony, mezony i bariony. Leptony są niepodzielne. Mezony i bariony składają się z kwarków.

POLE MAGNETYCZNE Własności pola magnetycznego. Źródła pola magnetycznego

Wykład FIZYKA II. 13. Fizyka atomowa. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Oddziaływania w magnetykach

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

Własności jąder w stanie podstawowym

Przykładowe zadania/problemy egzaminacyjne. Wszystkie bezwymiarowe wartości liczbowe występujące w treści zadań podane są w jednostkach SI.

Magnetyczny Rezonans Jądrowy (NMR)

Fizyka współczesna Co zazwyczaj obejmuje fizyka współczesna (modern physics)

Księgarnia PWN: David J. Griffiths - Podstawy elektrodynamiki

Elektrostatyka ŁADUNEK. Ładunek elektryczny. Dr PPotera wyklady fizyka dosw st podypl. n p. Cząstka α

Pole elektrostatyczne

30P4 POWTÓRKA FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNYZ FIZYKI I ASTRONOMII - IV POZIOM PODSTAWOWY

Wykład 39 Elementy fizyki ciała stałego

Atom wodoru w mechanice kwantowej. Równanie Schrödingera

Podstawy fizyki sezon 2 2. Elektrostatyka 2

Odp.: F e /F g = 1 2,

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

Teoria Orbitali Molekularnych. tworzenie wiązań chemicznych

Wykład Budowa atomu 3

Electromagnetic interactions. Oddziaływania elektromagnetyczne

MAGNETYZM, INDUKCJA ELEKTROMAGNETYCZNA. Zadania MODUŁ 11 FIZYKA ZAKRES ROZSZERZONY

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

LXI MIĘDZYSZKOLNY TURNIEJ FIZYCZNY. dla uczniów szkół ponadgimnazjalnych województwa zachodniopomorskiego w roku szkolnym 2018/2019 TEST

cz. 2. dr inż. Zbigniew Szklarski

Stany skupienia materii

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

Transkrypt:

Siła magnetyczna działająca na przewodnik F 2 B b F 1 F 3 a F 4 I siła Lorentza: F B q v B IL B F B ILBsin a moment sił działający na ramkę: M' IabBsin a B F 2 b a S M moment sił działający cewkę o N zwojach N M' NIabBsin a S wektor powierzchni: wektor prostopadły do powierzchni o długości równej polu powierzchni F 4

Dipolowy moment magnetyczny cewka: N NIS I S Kierunek wektora m wybieramy prostopadle do płaszczyzny przekroju cewki zgodnie z regułą prawej dłoni moment siły: M NIabBsin a NISBsin a Bsina ogólnie: M B energia potencjalna dipola w zewnętrzynym polu magnetycznym: E p a B B cos a

Magnes jako dipol magnetyczny Najprostrzą strukturą magnetyczną, która może istnieć(wedle obecnej wiedzy) jest dipol magnetyczny. Dotychczas nie stwierdzono istnienia monopoli magnetycznych

Magnetyzm i elektrony 1. 2. spinowy moment magnetyczny: ruch elektronów w przewodniku S e m S S wektor spinu elektronu I nie można zmierzyć wektora S, jedynie jego rzut na oś mierzona składowa jest skwantowana R B S z m S h m S 1 2 - magnetyczna spinowa liczba kwantowa składowa z spinowego momentu magnetycznego: B 0I 2R S,z e m S eh z 2m B eh 2m 9.27 1024 J T - magneton Bohra

Spinowy moment magnetyczny elektronu S S

3. Orbitalny moment magnetyczny Orbitalnemu momentowi pędu elektronu towarzyszy orbitalny moment magnetyczny: e orb L orb 2m Dla składowej z: L orb,z m l h m l 0,1 2,...,l orb,z e 2m L orb,z m l eh 2m m l B moment magnetyczny elektronu jest sumą wektorową momentów spinowego i orbitalnego momenty magnetyczne mają też protony i neutrony, ale są one ok. 1000x mniejsze niż moment magnetyczny elektronu Dipolowy moment magnetyczny w jednostkach SI x (10-27 J/T): elektron -9284,764 proton +14,106067 neutron -9,66236

Materiały magnetyczne Jeżeli suma wszystkich momentów magnetycznych atomów wytwarza pole magnetyczne to o materiale mówimy, iż ma własności magnetyczne DIAMAGNETYZM: wszystkie powszechnie spotykane materiały słabe momenty magnetyczne są indukowane gdy materiał umieścimy w zewnętrznym polu magnetycznym suma ta wytwarza w materiale słabe wypadkowe pole magnetyczne PARAMAGNETYZM: materiały zawierające pierwiastki przejściowe, lantanowce, aktynowce. każdy atom ma trwały wypadkowy moment magnetyczny, ale momenty są zorientowane przypadkowo i wypadkowo materiał nie wytwarza pola magnetycznego w zewnętrznym polu magnetycznym momenty te się porządkują i wytwarzają pole magnetyczne FERROMAGNETYZM: żelazo, nikiel, kobalt, metale ziem rzadkich oraz niektóre związki stopy tych pierwiastków częściowo uporządkowane momenty magnetyczne zewnętrzne pole magnetyczne powoduje powstanie silnego pola magnetycznego w materiale, które w przeciwieństwie do paramagnetyków nie znika po odjęciu pola zewnętrznego

PARAMAGNETYKI FERROMAGNETYKI

Podatność magnetyczna Wielkość fizyczna określająca zachowanie materiału (zwrot siły działajacej na materiał) pod wpływem zewnętrznego pola B liczona na jednostkę objętości materiału (jeden pierwiastek): N 0 B F S B 2 2 0 0 N przenikalność diamagnetyczna próżni moment magnetyczny atomu liczba atomów na jednostkę objętości S pole przekroju kawałka materiału siła działająca na materiał w zewnętrznym polu B: namagnesowanie: M B χ < 0 substancja jest diamagnetykiem χ = 0 - brak podatności, np. dla próżni χ > 0 - substancja jest paramegnetykiem χ >> 0 - substancja jest ferromagnetykiem

Diamagnetyki W diamagnetyku zewnętrzne pole B zew indukuje moment magnetyczny skierowany przeciwnie do B zew. Diamagnetyk jest wypychany z zewnętrznego pola magnetycznego 0 NZe2 6m r2 N Z r 2 atomów elektronów w atomie - średni kwadrat odległości elektronów od jądra

Paramagnetyki W diamagnetyku zewnętrzne pole B zew indukuje moment magnetyczny skierowany zgodnie z B zew. Paramagnetyk jest wciągany do zewnętrznego pola magnetycznego

Prawo Curie-Weissa Eksperymentalne prawo określające zależność (T) prawo Curie: C C gn 0 B l l 1 T 3k B prawo Curie - Weissa C T T C C stała Curie (stała materiałowa) T C temperatura Curie (stała materiałowa) N liczba atomów l magnetyczna liczba kwantowa g czynnik Landego (dla elektronu = 2)

Prawo Curie-Weissa - przykłady Keitaro Tezuka, Yoshihiro Doi and Yukio Hinatsu J. Mater. Chem., 2002, 12, p. 1189-1193 U. Kobler, A. Hoser, J. Bos, W. Schafer, L. Pohlmann, Physica B: Cond. Matt. 355, 1-4, (2005) p. 90-99 U. Kobler, A. Hoser, J.U. Hoffman, Physica B: Cond. Matt. 382, 1-2, (2006) p. 98-104

Ferromagnetyzm źródłem jest t.zw. oddziaływanie wymienne spiny elektronów w jednym atomie oddziaływują ze spinami innych atomów posiadają trwałe uporządkowanie momentów magnetycznych, co skutkuje wytwarzaniem przez ferromagnetyk pola magnetycznego uporządkowanie to znika powyżej temperatury Curie i ferromagnetyk staje się paramagnetykiem

1 elektron 0.54 elektronu Ferromagnetyzm 0.54 elektronu 2x5 elektronów 2x4.73 elektronów 4.46 elektronów 5 elektronów 4s 3d 4s 3d 4s 3d Cu - diamagnetyk Ni powyżej T C - paramagnetyk Ni poniżej T C - ferromagnetyk

Domeny magnetyczne makroskopowe obszary uporządkowania momentów magnetycznych same domeny rozłożone przypadkowo B bez zewnętrznego pola w zewnętrznym polu B

Domeny magnetyczne

Taśma magnetofonowa Domeny magnetyczne taśmy są namagnesowane N-S lub S-N Odpowiada to systemowi binarnemu Gdy taśma się przesuwa pole magnetyczne indukuje się w żelaznej głowicy Pole to zmienia się zgodnie z orientacją domen Zmiany pola magnetycznego powodują zmiany prądu w cewce owiniętej na głowicy Cewka podłączona jest do wzmacniacza

Pojemność twardych dysków gigantyczny magnetoopór (GMR) indukcyjne magnetoopór (MR)

Pojemność twardych dysków

Magnetoopór (MR) Magnetoopór, inaczej zjawisko Gaussa - zjawisko polegające na zmianie oporu metali i półprzewodników pod wpływem pola magnetycznego. W polu magnetycznym tor cząstki naładowanej zakrzywia się, więc droga jaką pokonuje cząstka ulega wydłużeniu. Objawia się to zmniejszeniem natężenia prądu (wzrostem oporu). Przykład: Dysk Corbino (1911)

0.54 elektronu Anizotropowy magnetoopór (AMR) 4s 4.46 elektronów 5 elektronów 3d Ni poniżej T C - ferromagnetyk Zmiana oporu zależy nie tylko od natężenia pola magnetycznego, ale też od jego kierunku Na skutek oddziaływania wymiennego istnieje inna ilość elektronów o spinie niż o spinie. rózna ilość wolnych stanów dla elektornów i dla elektronów różne prawdopodobieństwo przejścia między pasmami dla elektronów o spinie zgodnym i przeciwnym do kierunku namagnesowania

Głowice AMR czułość detekcja pól magnetycznych rzędu 1 T (0.001 pola Ziemi) permaloj (Fe 79%, Ni 21%), supermaloj (Fe 79%, Ni 15,5%, Mo 5%, Mn 0.5%) zastosowanie (do lat 90-tych): głowice magnetofonów głowice odczytu twardych dysków elektroniczne kompasy miernictwo elektryczne

Gigantyczny magnetoopór Dla równoległej konfiguracji kierunków namagnesowania w warstwach ferromagnetycznych ( ) prawdopodobieństwo rozpraszania dla elektronów ze spinem i są różne. Elektron ze spinem jest słabo rozpraszany zarówno na pierwszej, jak i drugiej warstwie, natomiast elektron ze spinem jest silnie rozpraszany na obu warstwach. Odkrycie 1988 Albert Fert i Peter Grünberg