Download - Magnetne osobine materijala
-
MAGNETNE OSOBINEMAGNETNE OSOBINE
-
MAGNETNE OSOBINEMAGNETNE OSOBINE
Opte o magnetnim osobinama
Dijamagnetizam
Paramagnetizam
Fero, feri i antiferomagnetizam
Poreenje elektrinih i magnetnih osobina
-
MAGNETIZAM MAGNETIZAM ISTORIJATISTORIJAT
Re magnetizam potie od grke rei za izvestan tip minerala koji sadri oksid gvoa (Fe3O4, magnetit), koji je pronaen u Magneziji (Grka) pre vie od 2000 godina.
Osobine ovog minerala: deluje silom
na sline materijale i moe preneti tu osobinu na komad gvoa dodirom.
-
MAGNETIZAM MAGNETIZAM ISTORIJATISTORIJAT
Prva nauna studija magnetizma potie od Wilijema Gilberta, koji je 1600. publikovao knjigu O magnetu.
1820. Hans Kristian Ersted zapazio da elektrina struja proizvodi magnetno polje.
1825. napravljen prvi elektromagnet.
1831. Majkl Faradej i Dozef Henric su nezavisno pokazali da promenljivo magnetno polje proizvodi elektrinu struju u ici koja se nalazi u tom polju (otkrie elektromagnetne indukcije).
-
IZVOR MAGNETNOG POLJAIZVOR MAGNETNOG POLJA
Izvor magnetnog polja je naelektrisanje u kretanju!
Razumevanje izvora polja koje stvara ipka magneta lei u
razumevanju struja na atomskom nivou.
-
MAGNETNE OSOBINEMAGNETNE OSOBINE
Analogija izmeu magnetnih i elektrinih osobina.
Magnetne osobine izazvane naelektrisanjem u kretanju, a
elektrine deformacijom naelektrisanja.
Tri vrste ponaanja:
dijamagnetizam
paramagnetizam
feromagnetizam, ferimagnetizam, antiferomagnetizam
-
MAGNETMAGNETNI MOMENTINI MOMENTI
Magnetni momenat atoma (mp)
mp = IA [Am2]
B Bohr-ov magneton
(najmanja koliina magnetnog momenta)
B = eh/4 me = 0,927410-27 Am2
mp
-
MAGNETNI MOMENTIMAGNETNI MOMENTI
Tri izvora magnetnih momenata atoma:
elektronski spinski momenat (paramagnetizam)
elektronski orbitalni momenat (paramagnetizam)
promena orbitalnog momenta, indukovana primenjenim magnetnim poljem (dijamagnetizam)
-
MAGNETNA PERMEABILNOSTMAGNETNA PERMEABILNOST
Relativna magnetna propustljivost (permeabilnost)
pokazuje tenju magnetnih linija sile da prou kroz datu
sredinu u odnosu na vakuum: r = / 0.
permeabilnost vakuuma:
0 = 410-7 Vs/Am = 1,256610-6 N/A2
dijamagnetici: r < 1
paramagnetici: r > 1
-
MAGNETNA SILAMAGNETNA SILA
2
21
04
1
r
mmF
r
m1, m2 magnetni momenti (dipoli) r rastojanje izmeu magnetnih momenata
-
MAGNETIZACIJA I SUSCEPTIBILNOSTMAGNETIZACIJA I SUSCEPTIBILNOST
Magnetizacija i susceptibilnost se takoe koriste za
kvantitativno izraavanje magnetnih osobina.
Magnetizacija datog uzorka se sastoji od unutranjih
magnetizacija (susceptibilnosti ) i spoljanjeg polja :
= r-1 analogno e = r-1
m
A
m
Am
V
m
M ii
3
2
HM
-
MAGNETNA SUSCEPTIBILNOSTMAGNETNA SUSCEPTIBILNOST
Postoje tri tipa susceptibilnosti:
zapreminska susceptibilnost, = / [bezdim.]
masena susceptibilnost, mas= / [cm3/g]
molarna susceptibilnost, m=Vm [cm3/mol]
m = Vm = (M / ) = M mas
Najee se koristi molarna susceptibilnost.
esto je = f ( ) komplikacija!
-
MAGNETNT SUSCEPTIBILNOSTI (298K)MAGNETNT SUSCEPTIBILNOSTI (298K)
Supstancija / (106) m / (104 cm3 mol1)
H2O
C6H6
NaCl() Cu() Hg(t)
CuSO4H2O() Al() Pt() Na()
90,0
7,2
13,9
96,0
28,5
+176,0
+22,0
+262,0
+7,3
16,0
6,4
3,8
6,8
4,2
+192,0
+2,2
+22,8
+1,7
-
EKSPERIMENTALNO ODREIVANJE EKSPERIMENTALNO ODREIVANJE MAGNETNE SUSCEPTIBILNOSTI (1)MAGNETNE SUSCEPTIBILNOSTI (1)
Gujova vaga
SQUID (Superconucting Quantum Interference Device)
-
EKSPERIMENTALNO ODREIVANJE EKSPERIMENTALNO ODREIVANJE MAGNETNE SUSCEPTIBILNOSTI (2)MAGNETNE SUSCEPTIBILNOSTI (2)
Kvikeov metod
-
OSNOVE MAGNETIZMAOSNOVE MAGNETIZMA
Magnetna idnukcija gustina magnetnog fluksa
U vakuumu = 0. H je uzrok, a je posledica u sredini.
MHHHHHHBAm
NTB
r
0000 1
-
MAGNETOHEMIJAMAGNETOHEMIJA
Dijamagnetizam (r0)
+110-4 < m < +110-1 cm3/mol
Spoljanje polje je pojaano
Atomi/joni/molekuli sa nepopunjenim ljuskama / nesparenim elektronima
dijamagnetizam (unutranji e-) + paramagnetizam (valentni e-)
-
MAGNETOHEMIJAMAGNETOHEMIJA
Feromagnetizam (r>>1, m>>0)
m do +110+6 cm3/mol
Magnetni momenti paralelni
Fe, Co, Ni, Cd, Dy
Antiferomagnetizam
Periodino paralelne i antiparalelne raspodele (susedni magnetni momenti identini po apsolutnoj vrednosti)
Cr, FeO, MnO
Ferimagnetizam
Periodino paralelne i antiparalelne raspodele (susedni magnetni momenti nisu identini po apsolutnoj vrednosti)
Magnetit Fe3O4, gvoe(II,III) oksid
-
Molarna susceptibilnost elemenata
-
MAGNETNA PERMEABILNOSTMAGNETNA PERMEABILNOST
HB )1(0
-
TIPOVI KOLEKTIVNOG MAGNETIZMA TIPOVI KOLEKTIVNOG MAGNETIZMA
U VRSTOM STANJU U VRSTOM STANJU
-
TIPOVI KOLEKTIVNOG MAGNETIZMA TIPOVI KOLEKTIVNOG MAGNETIZMA
U VRSTOM STANJU U VRSTOM STANJU
-
MAGNETNE OSOBINEMAGNETNE OSOBINE
Opte o magnetnim osobinama
Dijamagnetizam
Paramagnetizam
Fero, feri i antiferomagnetizam
Poreenje elektrinih i magnetnih osobina
-
DIJAMAGNETNE SUPSTANCIJEDIJAMAGNETNE SUPSTANCIJE
popunjene elektronske ljuske magnetni momenat nula
inertni gasovi (He, Ne, Ar)
poliatomski gasovi (H2, N2)
jonski kristali (NaCl: Na+, Cl-)
materijali sa kovalentnom vezom (C-dijamant, Si, Ge)
skoro sva organska jedinjenja
Susceptibilnost ne zavisi od temperature!
vakuum
dijamagnetik
-
LENCOVO PRAVILOLENCOVO PRAVILO
Pravilo za odreivanje smera indukovane struje:
Indukovana struja ima takav smer, da tei poniteju svog
nastanka.
Strujna kontura reaguje na promenu magnetnog polja
stvaranjem sopstvenog magnetnog polja (indukovane
struje).
Dijamagnetizam!
-
PRECESIJAPRECESIJA
-
TEORIJA DIJAMAGNEIZMATEORIJA DIJAMAGNEIZMA
Klasina Lanevenova teorija
Kada se primeni magnetno polje, magnetni momenti elektrona
precesuju oko pravca polja, usled ega se u atomu indukuje
magnetni momenat mi:
Sfernosimetrian atom
I
mi
ri
-
TEORIJA DIJAMAGNETIZMATEORIJA DIJAMAGNETIZMA
Klasina Lanevenova teorija
Posmatra se atom koji ima Z elektrona.
HmNV
HVmN
HmVnNHmVNHNmHM
HM
iAmm
miA
iAitoti
/
/
//////
BmN iAm /0
-
TEORIJA DIJAMAGNETIZMATEORIJA DIJAMAGNETIZMA
Klasina Lanevenova teorija
e
i
ei
i
m
eLm
vrmLqvr
m
dqvr
dt
lddqr
ldr
dt
dqldrIAIdAIm
2
2
22
22
-
TEORIJA DIJAMAGNETIZMATEORIJA DIJAMAGNETIZMA
Klasina Lanevin-ova teorija
j
j
e
ijj
e
j
j
i
j
j
ej
jL
e
j
jLe
i
e
L
LeLee
e
i
rm
Bemrr
m
rBe
m
rm
Be
e
r
m
erm
m
m
eB
rmLrmvrmL
m
Lqm
22
22
22
22
22
22
63
2
4
2
2
22
2
2
-
TEORIJA DIJAMAGNETIZMATEORIJA DIJAMAGNETIZMA
Klasina Lanevenova teorija
BmN iAm /0
j
j
e
Am r
m
eN 22
0
6
j
j
e
i rm
Bem
22
6
-
TEORIJA DIJAMAGNETIZMATEORIJA DIJAMAGNETIZMA
Slaganje izraunatih i
izmerenih vrednosti nije
idealno, ali je u okviru
reda veliine.
Klasina Lanevinova
i kvantna teorija dijama-
gnetizma daju isti rezultat.
Tf
-
MAGNETNE OSOBINEMAGNETNE OSOBINE
Opte o magnetnim osobinama
Dijamagnetizam
Paramagnetizam
Fero, feri i antiferomagnetizam
Poreenje elektrinih i magnetnih osobina
-
PARAMAGNETNE SUPSTANCIJEPARAMAGNETNE SUPSTANCIJE
nepopunjene ljuske / nespareni elektroni magnetni
momenat ima konanu vrednost
soli prelaznih elemenata
elementi retkih zemalja
soli i oksidi retkih zemalja
metali (Al, Cr)
Susceptibilnost opada sa porastom temperature! T
C
-
TEORIJA PARAMAGNETIZMATEORIJA PARAMAGNETIZMA
Klasina Lanevenova teorija kao kod polarnih materijala
nema polja,
=0
primenjeno polje,
niska temperatura
primenjeno polje,
visoka temperatura
-
Klasina Lanevenova teorija kao kod elektrinih osobina
TEORIJA PARAMAGNETIZMATEORIJA PARAMAGNETIZMA
cosBmU
-
TEORIJA PARAMAGNETIZMATEORIJA PARAMAGNETIZMA
Klasina Lanevenova teorija kao kod elektrinih osobina
broj momenata u prostornom uglu izmeu i +d je dN
bez polja: dN d
sa poljem: dNB d Boltzmann-ov faktor
dkT
BmA
kT
UdAdNB sin)
cosexp(2)exp(
cos
akT
Bm
0)sin2(cos
cos
dmAem kTmB
B
B
Bi
N
mm
-
TEORIJA PARAMAGNETIZMATEORIJA PARAMAGNETIZMA
Klasina Lanevenova teorija kao kod elektrinih osobina
Lanevenova funkcija
1
1
1
1
de
demm
a
a
i
)(1
coth1
aLa
aaee
ee
m
maa
aa
i
-
TEORIJA PARAMAGNETIZMATEORIJA PARAMAGNETIZMA
Klasina Lanevenova teorija kao kod elektrinih osobina
945
2
453)(
53aaa
aL
malo a a
veliko a saturacija
-
TEORIJA PARAMAGNETIZMATEORIJA PARAMAGNETIZMA
Klasina teorija:
m magnetni momenat materijala
Momenat po molu:
A
mA
m
iAmmmm
i
N
kTm
kT
mN
B
mNV
B
MV
H
MV
kT
Bmm
0
2
0
00
2
3
3
3
TRTkTN
mNM mmmA
A
83,2
33
00
-
TEORIJA PARAMAGNETIZMATEORIJA PARAMAGNETIZMA
Kvantna teorija
Centralni postulat: energija sistema je diskretna.
klasini sluaj kvantiranost
J=1/2 J=2
-
TEORIJA PARAMAGNETIZMATEORIJA PARAMAGNETIZMA
Kvantna teorija
ukupni angularni momenat spina
ukupni angularni momenat elektrona
ukupni angularni momenat atoma
2
1;h
SSSS
2
1;h
LLLL
2
1;h
JJJSLJ
kT
NmgJJ
kT
BmgJJm
A
m3
)1(
3)1(
2
02
2
2
-
TEMPERATURSKA ZAVISNOST
Opte:
dijamagnetizam:
paramagnetizam: (Kirijev zakon)
Tf
T
C
T
+
-
-
MAGNETNE OSOBINEMAGNETNE OSOBINE
Opte o magnetnim osobinama
Dijamagnetizam
Paramagnetizam
Fero, feri i antiferomagnetizam
Poreenje elektrinih i magnetnih osobina
-
FEROMAGNETIZAMFEROMAGNETIZAM
I u odsustvu primenjenog polja magnetni dipoli tee da se
usmere u malim oblasitma, domenima. Primenom spoljanjeg
polja domeni se usmeravaju.
magnetni
domeni
meki feromagnetizam domeni se ponovo haotizuju kada se polje iskljui
tvrdi feromagnetizam
-
MEKI I TVRDI MAGNETIMEKI I TVRDI MAGNETI
meki magneti: transformatori,
elektromagneti, elektrini kalemovi...
tvrdi magneti: zvune i video
trake, permanentni magneti...
metalni meki magneti:
-Fe, Co, Ni i njihove legure
Fe-Si i Fe-Ni jedinjenja i njihove legure
keramiki meki magneti:
feriti: kubni oksidi spineli ili perovskiti, garneti (Y3Fe5O12)
spineli: magnetni momenti jona na tetraedarskim i oktaedarskim mestima su anti-paralelni
meki tvrdi
-
FEROMAGNETIZAM I TEMPERATURA
Povienje temperature dovodi do transformacije feromagnetnih u
paramagnetne materijale. Ovaj prelaz se odvija na Kirijevoj
temperaturi, TC.
supstanca TC / K
Co 1395
Fe 1033
Ni 627
CrO2 390
Gd 289
Dy 85
EuO 70
Ho 20
-
TIPOVI KOLEKTIVNOG MAGNETIZMA TIPOVI KOLEKTIVNOG MAGNETIZMA
U VRSTOM STANJU U VRSTOM STANJU
-
MAGNETNO PONAANJE MATERIJALAMAGNETNO PONAANJE MATERIJALA
Magnetno ponaanje slobodnih atoma, jona ili materijala u
celini se mogu razlikovati:
atomi Ag i Cu imaju rezultujui magnetni moment i ponaaju se kao paramagnetici, dok se u masi ponaaju kao dijamagnetici
Fe2+ i Fe3+ kao i kompleksni joni nisu feromagnetni, a Fe kao metal jeste
metalni Cu i Cu+ joni su dijamagnetici, a Cu2+ joni su paramagnetici
-
STRUKTURNA ODREIVANJASTRUKTURNA ODREIVANJA
Paskal je pokazao da je aditivna veliina:
A atomska susceptibilnost
i susceptibilnost konstitutivnih komponenti
Ispitivanje strukture molekula.
Primer: hipofosforna kiselina ima formulu H4P2O6, a ne H2PO3.
iAm
-
MAGNETNE OSOBINEMAGNETNE OSOBINE
Opte o magnetnim osobinama
Dijamagnetizam
Paramagnetizam
Fero, feri i antiferomagnetizam
Poreenje elektrinih i magnetnih osobina
-
POREENJE ELEKTRINIH I MAGNETNIH POREENJE ELEKTRINIH I MAGNETNIH OSOBINAOSOBINA
Elektrine osobine
dielektrik
indukovanje elektrinih dipola atomska polarizacija ne utie T
paraelektrik
paraelektrina polarizacija za tri reda veliine vea od paramagnetne sniavanjem T paraelektrik ovrava i nema orijentacije dipola
feroelektrik
Magnetne osobine
dijamagnetik
indukovanje magnetnih momenata --- ne utie T
paramagnetik
za obe vai Lanevenova funkcija efekti se pojaavaju sniavanjem T, poto se samo orbitalni i spinski momenti orijentiu
feromagnetik