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Es gibt keine elementaren magnetische Monopole – wohl aber elementare magnetische Dipole: |
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| mAtom |
= |
S mBohr |
= |
kleinst-
möglich |
| Geradzahliges z
Þ
mAtom = 0
Ungeradzahliges z Þ
m Atom = (1, 2, 3, ...) · mBohr |
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1. Ein magnetisches Bahnmoment
mBahn
, das aus dem "Strom" der Elektronen resultiert, die "im Kreis" um einen Atomkern "fließen". |
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2. Ein magnetisches Spinmoment, d. h. ein mit dem Spin der Elektronen gekoppeltes magnetisches
Moment, das die Elektronen schlicht "haben". | |
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Beide sind ±1
Bohrsches Magneton groß. | |
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Das magnetische Moment eines Atoms kommt von der Überlagerung der Bahn- und
Spinmomente und tendiert dazu, so klein wie möglich zu sein. |
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Damit hat aber die Hälfte der Atome (alle mit ungeradzahligem z) mindestens
ein m Bohr. | |
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Wichtig: Magnetische Momente der Atome können
in jede Richtung zeigen und diese Richtung auch ändern, ohne daß das im
Kristall fest gebundene Atom sich drehen muss! |
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Bei elektrischen Dipolmomenten im Kristall geht das nicht! (Das geht nur bei Flüssigkeiten.) |
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Im magnetischen Feld
gibt es zwei grundlegende Materialeffekte: | |
| Diamagnetische Materialien |
Minimaler Effekt;
vollständig uninteressant für ET&IT,
wird nicht weiter
behandelt. | | Paramagnetische Materialien |
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In Atomen / Kristallen ohne magnetisches Moment der Atome
werden durch ein magnetisches H-Feld welche induziert (Analogon bei Dielektrika: Elektronenpolarisation). |
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In Atomen / Kristallen mit magnetischem Moment der Atome
werden diese Momente im H-Feld etwas ausgerichtet | |
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Interessant sind nur ferromagnetische Materialien,
bei denen zwischen den magnetischen Momenten der Atome eine so starke Wechselwirkung besteht, dass eine Ordnung in den sonst
statistisch verteilten Richtungen der magnetischen Momente auftritt. | |
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In den technisch sehr wichtigen ferromagnetischen Materialien (Fe, Co, Ni)
zeigen die magnetischen Momente alle in dieselbe Richtung, der Nettoeffekt ist einestarke Magnetisierung. |
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In den technisch (noch) unwichtigen anti-ferromagnetischen Materialien (Cr) zeigen
die magnetischen Momente abwechselnd in entgegegesetzte Richtung. Der Nettoeffekt ist keine Magnetisierung |
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In den technisch sehr wichtigen ferrimagnetischen Materialien bleibt trotz antiferromagnetischer
Grundstruktur eine Nettomagnetisierung, da die antiparallelen Momente ungleich groß sind.Þ |
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Die formale Beschreibung folgt der Systematik bei den Dielektrika. |
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| B | = |
µo · H + J = µo
· (H + M) |
| M | = |
J / µo = (µr – 1) · H
= c mag · H |
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Primäre Materialparameter sind die magnetische Polarisation
J oder die Magnetisierung
M sowie die magnetische Suszeptibilität
cmag . | |
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Für Ferromagnetika ist allerdings M nur für kleine Magnetfelder proportional
zu H; die Angabe einer konstanten
magnetischen Suszeptibiltät ist also nur bedingt sinnvoll. | |
© H. Föll (MaWi für ET&IT - Script)
