Magnetischer Dipol - Physik (Uni Würzburg)
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Einführung in die Physik II für Studierende der Naturwissenschaften und Zahnheilkunde VL # 27, 30.06.2009 Vladimir Dyakonov Experimentelle Physik VI [email protected] Professor Dr. Vladimir Dyakonov, Experimentelle Physik VI Organisatorisches • schriftliche Vordiplom-Klausur im SS 2009 für Biologen, Biomediziner, Informatiker, LA etc. findet immer noch am Samstag, den 26. September 2009 statt!!!! • Klausuranmeldung über SB@home. Einführung - Dr. Schutte am 14.07 und am 23.07 • Achtung: Anmeldungszeitraum 13.07.09-25.07.09 Professor Dr. Vladimir Dyakonov, Experimentelle Physik VI Materie im Magnetfeld • Dia• Para• Ferro- Magnetische Dipole -q p (Dipolmoment) +q Elektrischer Dipol Zwei Ladungen q im Abstand l Dipolmoment p = q l l Magnetischer Dipol Kreisstrom Strom umschließt Fläche A (r2π) A A I magnetisches Dipolmoment m=IA Strom × F läche Atomare magnetische Momente Bohrsches Atommodell Elektron kreist um Kern Magnetisches Moment m = I A Kreisendes Elektron mit Ladung e = Ladungstransport = Strom I = Ladung/Zeit = e/T, wobei T Umlaufzeit des Elektrons Klassische Berechnung T=2πr/v – Umlaufzeit einer Umdrehung (Weg=2πr) m=1/2evr=1/2evr × m/m = e/2m × L = L=mvr - Drehimpuls Quantenmechanik erlaubt nur bestimmte Bahnen: ganzzahlige Vielfache L = e/2m × nħ = nµB µB= eħ/2m – Borsches Magneton (9.3 x 1024 Am2) Oberflächenstrom Magnetisches Moment Elektronen laufen nicht nur auf Kreisbahnen, sonder drehen sich auch um die eigene Achse (spin) Spin kann als Kreisstrom aufgefasst werden Magnetisches Dipolmoment mspin = µB Bohrsches Magneton Wichtige Definitionen Zwei verschiedene Gruppen von Strömen als Quellen für magnetische Felder: I. Freie Ströme durch makroskopischen Fluss freier Ladungsträger (z.B. Elektromagnet): Magnetische Feldstärke H (extern!) II. Molekulare Ströme durch mikroskopische Bewegung gebundener Ladungen (z.B. Atom): Magnetisierung M (materialabhängig!) Magnetfeld B, ergibt sich als Vektor-Summe: B = µ0 (H + M) µ0 = 4π × 10-7 Vs/Am: magnetische Feldkonstante Magnetisierung M B-Feld eines magnetischen Dipols und des Stabmagnets sind identisch Wie und wie stark richten sich die magnetischen Dipole aus? Diamagnetismus Das Magnetfeld im Werkstoff wird geschwächt Im magnetischen Feld werden magnetische Momente induziert, die zum äußeren Magnetfeld entgegengesetzt gerichtet sind (Lenzsche Regel) Diamagnetismus • Magnetfeldschwächung (kleiner Effekt) • Existiert nur, wenn ein Magnetfeld anliegt χ< 0 Beispiele: • tritt in allen Stoffen auf (inkl. Edelgase) auch Si, Ge, Cu, Bi. • wird häufig durch stärkere Effekte überlagert. Paramagnetismus Atome paramagnetischer Stoffe besitzen ein permanentes Dipolmoment (paarweise ungesättigte Spins (= chem. Radikale) Dipole sind aber ungeordnet, dass keine makroskopische Magnetisierung beobachtbar ist Anlegen eines Magnetfeldes: Ausrichtung der magnetischen Dipole Feldverstärkung Para/ Diamagnetismus • In einem paramagn. Material (Al) entsteht ein makroskopisches magnetisches Dipolmoment, auf welches ein Drehmoment wirkt, bis der Stab entlang der Feldlinien ausgerichtet ist. • Bei einem Diamagneten (Bi) hat das Drehmoment das andere Vorzeichen, die Stabenden werden von den nächstliegenden Magnetpolen abgestoßen (immer!) und der Stab stellt sich senkrecht zu den Feldlinien ein. Para-und Diamagnet Paramagnet Diamagnet
