FERROMAGNEETTISET MATERIAALIT

Koko: px

Aloita esitys sivulta:

Download "FERROMAGNEETTISET MATERIAALIT"

Elsa Aaltonen
8 vuotta sitten
Katselukertoja:

1 FERROMAGNEETTISET MATERIAALIT MAGNEETTITEKNOLOGIAKESKUS Harri Kankaanpää

2 DIAMAGNETISMI Vesi, elohopea, kulta, vismutti,... Magneettinen suskeptibiliteetti negatiivinen: (µ r 1) Heikentää/hylkii heikosti ulkoista magneettikenttää Aiheutuu tyypillisesti yksittäisten elektroniorbitaalien uudelleen suuntautumisesta ulkoisessa magneettikentässä Esiintyy vain ulkoisessa magneettikentässä MAGNEETTITEKNOLOGIAKESKUS 2

..10-4 (µ r 1) Heikentää/hylkii heikosti ulkoista magneettikenttää Aiheutuu

3 DIAMAGNEETTINEN LEVITAATIO Kuvat: Department of Physics and Astronomy, UCLA MAGNEETTITEKNOLOGIAKESKUS 3

4 DIAMAGNETISMI B B = µ 0 H B = µ 0 µ r H H MAGNEETTITEKNOLOGIAKESKUS 4

5 PARAMAGNETISMI Alumiini, Magnesium, Natrium, Platina, O 2,... Magneettinen suskeptibiliteetti positiivinen: (µ r 1) Vahvistaa/vetää puoleensa heikosti ulkoista magneettikenttää Aiheutuu tyypillisesti parittomien elektronien orbitaalien uudelleensuuntautumisesta ulkoisessa magneettikentässä Esiintyy vain ulkoisessa magneettikentässä MAGNEETTITEKNOLOGIAKESKUS 5

..10-4 (µ r 1) Vahvistaa/vetää puoleensa heikosti ulkoista magneettikenttää Aiheutuu

6 PARAMAGNETISMI B B = µ 0 µ r H B = µ 0 H H MAGNEETTITEKNOLOGIAKESKUS 6

7 FERROMAGNETISMI Rauta, koboltti, nikkeli,... Magneettinen suskeptibiliteetti positiivinen ja suuri (µ r 1 ja epälineaarinen!) Vahvistaa/vetää puoleensa voimakkaasti ulkoista magneettikenttää Aiheutuu aineessa olevista alueista, joissa on paljon samansuuntaisia magneettimomentteja Aine jää magneettiseksi vaikka ulkoinen magneettikenttä poistettaisiin Demagnetointi lämmittämällä aine nk. Curie-lämpötilan yläpuolelle MAGNEETTITEKNOLOGIAKESKUS 7

) Vahvistaa/vetää puoleensa voimakkaasti ulkoista magneettikenttää Aiheutuu aineessa olevista alueista, joissa on

8 WEISSIN ALUEET Kiderakenteessa olevia alueita, joiden tilavuus tyypillisesti n m 3 Alueet pitävät sisällään useita magneettisia momentteja, jotka ovat kaikki samansuuntaisia Alueet muodostuvat aineen jäähtyessä Curie-lämpötilan alapuolelle Reagoivat ulkoiseen magneettikentään: Magneettisten domainien uudelleenorientoituminen (suuntautuminen) Ulkoisen magneettikentän kanssa samansuuntaisten domainien kasvu MAGNEETTITEKNOLOGIAKESKUS 8

Alueet muodostuvat aineen jäähtyessä Curie-lämpötilan alapuolelle Reagoivat ulkoiseen magneettikentään:

9 MAGNEETTISET DOMAINIT MAGNEETTITEKNOLOGIAKESKUS 9

10 WEISSIN ALUEET H=0 H= H= H= MAGNEETTITEKNOLOGIAKESKUS 10

11 BLOCHIN SEINÄMÄ Eri suuntiin suuntautuneiden Weissin alueiden välissä on yleensä nk. Blochin seinämä Seinämä on siirtymäkerros, jossa magneettimomenttien suunta vähitellen muuttu siirryttäessä yhdestä Weissin alueesta toiseen Paksuus tyypillisesti n nm Ohuissa kerroksissa Néel:n seinämä on energeettisesti edullisempi Néel:n seinämä on paksuudeltaan n nm MAGNEETTITEKNOLOGIAKESKUS 11

siirryttäessä yhdestä Weissin alueesta toiseen Paksuus tyypillisesti n.

12 Blochin ja Néelin seinämät MAGNEETTITEKNOLOGIAKESKUS 12

13 B FERROMAGNETISMI B = µ 0 H+J!!! Ferromagneettinen paramagneettinen diamagneettinen B = µ 0 H H MAGNEETTITEKNOLOGIAKESKUS 13

14 B vai J? Käytännössä mitataan B ja H Usein halutaan kuitenkin J J=B-µ 0 H B on seurausta J:stä ja H:sta H B H MAGNEETTITEKNOLOGIAKESKUS 14

15 HYSTEREESISKÄYRÄN MITTAAMINEN MAGNEETTITEKNOLOGIAKESKUS 15

16 MAGNETOINTI J J S H MAGNEETTITEKNOLOGIAKESKUS 16

17 REMANENSSI B r J B r H MAGNEETTITEKNOLOGIAKESKUS 17

18 DEMAGNETOINTIKÄYRÄ JA KOERSITIIVIVOIMA H J C B r H C H MAGNEETTITEKNOLOGIAKESKUS 18

19 -B r J = B-µ 0 H HYSTEREESISKÄYRÄT BH JA JH B r - J H C BH C - B H C J H C MAGNEETTITEKNOLOGIAKESKUS 19

20 TYÖPISTE vapaa magneetti Kestomagneetti pyrkii demagnetoimaan itse itsensä Ellei ole muita magneettikentän lähteitä, niin magneetti on tällöin demagnetointikäyrällä eli nk. hystereesiskäyrän toisella kvadrantilla Demagnetointikerroin N riippuu magneetin muodosta J m B i B m µ 0 H m B o MAGNEETTITEKNOLOGIAKESKUS 20

21 J m J B r J m H C Hm =-NJ m /µ0 H MAGNEETTITEKNOLOGIAKESKUS 21

22 TYÖPISTE - vapaa magneetti J Load-line: P c =(1-N)/N Jµ 0 H(µ r -1)+B r B r permeanssi työpiste B m =(1-N)J m H C Hm =-NJ m /µ0 H B r =J m (P c +µ r )/(P c +1) MAGNEETTITEKNOLOGIAKESKUS 22

23 ENERGIATULO (BH) J (BH) max =B r2 /4µ 0 µ r B r H C H MAGNEETTITEKNOLOGIAKESKUS 23

24 TYÖPISTE - käytännössä Magneetti lähes suljetussa piirissä Magneettikenttä ilmaraossa -> työalue Itseisdemagnetointi poistuu -> H m =0 Ulkoinen magneetikenttä jota vastaan magneetti tekee työtä MAGNEETTITEKNOLOGIAKESKUS 24

25 TYÖPISTE - käytännössä J Työpiste, kun H m =0 B r Työpiste, sillä käytännössä H m >0 H C H=H ulk. +H m H=Hulk. H MAGNEETTITEKNOLOGIAKESKUS 25

26 RECOIL LOOP J H MAGNEETTITEKNOLOGIAKESKUS 26

27 LÄMPÖTILARIIPPUVUUS Ferromagneettinen aine on ferromagneettista vain nk. Curie-lämpötilan alapuolella Remanenssi ja koersitiivivoima yleensä heikkenee lämpötilan kasvaessa Reversiibelit muutokset lineaarisella osuudella -> maksimi käyttölämpötila Lämpötilakertoimet (reversible temperature coefficient): Remanenssille: α B r Koersitiivivoimalle:β H c MAGNEETTITEKNOLOGIAKESKUS 27

28 Curie-lämpötila Ferromagneettinen Paramagneettinen MAGNEETTITEKNOLOGIAKESKUS 28

29 FERRIMAGNETISMI JA ANTI- FERROMAGNETISMI Fe 3 O 4 (magnetiitti), BaFe 2 O 4 (barium-ferriitti, BaFe) Kromi, FeMn, NiO, MnO,FeF 2 Kidehilassa olevat vierekkäiset magneettiset momentit suuntautuvat vastakkaisiin suuntiin MAGNEETTITEKNOLOGIAKESKUS 29

30 FERROMAGNETISMI, FERRIMAGNETISMI JA ANTI- FERROMAGNETISMI Ero aiheutuu vierekkäisten atomien välisestä spin-spin vuorovaikutuksesta: E ss = -2J ss S 1 S 2 Jss > 0: Ferromagneettinen kytkentä Jss < 0: Anti-ferromagneettinen kytkentä Vierekkäisten momenttien voimakkuudet voivat olla erisuuret (ferrimagnetismi) yhtäsuuret (anti-ferromagnetismi) MAGNEETTITEKNOLOGIAKESKUS 30

Samankaltaiset tiedostot

Aineen magneettinen luonne mpötilan vaikutus magnetoitumaan

Aineen magneettinen luonne mpötilan vaikutus magnetoitumaan Aineen magneettinen luonne ja lämpl mpötilan vaikutus magnetoitumaan Jaana Knuuti-Lehtinen 3.4.2009 2.4.20092009 1 Johdanto Magnetoitumisilmiö Mistä johtuu? Mitä magnetoitumisessa tapahtuu? Magneettiset