Właściwości magnetyczne litych ferromagnetyków

Prezentacja na temat: "Właściwości magnetyczne litych ferromagnetyków"— Zapis prezentacji:

1 Właściwości magnetyczne litych ferromagnetyków
Ferromagnetyzm 2 Właściwości magnetyczne litych ferromagnetyków Bolesław AUGUSTYNIAK Bolesław AUGUSTYNIAK

2 Spis zagadnień Energia wewnętrzna ferromagnetyka Struktura domenowa
Ruch granicy domenowej Pętla histerezy magnetycznej Bolesław AUGUSTYNIAK Bolesław AUGUSTYNIAK 2

3 Ferromagnetyk podzielony jest na domeny magnetyczne
Struktura domenowa monokryształu żelaza Struktura domenowa to kompromis: minimalizacja całkowitej energii obszaru ‘namagnesowanego’ [1] Bolesław AUGUSTYNIAK

4 Typy domen i granic (dla monokryształu Fe)
Domena domykająca Granica 90o Granica 180o Struktura domenowa dla monokryształu Fe Bolesław AUGUSTYNIAK [1]

5 Składniki energii wewnętrznej
Uwaga: energie od 1) do 4) to są gęstości energii (J/m3 ) energia 5) – gęstość energii powierzchniowej (J/m2) Bolesław AUGUSTYNIAK

6 Energia wymiany Energia wymiany Ww
wynika z efektów kwantowych i jest odpowiedzialna za spontaniczne magnesowanie wewnątrz domeny, gdyż jest ona minimalna przy równoległym ustawieniu momentów magnetycznych sąsiednich atomów. Bolesław AUGUSTYNIAK

7 Energia magnetostatyczna
Energia Ws związana jest z oddziaływaniem pola magnetycznego zewnętrznego H na obszar namagnesowany – Wsh oraz z energią własnego magnetycznego wytwarzane przez dany obszar - Wsd. Pole własne zwiększa energię układu a tym samym przeciwdziała magnesowaniu. Ten efekt opisuje się za pomocą pola demagnetyzującego o natężeniu Hd. Pole to jest proporcjonalne do namagnesowania M danego obszaru Współczynnik demagnetyzacji N zależy od kształtu ciała i kierunku namagnesowania względem osi głównych tego ciała. He – ‘efektywne’ pole wewnątrz obszaru Im większy jest N, tym mniejsze jest natężenie pola wewnątrz materiału ! Bolesław AUGUSTYNIAK

8 Współczynnik demagnetyzacji N
Zależności od współczynnika kształtu m Bolesław AUGUSTYNIAK [3]

9 Energia anizotropii magnetokrystalicznej
Energia Wa związana jest z położeniem wektora namagnesowania względem kierunków krystalograficznych. Dla sieci kubicznej gęstość energii wyznacza się według następującego wyrażenia: gdzie αi są odpowiednio kosinusami kierunkowymi dla kątów między wektorem namagnesowania a osiami krystalograficznymi typu <100> a współczynniki K1 i K2 są stałymi anizotropii magnetokrystalicznej, charakterystycznymi dla danego materiału. Dla żelaza stałe te wynoszą: K1 = 4,5 ·104 a K2 = 1,5· 104 [J/m3] Wykres kątowy zależności energii Wa dla płaszczyzny oraz dla bryły (K1 > 0) UWAGA: dla Ni – stała K1 jest ujemna (K1 = - 5, J/m3-> inny jest kierunek ustawienia momentów magnetycznych względem osi krystalograficznych w Fe w porównaniu z Ni Bolesław AUGUSTYNIAK

10 Konsekwencje znaku K1 dla kierunku M w krysztale
Bolesław AUGUSTYNIAK

11 Granice między domenami
Zmiana kierunku momentów magnetycznych w granicy 180o typu Blocha Bolesław AUGUSTYNIAK

12 Energia granicy domenowej
Bolesław AUGUSTYNIAK

13 Energia magnetosprężysta
Bolesław AUGUSTYNIAK

14 Energia magnetosprężysta 2
Bolesław AUGUSTYNIAK

15 Magnetostrykcja dla monokryształu Fe i Ni
Bolesław AUGUSTYNIAK

16 Magnesowanie materiału litego
Bolesław AUGUSTYNIAK

17 Bolesław AUGUSTYNIAK

18 Struktura Fe-Si [3] Bolesław AUGUSTYNIAK

19 Struktury domenowe 2 [1] Bolesław AUGUSTYNIAK

20 Wpływ pola magnetycznego na strukturę magnetyczną
Ruch granicy domenowej Obrót magnetyzacji Pętla histerezy B(H) Bolesław AUGUSTYNIAK

21 Pętla histerezy magnetycznej ferromagnetyka
a-b: pierwotne magnesowanie (po rozmagnesowaniu) b–c : podczas zmniejszania B0 do zera  pole koercji Hc c–d : podczas zwiększania B0 do maksymalnej wartości (przeciwny kierunek); d-e-c: zmiana B0 od – max do + max. Trzy procesy występujące podczas magnesowania: 1. odwracalne przemieszczenie granic domen 2. nieodwracalne przemieszczenie granic domen (efekt Barkhausena) 3. obrót wektorów namagnesowania w kierunku zewnętrznego B Bolesław AUGUSTYNIAK

22 Bolesław AUGUSTYNIAK

23 Pętla histerezy 2 Bolesław AUGUSTYNIAK

24 Pętla histerezy 3 mm Bolesław AUGUSTYNIAK

25 Małe i duże pętle histerezy
Pętla histerezy 4 Małe i duże pętle histerezy Bolesław AUGUSTYNIAK

26 Ruch granicy domenowej
Magnesowanie - Fe Ruch granicy domenowej Bolesław AUGUSTYNIAK

27 Ruch granicy domenowej – pokonywanie defektów
Kierunek ruchu granicy Bolesław AUGUSTYNIAK [Electronic Materials]

28 Skok granicy domenowej
Ruch granicy domenowej nie jest utrudniony przez defekty sieci Skok Barkhausena: odkotwiczenie granicy domenowej od defektu i jej ruch z prędkością dźwięku przez odcinek (bc) 1- W(x) gęstość energii granicy domenowej 2 g(x) – gradient gęstości energii Bolesław AUGUSTYNIAK

29 Fe-Si (stal transformatorowa) rozmiar rzędu mm, technika Kerra;
Magnesowanie Fe-Si Fe-Si (stal transformatorowa) rozmiar rzędu mm, technika Kerra; Bolesław AUGUSTYNIAK

30 Wpływ temperatury na magnesowanie ferromagnetyka
 Powyżej temperatury Curie Θ ferromagnetyk staje się paramagnetykiem Temperatury Curie 1- żelazo 770o C 2- nikiel 358o C 3- kobalt 1130o C Względne zmiany polaryzacji magnetycznej J w funkcji unormowanej temperatury Bolesław AUGUSTYNIAK

31 Materiały miękkie magnetycznie
Bolesław AUGUSTYNIAK

32 Materiał na przekaźniki
Bolesław AUGUSTYNIAK

33 Materiały twarde magnetycznie
Bolesław AUGUSTYNIAK

34 Magnesy NdFeB Bolesław AUGUSTYNIAK

35 Źródła [1] Fizyczne podstawy magnetyzmu; A. Morrish, PWN, Warszawa ,1970 [2] Introduction to magnetism and magnetic materials; D. Jiles, Chapman and Hall, London, 1991 [3] Ferromagnetism; R. M. Bozorth, D. Van Nostrand Company, Princeton, 1951 [4] Magnetism from Fundamentals to Nanoscale Dynamics; ed. J. Stohr, H.C. Siegmann; Springer, Berlin 2006 [5] [6] [7] [8] [9] [10] Introduction to magnetism and magnetic materials; D. Jiles; Chapman & Hall, London, 1991 [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] Fizyka kwantowa; R. Eisberg, R. Resnick; PWN, Warszawa 1983 [18] [19] Wykłądy z fizyki, t3. ; I. W. Sawieliew; PWN Warszawa 1994 Bolesław AUGUSTYNIAK Bolesław AUGUSTYNIAK 35