Magnetismus und Magnete

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Transkript:

Magnetismus und Magnete Magnetismus fasziniert... Transrapid

Magnetismus und Magnete Magnete sind allgegenwärtig: Türklingel Kühlschranktür Magnetstreifen auf Kreditkarte Telefon Auto Kompass Transformator Computer Elektromotor Lautsprecher

Türklingel Magnetismus und Magnete Magnete sind allgegenwärtig:!"#$%&$'($)*+,-.*./,-0.*/*$".$*".*,$,12*+.*.$3&/1 Kühlschranktür Magnetstreifen auf Kreditkarte Telefon Auto Kompass Transformator Computer Elektromotor Lautsprecher

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Magnetisches Makro- / und Mikro-Magnet elektrisches Feld Magnetische Pole sind nicht trennbar: teilt man einen Magneten, so erhält man immer ord- und üdpol Es gibt keine magnetischen Monopole Magnetische Feldlinien sind in sich geschlossen (sie haben keinen Anfang und kein Ende, d.h. sie laufen im tabmagneten weiter) Es gibt elektrische Monopole, elektrische Feldlinien besitzen Anfang (positive Ladung) und Ende (negative Ladung)

Makro- / Mikro-Magnet Magnetische Pole sind nicht trennbar: teilt man einen Magneten, so erhält man immer ord- und üdpol Es gibt keine magnetischen Monopole

Makro- / Mikro-Magnet Magnetische Pole sind nicht trennbar: teilt man einen Magneten, so erhält man immer ord- und üdpol Es gibt keine magnetischen Monopole Atom Jedes Atom ist ein kleiner Magnet magnetisches Moment

Makro- / Mikro-Magnet Magnetische Pole sind nicht trennbar: teilt man einen Magneten, so erhält man immer ord- und üdpol Es gibt keine magnetischen Monopole Atom Kern Das Elektron ist ein kleiner Magnet (auch der Atomkern) Jedes Atom ist ein kleiner Magnet magnetisches Moment Elektron

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Elektrischer trom und magnetisches Feld Magnetfelder werden durch elektrischen trom hervorgerufen (also durch sich bewegende Elektronen) Magnetfeld trom trom durch elektrischen Leiter erzeugt Magnetfeld Kreisstrom erzeugt magnetisches Dipolfeld

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Atomare tröme und Ferromagnetismus Atom Kern Elektron magnetisches Bahn-Moment

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Atomare tröme und Ferromagnetismus Atom Kern pin Elektron magnetisches pin-moment Bahnbewegung und pin der Elektronen verursachen magnetische Momente

Atomare tröme und Ferromagnetismus Atom Kern Atom pin Elektron magnetisches pin-moment Bahnbewegung und pin der Elektronen verursachen magnetische Momente Falls sich die magnetischen Momente aller Elektronen kompensieren: Diamagnete

Atomare tröme und Ferromagnetismus Atom Kern pin Elektron magnetisches pin-moment Bahnbewegung und pin der Elektronen verursachen magnetische Momente

Atomare tröme und Ferromagnetismus Atom Kern Atom pin Elektron magnetisches pin-moment Bahnbewegung und pin der Elektronen verursachen magnetische Momente Falls sich die Momente nicht kompensieren, bleibt ein atomares magnetisches Moment

Atomare tröme und Ferromagnetismus Atom Festkörper Kern Atom Atom pin Elektron magnetisches pin-moment Bahnbewegung und pin der Elektronen verursachen magnetische Momente Falls sich die Momente nicht kompensieren, bleibt ein atomares magnetisches Moment Atomare Momente in beliebiger Richtung: Paramagnete

Atomare tröme und Ferromagnetismus Atom Kern Atom pin Elektron magnetisches pin-moment Bahnbewegung und pin der Elektronen verursachen magnetische Momente Falls sich die Momente nicht kompensieren, bleibt ein atomares magnetisches Moment

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Atomare tröme und Ferromagnetismus Atom Festkörper Kern Atom Atom pin Elektron magnetisches pin-moment Bahnbewegung und pin der Elektronen verursachen magnetische Momente Falls sich die Momente nicht kompensieren, bleibt ein atomares magnetisches Moment Parallelstellung der atomaren Momente (Eisen, ickel, Kobalt): Ferromagnete

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Hart- und Weichmagnete tabmagnet Eisen

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Hart- und Weichmagnete tabmagnet Eisen tabmagnet Eisen Eise

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Hart- und Weichmagnete tabmagnet Eisen tabmagnet Eisen Eisen Eisen (Weichmagnet) wird immer vom tabmagneten angezogen! Dabei wird das Eisen aufmagnetisiert!

Hart- und Weichmagnete abmagnet Eisen abmagnet Eisen tabmagnet weg: Eisen verliert (scheinbar) seinen Magnetismus

abmagnet abmagnet Also: Eisen Ein magnetisches Material kann sowohl Hart- und Weichmagnete magnetisch als auch unmagnetisch erscheinen! Eisen Warum? tabmagnet weg: Eisen verliert (scheinbar) seinen Magnetismus

Magnetische Domänen (Weiss sche Bezirke) ohne Magnetfeld keine Pole keine Pole Magnetische Domänen: Bereiche paralleler magnetischer Momente, die aber in verschiedene Richtungen magnetisiert sind, getrennt durch Domänenwände Domänen Eisen ist nach außen scheinbar unmagnetisch

Magnetische Domänen (Weiss sche Bezirke) ohne Magnetfeld keine Pole keine Pole Domänen Eisen ist nach außen scheinbar unmagnetisch Eisenschicht Magnetische Domänen: Bereiche paralleler magnetischer Momente, die aber in verschiedene Richtungen magnetisiert sind, getrennt durch Domänenwände ~ 0.5 mm

Magnetische Domänen (Weiss sche Bezirke) ohne Magnetfeld keine Pole keine Pole Domänen Eisen ist nach außen scheinbar unmagnetisch Eisenschicht Eisenblech Magnetische Domänen: Bereiche paralleler magnetischer Momente, die aber in verschiedene Richtungen magnetisiert sind, getrennt durch Domänenwände ~ 0.5 mm

Magnetische Domänen (Weiss sche Bezirke) ohne Magnetfeld keine Pole keine Pole Domänen Eisen ist nach außen scheinbar unmagnetisch Eisenschicht Eisenblech Eisenblech Magnetische Domänen: Bereiche paralleler magnetischer Momente, die aber in verschiedene Richtungen magnetisiert sind, getrennt durch Domänenwände ~ 0.5 mm

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Magnetische Domänen (Weiss sche Bezirke) ohne Magnetfeld keine Pole keine Pole Domänen Eisen ist nach außen scheinbar unmagnetisch

Magnetische Domänen (Weiss sche Bezirke) ohne Magnetfeld im äußeren Magnetfeld keine Pole keine Pole Domänen Eisen ist nach außen scheinbar unmagnetisch Domänenumordnung im Magnetfeld

Magnetische Domänen (Weiss sche Bezirke) ohne Magnetfeld im äußeren Magnetfeld starkes Magnetfeld keine Pole keine Pole Domänen Eisen ist nach außen scheinbar unmagnetisch Domänenumordnung im Magnetfeld ättigung im starken Magnetfeld

Magnetische Domänen (Weiss sche Bezirke) ohne Magnetfeld im äußeren Magnetfeld starkes Magnetfeld keine Pole Eisen tabmagnet keine Pole Domänen Eisen ist nach außen scheinbar unmagnetisch Domänenumordnung im Magnetfeld ättigung im starken Magnetfeld

Magnetische Domänen (Weiss sche Bezirke) ohne Magnetfeld im äußeren Magnetfeld starkes Magnetfeld keine Pole keine Pole Dauermagnet tabmagnet Eisen Domänen Eisen ist nach außen scheinbar unmagnetisch Domänenumordnung im Magnetfeld ättigung im starken Magnetfeld

Magnetische Domänen (Weiss sche Bezirke) ohne Magnetfeld im äußeren Magnetfeld starkes Magnetfeld keine Pole keine Pole Hartmagnet Dauermagnet tabmagnet Eisen Domänen Eisen ist nach außen scheinbar unmagnetisch Domänenumordnung im Magnetfeld ättigung im starken Magnetfeld

Magnetische Domänen (Weiss sche Bezirke) ohne Magnetfeld im äußeren Magnetfeld starkes Magnetfeld keine Pole Weichmagnet keine Pole Hartmagnet Dauermagnet tabmagnet Eisen Domänen Eisen ist nach außen scheinbar unmagnetisch Domänenumordnung im Magnetfeld ättigung im starken Magnetfeld

Zwei Typen von Magneten Hartmagnet Weichmagnet keine Pole keine Pole

Veranschaulichung der Domänen durch Kompassnadeln

b) Kleiner Exkurs in die Physik der Domänenbildung D! 18! m c) d) 10 d) D! 400! m c) 6s ec H a) µm c) 20 0µ m

b) Kleiner Exkurs in die Physik der Domänenbildung D! 18! m c) d) a) Warum bilden sich 10 m überhaupt Domänen? c) µ d) 20 D! 400! m 6s ec H c) 0µ m

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Energieminimierung durch Domänenbildung treufeld leichte Achse Keine Domänen! kostet viel treufeld-energie

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Energieminimierung durch Domänenbildung leichte Achse Domänen! Pole auf einer eite! spart treufeld-energie Mehr Domänen! spart noch mehr treufeld-energie

Energieminimierung durch Domänenbildung Aber: viele Wände kosten viel Wand-Energie Domänenwand

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Domänenbewegung und ättigung im magn. Wechselfeld in zunehmendem Gleichfeld (Magnet drauflegen) FeiB amorphes Band,hergestellt durch Rascherstarrung

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Longitudinale Aufzeichnung Magnet kopf Dicke eines Haares: 100.000 nm Festplatte Festplatte 100 nm Aufzeichnungsspur 200 nm 0.001 mm Flughöhe des Kopfes: <10 nm

Longitudinale Aufzeichnung

Longitudinale Aufzeichnung

Longitudinale Aufzeichnung treufeld

Longitudinale Aufzeichnung treufeld entmagnetisierendes Feld

Longitudinale Aufzeichnung treufeld entmagnetisierendes Feld

Longitudinale Aufzeichnung treufeld entmagnetisierendes Feld

Longitudinale Aufzeichnung treufeld entmagnetisierendes Feld

Bemerkung: dfeb-dauermagnete treufeld entmagnetisierendes Feld

Bemerkung: dfeb-dauermagnete treufeld entmagnetisierendes Feld

Bemerkung: dfeb-dauermagnete treufeld entmagnetisierendes Feld begünstigt eigentlich Domänen

Bemerkung: dfeb-dauermagnete treufeld entmagnetisierendes Feld begünstigt eigentlich Domänen aber: Domänenwand-Energie zu hoch! keine Domänenbildung

Bemerkung: dfeb-dauermagnete treufeld entmagnetisierendes Feld begünstigt eigentlich Domänen aber: Domänenwand-Energie zu hoch! keine Domänenbildung

Bemerkung: dfeb-dauermagnete treufeld entmagnetisierendes Feld begünstigt eigentlich Domänen aber: Domänenwand-Energie zu hoch! keine Domänenbildung

Bemerkung: dfeb-dauermagnete treufeld entmagnetisierendes Feld entmagnetisierendes Feld begünstigt eigentlich Domänen aber: Domänenwand-Energie zu hoch! keine Domänenbildung

Longitudinale Aufzeichnung treufeld entmagnetisierendes Feld

Longitudinale Aufzeichnung treufeld entmagnetisierendes Feld Limit: etwa 100 Gigabit/zoll 2

Momentan: senkrechte Aufzeichnung

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In Zukunft: strukturierte Medien FePt 1 0 Eindomänenteilchen

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Prinzip der magnetischen Datenspeicherung GMR Lese-ensor induktiver chreibkopf Magnetfeld Weichmagnet-chicht Unmagnetische Zwischenschicht Hartmagnet-chicht Lesen

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Prinzip der magnetischen Datenspeicherung GMR Lese-ensor induktiver chreibkopf elektrischer trom Elektron Magnetfeld Weichmagnet-chicht Unmagnetische Zwischenschicht Hartmagnet-chicht ( R el klein Lesen

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Prinzip der magnetischen Datenspeicherung GMR Lese-ensor induktiver chreibkopf ( elektrischer trom Elektron Magnetfeld Weichmagnet-chicht Unmagnetische Zwischenschicht Hartmagnet-chicht ( R el klein Lesen

Prinzip der magnetischen Datenspeicherung GMR Lese-ensor induktiver chreibkopf R el groß ( elektrischer trom Elektron Magnetfeld Weichmagnet-chicht Unmagnetische Zwischenschicht Hartmagnet-chicht ( R el klein Lesen

Prinzip der magnetischen Datenspeicherung R el klein R el groß 1 0 1 1 1 0 1 Lesen: Messen des elektrischen Widerstandes

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neu: MRAM peicher Magnetisch Beim MRAM entsprechen die Bits (1 oder 0) der Magnetisierungsrichtung der weichmagnetischen chicht elektrische Leitung peicherzelle Lesen = Widerstand messen Weichmagnet-chicht Unmagnetische Zwischenschicht Hartmagnet-chicht

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neu: MRAM peicher Aktuelle Forschung: race-track memory

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Domänen im Transformatorblech magnetischer Fluss Fei Bleche U 1 U 2 Primär pule ekundär pule

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Domänen im Transformatorblech magnetischer Fluss Fei Bleche magnn. Wechselfeld U 1 Primär pule U 2 ekundär pule

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Magnetische Diebstahlsicherung

Magnetische Diebstahlsicherung halbhartes Metall (Ein-/Aus-chalter) metallisches Glas (ensor)

Kristalline und amorphe Atomanordnung kristallin amorph

Herstellung metallischer Gläser durch Rascherstarrung Düse chmelze Band Cu-Rad

Domänen auf metallischem Glas Druckspannung Zugspannung 100!m 10!m

Magnetische Diebstahlsicherung halbhartes Metall (Ein-/Aus-chalter) metallisches Glas (ensor)

Metallisches Glas

Metallisches Glas magnetisches Wechselfeld

Barkhausen Versuch

Metallisches Glas magnetisches Gleichfeld

Barkhausen Versuch ättigung: keine Domänen mehr keine Barkhausensprünge

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