Nanotechnologie in der Schule - Prof. Dr. Thomas Wilhelm
Teilen Einbetten Melden
ePaper herunterladen

Nanotechnologie in der Schule - Prof. Dr. Thomas Wilhelm

Nanotechnologie in der Schule - Prof. Dr. Thomas Wilhelm Nanotechnologie in der Schule - Prof. Dr. Thomas Wilhelm

thomas.wilhelm.net
von thomas.wilhelm.net Mehr von diesem Publisher
02.02.2013 Aufrufe

8 Ferrofluide, Magnetismus und Curie-Temperatur mit der relativen Permeabilität µrel: µrel = 1 + χmag (8.6) Die Suszeptibilität ist hierbei entscheidend für die magnetische Eigenschaft des Stoffes. So besitzen diamagnetische Stoffe eine kleine negative Suszeptibilität. Paramagnetische Stoffe hingegen besitzen eine kleine positive Suszeptibilität, die jedoch im Unterschied zu den diamagnetischen temperaturabhängig ist. Der Betrag der Größenordnung liegt bei beiden etwa im Bereich von 10 −5 . Etwas komplexer sind ferromagnetische Materialien. Sie besitzen im Vergleich zu den pa- ramagnetischen Stoffen eine sehr große positive Suszeptibilität χmag. Bereits schwache Ma- gnetfelder genügen, um bei einem solchen Material eine weitgehend gleiche Ausrichtung der atomaren magnetischen Dipolmomente zu bewirken. µrel, das sich nach Gleichung (8.5) auf der vorherigen Seite aus dem Verhältnis von B zu Baus errechnet, ist hier jedoch nicht kon- stant. Für Eisen liegt sie beispielsweise im Bereich von 5000 bis 100 000. Bei manchen Materialien bleibt die Ausrichtung der Dipolmomente nach Entfernen des Magnetfeldes erhalten und man erhält einen Permanentmagnet. Hier ist jedoch µrel nicht definiert, da diese Stoffe auch ohne externe Magnetfelder magnetisch sind. Eine genauere Behandlung der ferromagnetische Stoffe findet man in Kapitel 8.4 auf der nächsten Seite. 8.3 Curie-Temperatur In ferromagnetischen Materialien lässt sich eine starke Wechselwirkung von benachbarten magnetischen Dipolen feststellen. So richten sich in mikroskopisch kleinen Raumbereichen die magnetischen Momente aneinander aus. Dies geschieht auch ohne externes Magnetfeld. Diese Bereiche werden magnetische Domänen bzw. Weißsche Bezirke genannt. Allerdings ist die Richtung der Magnetisierung in jedem Bereich verschieden. Deswegen ist das re- sultierende magnetische Moment der gesamten Probe gleich null. Abbildung 8.2 auf der nächsten Seite veranschaulicht die Ausrichtung der magnetischen Dipolmomente in kleinen Raumbereichen bei ferromagnetischen Materialien. Ab einer gewissen Temperatur des Materials ist die thermische Bewegung der Dipole so stark, dass diese die gleiche Orientierung der magnetischen Momente innerhalb eines Be- zirkes aufhebt. Das Material wird paramagnetisch. Man nennt diese Temperatur die Curie- Temperatur TC. 92

8.4 Hysterese Abb. 8.2: Ausrichtung der magnetischen Dipolmomente bei ferromagnetischen Stof- fen in einem Raumbereich [Wikb] In Tabelle 8.1 sind für einige ferromagnetische Materialien die Curie-Temperatur TC und deren Schmelztemperatur Tschm dargestellt [Dem06, Tabelle 3.3, Seite 112]. Material TC/K Tschm/K TC/Tschm Kobalt 1395 1767 0,789 Eisen 1033 1807 0,572 Nickel 627 1727 0,363 Europiumoxid 70 1145 0,061 Tab. 8.1: Curie- und Schmelztemperatur von verschiedenen Metallen In den folgenden Kapiteln soll aufgezeigt werden, dass es mit Hilfe der Nanotechnologie möglich ist, trotzdem eine magnetische Flüssigkeit herzustellen. 8.4 Hysterese Man betrachte wie in Kapitel 8.2 auf Seite 90 einen langen Eisenstab, der in das innere einer stromdurchflossenen Zylinderspule gebracht wird [Tip09, Seite 1076 f.]. Der Strom durch die Spule soll dabei sukzessive erhöht werden. Dementsprechend steigt Baus. Da es sich um einen ferromagnetischen Stoff handelt, sind Baus und M gleichgerichtet. Es gilt nach Gleichung (8.5) auf Seite 91: B = Baus + µ0M = µ0(n/l)I + µ0M (8.7) wobei der zweite Summand bei ferromagnetischen Stoffen oft um den Faktor 10 3 größer ist als der erste Summand. 93

8.4 Hysterese<br />

Abb. 8.2: Ausrichtung <strong>der</strong> magnetischen Dipolmomente bei ferromagnetischen Stof-<br />

fen <strong>in</strong> e<strong>in</strong>em Raumbereich [Wikb]<br />

In Tabelle 8.1 s<strong>in</strong>d für e<strong>in</strong>ige ferromagnetische Materialien die Curie-Temperatur TC und<br />

<strong>der</strong>en Schmelztemperatur Tschm dargestellt [Dem06, Tabelle 3.3, Seite 112].<br />

Material TC/K Tschm/K TC/Tschm<br />

Kobalt 1395 1767 0,789<br />

Eisen 1033 1807 0,572<br />

Nickel 627 1727 0,363<br />

Europiumoxid 70 1145 0,061<br />

Tab. 8.1: Curie- und Schmelztemperatur von verschiedenen Metallen<br />

In den folgenden Kapiteln soll aufgezeigt werden, dass es mit Hilfe <strong>der</strong> <strong>Nanotechnologie</strong><br />

möglich ist, trotzdem e<strong>in</strong>e magnetische Flüssigkeit herzustellen.<br />

8.4 Hysterese<br />

Man betrachte wie <strong>in</strong> Kapitel 8.2 auf Seite 90 e<strong>in</strong>en langen Eisenstab, <strong>der</strong> <strong>in</strong> das <strong>in</strong>nere<br />

e<strong>in</strong>er stromdurchflossenen Zyl<strong>in</strong><strong>der</strong>spule gebracht wird [Tip09, Seite 1076 f.]. Der Strom<br />

durch die Spule soll dabei sukzessive erhöht werden. Dementsprechend steigt Baus. Da es<br />

sich um e<strong>in</strong>en ferromagnetischen Stoff handelt, s<strong>in</strong>d Baus und M gleichgerichtet.<br />

Es gilt nach Gleichung (8.5) auf Seite 91:<br />

B = Baus + µ0M = µ0(n/l)I + µ0M (8.7)<br />

wobei <strong>der</strong> zweite Summand bei ferromagnetischen Stoffen oft um den Faktor 10 3 größer ist<br />

als <strong>der</strong> erste Summand.<br />

93

logo

Produkte

Ressourcen

Unternehmen

AGB
Datenschutzerklärung
Cookie-Richtlinien
Cookie-Einstellungen
Impressum
Change language
Made with love in Switzerland
© 2024 Yumpu.com all rights reserved

Hurra! Ihre Datei wurde hochgeladen und ist bereit für die Veröffentlichung.

Erfolgreich gespeichert!

Leider ist etwas schief gelaufen!