Materialeigenschaften: Dielektrika
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Ferromagnetismus Eine Eigenschaft kristalliner Materie Ferromagnetismus • Magnetische Momente in einem Kristallgitter benachbarter Elektronen richten sich ohne äußeres Feld durch ihre Wechselwirkung aus Magnetische Momente auf atomarer Skala Ferromagnetismus • Ferromagnetismus: kollektive Ausrichtung im Gitter, Voraussetzung: – Atome mit magnetischem Moment – Kristallgitter • Sehr starke Magnetisierung unterhalb der Curie Temperatur – Temperaturverhalten nach dem Curie-Weischen Gesetz • Oberhalb der Curie-Temperatur: Paramagnetisch • Hysterese bei Feldumkehr: Domänen-Effekt Versuch • Modell eines Ferromagneten aus Magnetnadeln • Weisssche Bezirke lassen sich mit Magnetfeld von aussen ausrichten Magnetische Momente auf atomarer Skala weitere Strukturen • Abhängig von der Kopplung zwischen den magnetischen Momenten gibt es außerdem – Antiferromagneten – Ferrimagneten – Gekippte Antiferromagneten • In Antiferromagnetika: – Unterhalb der „Neel-Temperatur“ steigt die Magnetisierung, weil die „Neutralisierung“ der gegengerichteten Spins wegen zunehmender Unordnung nachlässt – Bei der „Neel-Temperatur“ Übergang zum Paramagneten Magnetische Eigenschaften bei Ferromagnetismus Magnetische Materialeigenschaft Ferro - Nur im kristallinen Zustand Verhalten im magnetischen Feld Die Suszeptibilität und ihre Temperaturabhängigkeit Permanent vorhandene Keine Stoffkonstante, Dipole ordnen sich durch abhängig von der Austauschwechselwirku Feldstärke und der ng auch ohne äußeres Vorgeschichte, kann Feld in ganzen sehr groß werden, Bereichen, den zeigt die typische Weißschen Bezirken. Mit Hysterese äußerem Feld wachsen Bezirke, die in Feld Richtung liegen, durch M Verschieben der Blochwände. Teilweise klappt auch in ganzen B Bezirken die Magnetisierung gleichzeitig um T TC bis zu 10 4 Magnetische Eigenschaften bei Ferromagnetismus Magnetische Materialeigenschaft Ferro - Nur im kristallinen Zustand Verhalten im magnetischen Feld Permanent vorhandene Dipole ordnen sich durch Austauschwechselwirku ng auch ohne äußeres Feld in ganzen Bereichen, den Weißschen Bezirken. Mit äußerem Feld wachsen Bezirke, die in Feld Richtung liegen, durch Verschieben der Blochwände. Teilweise klappt auch in ganzen Bezirken die Magnetisierung gleichzeitig um Die Suszeptibilität und ihre Temperaturabhängigkeit Nimmt ab mit zunehmender Temperatur, über der T TC Curie Temperatur paramagnetisch: Oberhalb TC:: Curie-Weiss- Gesetz 1 T Tc bis zu 10 4 Beispiele für Curie-Temperaturen einiger ferromagnetischer Materialien: Eisen 744°C Kobalt 1131°C Nickel 372°C Weitere magnetische Eigenschaften in Kristallen Abhängig von der Kopplung zwischen den magnetischen Momenten gibt es außerdem – Antiferromagneten – Ferrimagneten – Gekippte Antiferromagneten • In Antiferromagnetika: – Unterhalb der „Neel-Temperatur“ steigt mit steigender Temperatur auch die Magnetisierung, weil die „Neutralisierung“ der gegengerichteten Spins wegen der zunehmenden Unordnung nachlässt – Bei der „Neel-Temperatur“ Übergang zum Paramagneten Ansicht eines antiferromagnetischen Kristallgitters Die Pfeile stehen für die atomaren magnetischen Momente Beitrag des Ferromagnetismus zum Magnetfeld der Erde: Die Lithosphäre: Schale der Lithosphäre mit erstarrten Mineralien Geo Forschungs Zentrum Potsdam Lithosphäre und Erdkern Die Lithosphäre verursacht Anomalien im Magnetfeld der Erde Erdmagnetfeld am Äquator: B = 0,31G = 31·10-6 T Nordpol Dynamische Ursache des Erdmagnetfelds: Material Ströme in 3000 km Tiefe Effekt des Erdmagnetfelds: Ablenkung des „Sonnenwinds“ Zusammenfassung Ferromagnetismus: kollektive Ausrichtung im Gitter, Voraussetzung: – Atome mit magnetischem Moment – Kristallgitter • Sehr starke Magnetisierung unterhalb der Curie Temperatur • Oberhalb der Curie-Temperatur: Paramagnetisch – mit Temperaturverhalten nach dem Curie-WeissGesetz: χ = 1/(T-TC) • Hysterese bei Feldumkehr: Domänen-Effekt • Beiträge ferromagnetischer Materialeigenschaften zum Erdmagnetfeld: Die Lithospäre finis
