Invar: Was ist damit gemeint?

Fe-Ni-Legierung mit 36 % Ni. Der Magnetovolumeneffekt gleicht die normale Wärmeausdehnung aus, sodass der Längenausdehnungskoeffizient in der Nähe der Raumtemperatur mit etwa 1×10⁻⁶ K⁻¹ sehr klein ist.

Japanische Bezeichnung: インバー

„Invar“ kommt in 1 Übungsfrage aus 1 Thema vor, darunter Thermische Eigenschaften der Werkstoffe.

Fachgebiet: Thermische Eigenschaften der Werkstoffe

Selbst ausprobieren: Fragen zu Invar

Warum ist der Längenausdehnungskoeffizient der Legierung Fe-36%Ni (Invar) in der Nähe der Raumtemperatur mit etwa 1×10⁻⁶ K⁻¹ so klein?

  1. ANi unterdrückt die Gitterschwingungen des Fe und hebt die Debye-Temperatur stark an, sodass die Atome bei Raumtemperatur kaum noch schwingen
  2. BUnterhalb der Curie-Temperatur nimmt die durch die magnetische Ordnung bewirkte Volumenvergrößerung beim Erwärmen mit der Magnetisierung ab und kompensiert die Wärmeausdehnung
  3. CMit steigender Temperatur schreitet allmählich eine Umwandlung von krz in das dichter gepackte kfz fort, und die damit verbundene Schrumpfung kompensiert die Ausdehnung
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Lösung: B. Unterhalb der Curie-Temperatur nimmt die durch die magnetische Ordnung bewirkte Volumenvergrößerung beim Erwärmen mit der Magnetisierung ab und kompensiert die Wärmeausdehnung

Invar ist ferromagnetisch und zeigt einen ausgeprägten magnetovolumetrischen Effekt (spontane Volumenmagnetostriktion): Bei vorhandener spontaner Magnetisierung vergrößern sich die Atomabstände und damit das Volumen. Mit steigender Temperatur wird die Magnetisierung schwächer, dieser magnetisch bedingte Ausdehnungsanteil nimmt ab und hebt die gewöhnliche Wärmeausdehnung durch Gitterschwingungen nahezu auf. Deshalb ist der Längenausdehnungskoeffizient unterhalb der Curie-Temperatur mit etwa 1×10⁻⁶ K⁻¹ klein, und die Legierung wird für Präzisionsmessgeräte und Behälter für Flüssigerdgas verwendet. Oberhalb der Curie-Temperatur entfällt die Kompensation, und die Legierung dehnt sich wie gewöhnliche Metalle aus. Invar ist bei Raumtemperatur einphasig kfz; die Atomschwingungen werden mit der Temperatur ganz normal stärker, und eine Phasenumwandlung, die die Ausdehnung kompensieren könnte, findet ebenfalls nicht statt.

„Invar“ in den Erläuterungen

Fragen, in denen „Invar“ vorkommt (1)

  1. Warum ist der Längenausdehnungskoeffizient der Legierung Fe-36%Ni (Invar) in der Nähe der Raumtemperatur mit etwa 1×10⁻⁶ K⁻¹ so klein?

Verwandte Begriffe

Längenausdehnungskoeffizient Curie-Temperatur Kubisch-flächenzentriertes Gitter (kfz) Debye-Temperatur Dulong-Petit-Gesetz Phonon Temperaturleitfähigkeit Umklappprozess Wiedemann-Franzsches Gesetz

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