Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Magnetyczne ABC - 1 podstawowe prawa magnetyzmu - prawa Ampera i Gaussa oraz Maxwella James Clerk MAXWELL 1865 (1831-1879) André-Marie Ampère 1820 (1775-1836)

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Magnetyczne ABC - 1 podstawowe prawa magnetyzmu - prawa Ampera i Gaussa oraz Maxwella James Clerk MAXWELL 1865 (1831-1879) André-Marie Ampère 1820 (1775-1836)"— Zapis prezentacji:

1 Magnetyczne ABC - 1 podstawowe prawa magnetyzmu - prawa Ampera i Gaussa oraz Maxwella James Clerk MAXWELL 1865 ( ) André-Marie Ampère 1820 ( ) Carl Friedrich GAUSS 1801 ( )

2 Indukcja magnetyczna B 1.Indukcja magnetyczna B [B] = 1 T (tesla) 1 T = Gs (gauss) B mierzona jest poprzez efekt siły Lorentza F L = q v x B

3 Pole magnetyczne H [H ] = 1 A/m H wyliczane formalnie wg. prawa Ampèra z natężenia prądu płynącego przez przewodnik. Cyrkulacja z H wokół przewodnika:

4 Moment magnetyczny Wirowy prąd generuje pole magnetyczne H Dla pętli o powierzchni S prąd o natężeniu i generuje pole określone jako generowane przez dipol magnetyczny [ ] = A m 2

5 Namagnesowanie M Namagnesowanie M jest gęstością momentu magnetycznego [M ] = A/m

6 Związek między B i H W próżni W obszarze zawierającej momenty magnetyczne o magnetyzacji M B = J + B 0 = μ r μ o ·H μ r – względna podatność magnetyczna B 0 = μ o ·H J = μ o ·M 0 4π H/m

7 Prawo Gaussa - definicja B Strumień indukcji magnetycznej B przez dowolną powierzchnię zamkniętą S jest zawsze równy zeru Równoważne prawa opisujące własności pola magnetycznego: 1) jest bezźródłowe - dla B nie ma źródeł punktowych 2) linie sił pola magnetycznego są ciągłe – linie indukcji B tworzą zawsze krzywe zamknięte

8 Uogólnione prawo Ampera – generacja B poprzez prąd oraz zmianę strumienia E Cyrkulacja z B po dowolnym konturze zamkniętym L jest proporcjonalna natężenia prądu przewodzenia i oraz szybkości zmian strumienia pola elektrycznego przez dowolną powierzchnię S rozpiętą na konturze L. Uwaga: ważne dla próżni, gdzie B = o H

9 Prawo indukcji Faradaya – generacja E dla zmiennego B Cyrkulacja pola elektrycznego E po konturze zamkniętym L jest proporcjonalna do pochodnej po czasie ze strumienia indukcji B przez powierzchnię rozpiętą na tym konturze Prądy wirowe

10 Magnetyzm materii – dwa pytania Pytanie 1: Co jest przyczyną magnetyzmu ? Co jest źródłem pola magnetycznego ? Odpowiedź: (według teorii klasycznej Ampèra) : Źródłem pola magnetycznego są wirowe prądy elektryczne płynące w materiale

11 Pytanie 2 Dlaczego jedne materiały są a inne nie są magnetyczne ? Odpowiedź: własności magnetyczne danej substancji zależą od natężenia zewnętrznego pola magnetycznego oraz od temperatury. Własności magnetyczne wynikają: - z występowania lokalnych momentów magnetycznych - ze sposobu zmiany konfiguracji momentów magnetycznych w przypadku występowania zewnętrznego pola magnetycznego, - ze sposobu zmiany konfiguracji tych momentów w funkcji temperatury.

12 Magnetyczne ABC - 2 magnetyzm elektronu i atomu atom żelaza dia- para i ferro-magnetyzm magnetyzm monokryształu żelaza struktura magnetyczna ferromagnetyka

13 magnetyzm elektronu Magneton Bohra B = 9, J/ T Jaki duży prąd musi płynąć po orbicie kołowej o rozmiarach elektronu, aby wytworzyć µ s ? s = ½, model klasyczny magnetyzmu własnego elektronu: elektron to naładowana jednorodnie, nie przewodząca kula, która WIRUJE wokół własnej osi z momentem pędu Ls. µ s = i · S r m, S = π R 2 3 · 10 – 30 m2 i 3 · A

14 magnetyzm atomu atomu jest sumą momentów magnetycznych spinowych i orbitalnych poszczególnych elektronów m = 0, 1, 2, moment magnetyczny µ l I Q/ T = e · f f = częstość obiegu orbity f = v/ 2πR µ l = I · S = - ½ v R e moment pędu dla ruchu orbitalnego p l = m v R l ħ µ l - e/2 m · p l

15 Co wiemy o atomie żelaza ?

16 Jak namagnesowany jest atom żelaza? Za magnetyzm odpowiadają momenty spinowe 6 elektronów powłoki 3d, Wypadkowy orbitalny moment pędu tych elektronów jest równy zeru (L = 0). Dwa elektrony mają spiny ustawione antyrównolegle. Pozostałe cztery elektrony wytwarzają moment magnetyczny = 2 B (S(S+1)) 1/2. Dla S = 2 uzyskuje się wartość = 4,9 B,, która jest bliska wartości doświadczalnej = 5,4 B

17 Są trzy grupy materiałów magnetycznych Podział ogólny wszystkich ciał ze względu zachowanie się stanu namagnesowania ciała w funkcji natężenia zewnętrznego pola magnetycznego na trzy grupy materiałów: -diamagnetyki - paramagnetyki - ferromagnetyki (antyferromagnetyki, ferrimagnetyki) -Charakterystyka makroskopowa tych materiałów: Wzrost natężenia zewnętrznego B powoduje odpowiednio zmianę namagnesowania danego ciała.

18 Trzy sposoby zachowania materiałów pod wpływem pola Efekt polaryzacji dipoli magnetycznych - w kierunku pola zewnętrznego w g zasady: dipol magnetyczny przyjmuje minimum energii, gdy µ jest r ó wnoległy do B. Jak zmienia się namagnesowanie przy wzroście natężenia pola z ewnętrznego ? 1) ma zwrot przeciwny (!!!!) i wzrasta diamagnetyzm 2) ma zwrot zgodny i wzrasta paramagnetyzm 3) ma zwrot zgodny i bardzo mocno wzrasta ferromagnetyzm. Podatność magnetyczna ośrodka χ

19 Diamagnetyki 1 Wszystkie ciała są diamagnetykami !!! 1846 Faraday bryłka bizmutu jest wypychana z pola magnetycznego, dipol magnetyczny bizmutu ustawia się PROSTOPADLE do kierunku B 0. Efekt jest zasłaniany w paramagnetykach oraz ferromagnetykach Namagnesowanie przeciwne do przyczyny wynika z reguły Lentza, UWAGA: Warunek wystąpienia – kompensowanie się momentów magnetycznych elektronów w atomach zerowy wypadkowy µ atomu

20 Diamagnetyki 2 Indukują się takie zmiany w prędkości ruchu orbitalnego elektronów iż maleje µ l w kierunku B 0 oraz wzrasta w kierunku przeciwnym do B 0 Siła Lorentza F b maleje prędkość kątowa ω oraz µ l równoległy do B Siła Lorentza Fb wzrasta prędkość kątowa ω oraz µ l antyrównoległy do B

21 Paramagnetyzm 1 Dla molekuł o niezerowym momencie magnetycznym występuje porządkowanie zewnętrznym polem B 0 magnesowanie zaburzone ruchami termicznymi molekuł: wypadkowe M jest znacznie mniejsze od sumy wszystkich Przykład: dla µ A·m 2, B = 1 T, T = 300 K Energie termiczna U T i magnetyczna U B : U T = 3/2 k T 6·10 –21 J; U B = 2 µ B 2·10 –23 J (zmiana przy odwróceniu momentu o 1800) U T 300 U B

22 Prawo Curie dla paramagnetyków Prawo Curie (1895) : M - namagnesowanie B – indukcja pola zewnętrznego, T - temperatura M < M max = µ N / V. Próbka CrK(So4)2, B max 5 T, Halliday, Resnick

23 Ferromagnetyki a) ferromagnetyk b) anty- ferromagnetyk c) ferrymagnetyk Efekt kwantowy momenty magnetyczne ustawiają się spontanicznie RÓWNOLEGLE do kierunków łatwego magnesowania w sieci. UWAGA: mogą wystąpić układy antyferromagnetyka – z ustawieniami na przemian - MnO 2 lub ferrymagnetka (mieszanina dwa różne rodzaje jonów magnetycznych) – ferryt Fe ++, Fe+++.

24 Ferromagnetyzm - wyjaśnienie Oddziaływanie elektronów 3d ze zbliżonych sąsiednich atomów Energia oddziaływujących elektronów 0

25 Ferromagnetyzm innych materiałów Wartość momentów magnetycznych ( w jednostkach magnetonów Bohra) dla jednego atomu w ferromagnetycznych stopach na bazie żelaza, niklu i kobaltu w funkcji liczby elektronów przypadającej na jeden atom

26 Struktura domenowa - kompromis Podział kryształu na domeny magnetyczne obniżający energię wewnętrzną Struktura domenowa monokryształu żelaza

27 Przykłady struktur domenowych - Fe

28 Stuktura domenowa Fe detale Fe, D = 135 m J, Degauque, B. Astie; phys. stat. sol. (a), 74 (1982)

29 Struktury ferryt-perlite M. G. Hetherington at all, High-voltage Lorentz electron microscopy studies of domain structures and magnetization process in pearlitic steel; Phil. Mag. B, 56, (5), (1987)

30 granice domen i odkształcenia magnetostrykcyjne atomy żelaza magnesowane w kierunku łatwego magnesowania oddalają się od siebie o względną wartość 100 = 20,7 ·10 -6 Zwiększeniu odległości wzdłuż kierunku towarzyszy zmniejszenie odległości w kierunku doń prostopadłym o wartość równą połowie stałej 100.

31 Proces magnesowania efekty histerezowe (HBN, MAE) wpływ naprężeń na magnesowanie

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

33 Magnesowanie - Fe Ruch granicy domenowej

34 Ruch granicy domenowej – pokonywanie defektów [Electronic Materials] Kierunek ruchu granicy

35 Magnesowanie Fe-Si Fe-Si (stal transformatorowa) rozmiar rzędu mm, technika Kerra; m/dev/images/dipole1.jpg

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

37 Skutki skoku Barkhausena a)lokalna zmiana namagnesowania i odkształceń sieci krystalograficznej b) generowanie fali elektromagnetycznej c) generowanie fali akustycznej

38 Efekt Barkhausena Ruch granicy domenowej jest skokowy - Skok Barkhausena. Skokowa zmiana lokalnego namagnesowania indukuje impuls napięciowy w cewce detekcyjnej 1919

39 Efekt Barkhausena

40 Emisja magnetoakustyczna EMA

41


Pobierz ppt "Magnetyczne ABC - 1 podstawowe prawa magnetyzmu - prawa Ampera i Gaussa oraz Maxwella James Clerk MAXWELL 1865 (1831-1879) André-Marie Ampère 1820 (1775-1836)"

Podobne prezentacje


Reklamy Google