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Anordnungsmöglichkeiten Ferromagnetismus

Ferromagnetismus tritt in Materialien auf, die ungepaarte dreht sich zwischen denen eine Wechselwirkung besteht, die den atomaren magnetisch Momente parallel zueinander. Dies führt zu spontanen und permanenten Magnetfeldern um ein Objekt aus einem ferromagnetischen Material.

Obwohl es in einem Material normalerweise Wechselwirkungen gibt, die die Spins in die gleiche Richtung und Wechselwirkungen, die die Spins in die entgegengesetzte Richtung setzen wollen, dominieren in einem Ferromagneten die ersten Kräfte (sonst a Antiferromagnetismus).

Im Prinzip sind alle Spins in a Ferromagnet in die gleiche Richtung bewegen - in diesem Fall erreicht das Objekt seine magnetische Sättigung und hat ein großes spontanes Magnetfeld. Es ist aber auch möglich, dass die Anordnung der Spins in kleineren Domänen, dem sogenannten Gegenden von Weiss stattfinden. Wenn die Magnetisierungsrichtung der Domänen willkürlich ist, ist das Gesamtfeld des Objekts null, obwohl es eine magnetische Ordnung gibt. Durch Einwirkung eines starken äußeren Feldes können alle Domänen in die gleiche Richtung gezogen (magnetisiert) werden.

Wenn die Temperatur ansteigt, bricht die Temperaturbewegung allmählich die Spinordnung. Bei einer bestimmten Temperatur ist die Curie-Temperaturbricht die Ordnung zusammen, weil die thermische Energie größer geworden ist als die Energie der magnetischen Wechselwirkung. über t_C verhält sich das Material? paramagnetisch, dann bildet die gegen die absolute Temperatur aufgetragene reziproke Suszeptibilität die charakteristische Gerade eines Paramagneten. Die Linie geht jedoch weiter t = t_C statt von t = 0 k denn die Wechselwirkung zwischen den Spins bleibt bestehen, obwohl die thermische Energie die Ordnung behindert.

Wissenschaftliche Beschreibung

Das magnetische Permeabilität=₀(1 χ) und daher auch die magnetische Suszeptibilitätχ ist bei Ferromagneten nicht konstant, sondern a nichtlineare Funktion von landschaftlich Feldstärkehuh und die Geschichte der Magnetisierung. Daher ist in der Regel die (differentielle) magnetische Suszeptibilität χ als Ableitung der Magnetisierung von der Feldstärke betrachtet. Im Sättigungsbereich wird die Magnetisierung null.

Die Beziehung zwischen Magnetisierung${displaystyle {vec {M}}}$ und Magnetflußdichte${displaystyle {vec {B}}}$ ist:

${displaystyle {vec {B}}=mu _{0}left({vec {H}} {vec {M}}ight)=mu {vec {H}}}$

bei welchem

${displaystyle {vec {M}}=chi {vec {H}}}$.

Wenn das Material magnetisch gesättigt ist, bleibt die Magnetisierung konstant ${displaystyle {vec {M}}_{S}}$ einbehalten, was bedeutet:

${displaystyle {vec {B}}=mu _{0}left({vec {H}} {vec {M}}_{S}ight)}$

Hysteresekurve

Hysteresekurve

Wenn ein sich periodisch änderndes externes Magnetfeld angelegt wird, folgt die Magnetisierung eines ferromagnetischen Materials einer Magnetisierungskurve. Ausgehend von Neumaterial ohne Nettomagnetisierung, die erste Anwendung eines externen Feldes huh gehen Sie durch die blaue Kurve. Bei Erreichen der Sättigungsflussdichte B_so bei magnetischer Feldstärke huh_so die Magnetisierung nimmt nicht weiter zu. Wenn dann das Feld umgekehrt wird, ist die Magnetisierung bei Feldstärke huh = 0 noch nicht vollständig auf Null reduziert, es besteht eine remanente Feldstärke B_R als Folge der noch nicht in den ursprünglichen Zustand zurückkehrenden Gegenden von Weiss. Nur wenn die von außen aufgeprägte Feldstärke einen entgegengesetzten Wert hat, ist die Koerzitivfeldstärke huh_C wurde erreicht B = 0. Die durch wechselnde Magnetisierung durchlaufene Fläche der Schleife ist ein Maß für die Verluste. Materialien mit niedrigen Werten von huh_C und daher werden kleine Hystereseschleifen als weichmagnetische Materialien bezeichnet. Ist auf der anderen Seite huh_C sehr groß, dann spricht man von hartmagnetischem Material.

Ferromagnetische Materialien

Die bekanntesten Ferromagnete sind Eisen, Nickel und Kobalt, aber es gibt eine Reihe neuerer Materialien, die aufgrund ihres besonders starken ferromagnetischen Verhaltens beginnen, breite Anwendung zu finden. Sie basieren auf der LanthanoidElemente zum Beispiel smCo₅ und FendB. Für die praktische Anwendung im Elektrotechnik wird Stahl zu laminiertem Transformatorzinn verarbeitet. Rostfreier Stahl ist nicht unbedingt magnetisch, enthält aber einen großen Anteil an Eisen. Die rostfreien Stähle der Serie AISI 300 sind austenitisch und daher im Auslieferungszustand nicht magnetisch. Edelstähle der 400er Serie der AISI sowie Duplex-Edelstähle hingegen sind magnetisch. So zieht es ein Magnet Klinge aber nicht es Griff eines Küchenmessers aus Edelstahl.

Anwendungen

Ferromagnetische Materialien haben zwei Hauptanwendungsgebiete: Permanentmagnete, mit hartmagnetischen Materialien und Kernen für spülen, Elektromagnete und Transformer und können pakete für Elektromotoren und Dynamos. Für letztere Anwendungen zum Beispiel weichmagnetische Materialien Transformator kann und Dynamo kann benutzt. Der ferromagnetische Kern oder das Dosenpaket erhöht die Induktivität der Spulen, so dass die Magnetisierungsströme klein bleiben, und bündelt das von der Spule erzeugte Magnetfeld.

Siehe auch

• Ferrimagnetismus