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

2 Z poprzedniego wykładuZwiązki 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

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

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

5 Susceptometr AC Pomiar różnicy napięć indukowanych w dwóch zwojnicachmV

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

7 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

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

9 Ferromagnetyk: temperatura CurieRozgrzany drut żelazny przestaje być przyciągany przez magnes Wahadło z przejściem fazowym

10 Domeny w ferromagnetykuObraz Przemagnesowanie

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

12 Mikroskop sił magnetycznych (MFM)

13 Obrazy AFM i MFM

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

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

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

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

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

19 Namagnesowanie nasyceniaMagnetization 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

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

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

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

23 Ścianka domenowa Najczęściej w warstwach Najczęściej w materiale 3DWyjaśnienie: anizotropia kształtu

24 Jak namagnesowanie zmienia się w polu?

25 Przebieg magnesowania