Elektryczność i Magnetyzm Wykład: Jan Gaj Pokazy: Tomasz Kazimierczuk/Karol Nogajewski, Tomasz Jakubczyk Wykład dwudziesty 27 kwietnia 2010

Z poprzedniego wykładu Związki wektorów B, H i M Podatność i przenikalność magnetyczna Warunki ciągłości na granicy ośrodków Wpływ geometrii na pole magnesów, analogie z elektrostatyką Magnetometry: Faradaya, ekstrakcyjny, Fonera

Pomiar namagnesowania Metoda Faradaya (pomiar podatności) Metoda ekstrakcyjna Metoda wibracyjna (Fonera) SQUID Susceptometr AC Iloczyn indukcji i jej gradientu stały w pewnym obszarze

Superconducting Quantum Interference Device 0 = e/2h  210-15 Tm2

Susceptometr AC Pomiar różnicy napięć indukowanych w dwóch zwojnicach mV

Namagnesowanie w polu zewnętrznym w przybliżeniu liniowym Długi walec wzdłuż pola Zaniedbywalne pole demagnetyzacji Walec prostopadły do pola Silne pole demagnetyzacji 150

Co to znaczy długi walec? W środku walca pole demagnetyzacji pochodzi od obu końców czyli Najłagodniej: to pole ma być zaniedbywalne w porównaniu z H0 Przypadek liniowy – stała podatność daje Wymaganie zaostrzone ze względu na wzmocnienie pola H’ przez podatność W szpilce: d = 21 mm, 2R = 0.8 mm   300

Klasyfikacja empiryczna materiałów Diamagnetyzm:  < 0, nie zależy od T Paramagnetyzm: 0 <  << 1,  maleje z T Ferromagnetyzm:  >> 1

Ferromagnetyk: temperatura Curie Rozgrzany drut żelazny przestaje być przyciągany przez magnes Wahadło z przejściem fazowym

Domeny w ferromagnetyku Obraz Przemagnesowanie

Obserwacja domen Efekt Faradaya: obrót płaszczyzny polaryzacji światła w polu magnetycznym I Skręcenie proporcjonalne do drogi przebytej w materiale

Mikroskop sił magnetycznych (MFM)

Obrazy AFM i MFM

Skąd się biorą domeny? B R r dl  Dipol B(R) ~ R-3 Kwadrupol B(R) ~ R-4 krótszy zasięg, mniejsza energia pola zewnętrznego

Efekt Barkhausena N S Wzmac- niacz Oscylo- skop Trzaski (impulsy) Wniosek: skokowe zmiany namagnesowania

Ferromagnetyk: krzywa namagnesowania -X Obwód całku- jący Oscylo- skop ~ Tendencja do nasycenia w silnym polu Histereza: niejednoznaczność krzywej namagnesowania

Parametry krzywej namagnesowania Namagnesowanie nasycenia Pozostałość magnetyczna Pole koercji Magnetyki twarde (duże Hc) i miękkie (małe Hc)

Miękkie i twarde magnetyki Material Coercivity (Oersteds = 10-4 T/0) Supermalloy Fe15.7Ni79Mo5Mn0.3 0.002 Permalloy, Ni81Fe19 0.05-1 Silicon Iron 0.4-0.9 Soft Wrought Iron 2 Co 20 Ni 150 Ni1-xZnxFeO3, a microwave material 15-200 Alnico, a common refrigerator magnet 1500-2000 CoPtCr disk drive recording media 1700 NdFeB 10,000-12,000 Fe48Pt52 12,300+ SmCo5 40,000

Namagnesowanie nasycenia Magnetization curves of 9 ferromagnetic materials, showing saturation. 1.Sheet steel, 2.Silicon steel, 3.Cast steel, 4.Tungsten steel, 5.Magnet steel, 6.Cast iron, 7.Nickel, 8.Cobalt, 9.Magnetite

Praca przy zmianie namagnesowania Energia momentu magnetycznego w polu Energia pola w próżni Gęstość energii w długiej zwojnicy Praca przemagnesowania przy obiegu pętli histerezy

Skąd się bierze histereza? Anizotropia mikroskopowego momentu magnetycznego Minimum energii H = 1 H = 2 H = 0 Energia (j. u.) Kąt (radiany) krzywa histerezy

Rodzaje anizotropii magnetycznej       1. Kształtu: długozasięgowe oddziaływanie dipoli magnetycznych, faworyzuje pole w płaszczyźnie                               2. Krystaliczna: oddziaływania lokalne

Ścianka domenowa Najczęściej w warstwach Najczęściej w materiale 3D Wyjaśnienie: anizotropia kształtu

Jak namagnesowanie zmienia się w polu?

Przebieg magnesowania