Magneettiset materiaalit

Transkriptio

1 Magneettiset materiaalit Minna Haavisto

2 Torstai :00 Magnetismi (1 h); Minna Haavisto, Magneettiteknologiakeskus 9:45 Tauko 10:00 Magnetismin materiaalifysikaalinen tausta (2 h); Petriina Paturi, Turun Yliopisto, Fysiikan laitos 11:30 Lounastauko 12:15 Ferromagneettiset materiaalit (2h); Harri Kankaanpää, Magneettiteknologiakeskus 13:45 Kahvitauko 14:00 Pehmeämagneettiset materiaalit (2 h); Timo Santa-Nokki, Magneettiteknologiakeskus 2

3 Perjantai :00 Metalliset kestomagneetit (2 h); Kari Aittoniemi, Neorem Magnets Oy 9:45 Tauko 10:00 Muoviin sidotut magneetit (2 h); Martti Paju, Magneettiteknologiakeskus 11:30 Lounastauko 12:15 Magnetointi ja magneettimateriaalien laadunvalvonta (In English) (2 h); Martin Voigt, Ing.-Büro M. Voigt 13:45 Kahvitauko 14:00 Funktionaaliset magneettiset materiaalit (2 h); Kari Ullakko, Variox 3

4 MAGNETISMI 7. Modernit kestomagneetit 1. Myytit ja alku 2. Ensimmäinen magneettinen laite 6. Magneettinen tallennus 5. Ymmärrys magnetismin alkuperästä Seitsemän tärkeää ajankohtaa magnetismin historiassa 3. Eläinmagnetismi 4. Sähkömagneettinen vallankumous Trinity College Dublin 4

5 1. Myytit ja alku Magneettiset kivet (lodestone) on tunnettu jo n. 800 luvulta ekr. Nykyään magneettinen kivi tunnetaan magnetiittina, joka koostuu rautaoksidimineraaleista Maaperän magnetiitti on todennäköisesti salaman aiheuttaman magneettikentän magnetoimaa Kreikkalaisen myytin mukaan magneetti on saanut nimensä Magnes nimisen paimenen mukaan Antiikin Kreikan filosofit, kuten Sokrates, yrittivät selittää magneettisuutta mm. kivien sielulla 5

6 2. Ensimmäinen magneettinen laite Kompassi muutti maailman Ensimmäinen kompassia muistuttava laite oli Kiinalainen etelän osoittaja n. 200 luvulta Kiinalaiset oppivat magnetoimaan rautaneuloja n. 500 luvulla Eurooppalaiset oppivat kompassin valmistustaidon vasta 1200 luvulla 6

7 Kompassin toimintaperiaatteen ymmärtäminen William Gilbert: De Magnete, v Todennäköisesti ensimmäinen tieteellinen tutkielma maailmassa Myyttien murtaja William Gilbert Maapallo on suuri magneetti 7

8 Magneettien sielusta luopuminen Maan magneettikentän kuvasi ensimmäisenä filosofi ja fyysikko René Descartes 1600 luvulla Kyseenalaistamalla perinteisen sielu/ruumis ajattelun loi pohjaa teoreettiselle tieteelle 8

9 3. Eläinmagnetismi 1700 luvulla Paracelsus niminen lääkäri kehitti teorian magneettien parantavasta vaikutuksesta 1774 Anton Mesmer aloitti menestyksekkäästi potilaiden hoitamisen Maailmanmenestys 9

10 4. Sähkömagneettinen vallankumous Tanskalainen Hans-Christian Örsted osoitti ensimmäisenä sähkövirran ja magnetismin välisen yhteyden 1820 Myöhemmin samana vuonna Ampère ja Arago julkaisivat teorian solenoidin magnetoivasta vaikutuksesta Hans Christian Örsted 10

11 1831: Faraday esitti teoria sähkömagneettisesta induktiosta 1845: Faraday esitti teoria magneettikentistä, sekä magneto-optisesta Faraday-ilmiöstä Michael Faraday 1873: Maxwell muotoili Faradayn tulokset matemaattiseen muotoon ja liitti mukaan myös Ampèren, Biot ja Savartin sekä Laplacen lait 1888: Hertz osoitti sähkömagneettisten aaltojen olemassaolon 11

12 5. Ymmärrys magnetismin alkuperästä 1900 luvun alussa magnetismin alkuperä oli vielä hämärän peitossa Bohrin atomimalli Kvanttimekaniikka Suhteellisuusteoria Niels Bohr 1930 oli periaatteellinen teoria olemassa 12

13 6. Magneettinen tallennus 1898 Valdemar Poulsen esitteli ensimmäisen magneettiseen tallennukseen perustuvan laitteen 1950 ensimmäiset nauhurit tulivat markkinoille 13

14 1950 Néel esitti teorian yksittäisten magneettisten rakeiden käyttäytymisestä Néelin teoria maankuoren magneettisesta tallentamisesta 1953 MIT:n tietokoneprojektiryhmä esitteli ensimmäisen magneettisen keskusmuistin 14

15 Parikymmentä vuotta magneettinen keskusmuisti oli luotettavin ja edullisin, kunnes se korvattiin puolijohdemuistilla Nykypäivänä RAM muistit ovat pääasiassa puolijohdepohjaisia, nopeutensa ja tallennustiheytensä vuoksi, mutta kovalevyt toimivat magneettisen tallennuksen periaatteella IBM:n magneettisten muistien talennustiheys 15

16 Tulevaisuudessa todennäköisesti molemmat aiemmista korvataan uudentyyppisellä pysyvällä MRAM (Magnetoresistive Random Access Memory) muistilla IBM 16

17 7. Modernit kestomagneetit Trinity College Dublin Magneettien energiatulo tuplaantunut 12 vuoden välein University of Birmingham Koersitiivivoiman parantaminen avainasemassa 17

18 Hystereesikäyrä Remanenssi Saturaatio Koersitiivivoima 18

19 Mitä seuraavaksi? 19

20 Magnetismiin liittyvät ilmiöt, joita nykypäivänä hyödynnetään Sähkömagneettinen induktio Magneettivuon säätäminen sähkövirran avulla Ferromagneettinen vetovoima Magneettinen levitaatio Hall-ilmiö Materiaalien erilaiset reaktiot magneettikentässä 20

21 Sähkömagneettinen induktio Generaattorit Muuntajat Magneettijarrut Helsingin Yliopisto Helsingin Yliopisto Wikipedia Sport-Tiedje 21

22 Magneettivuon säätäminen sähkövirran avulla Sähkökoneet Äänentoisto Induktiokuumennus Wikipedia Ellos UPO ABB 22

23 Ferromagneettinen vetovoima Kiinnitys Erottelu Polar-Tools Tecnomagnete Hansa Magnets Metso Minerals 23

24 University of Oslo Levitaatio Laakerit Levitaatiojunat Lelut SKF Wikipedia 24

25 Hall-ilmiö Massaspektrometrit Elektronimikroskopia Hiukkaskiihdyttimet Hall-anturit University of Calgary Fuusiovoimala Wikipedia ITER Wikipedia 25

26 Materiaalien reagointi magneettikentässä Magneettikuvaus (NMR, MRI) Erilaiset anturit ja säätimet Magnetoresistiivinen Magnetostriktiivinen Magneto-optinen Wikipedia Magnetokalorinen Magnetorheologinen Magneettinen muistimetalli Wikipedia 26

27 Muut Magneettinen vedenkäsittely Magneettinen polttoaineen käsittely Terveysmagneetit 27

28 Perustettu 2004 Perustajat ABB Oy, Kone Oyj, Neorem Magnets Oy, Philips Medical Systems, Luvata Oy, Prizztech Satakuntaliitto, Posek Oy, TTY Henkilöstö: 8 Kestomagneettilaboratorio Suprajohdelaboratorio Teollisuuslähtöinen tutkimus Tutkimuspalvelut Mittauspalvelut Seminaarit TEKES/EU-hankkeet Tiedonsiirto verkostosta TTY, TKK, TY, JY, KTH Ympäristön magneettikenttämittaukset 28

29 TOIMIALUEET KESTOMAGNEETIT SUPRAJOHTEET MAGNEETTISET MITTAUKSET 3D-FEM MALLINNUS 29