Sättigungsmagnetisierung: Was ist damit gemeint?

Magnetisierung, wenn ein starkes Feld alle magnetischen Momente in dieselbe Richtung ausrichtet. Für Eisen beträgt sie etwa 1,7×10⁶ A/m (als µ₀Ms etwa 2,2 T) und nimmt mit steigender Temperatur ab.

Japanische Bezeichnung: 飽和磁化

„Sättigungsmagnetisierung“ kommt in 8 Übungsfragen aus 2 Themen vor, darunter Magnetische Werkstoffe, Elektronische, magnetische und optische Werkstoffe.

Fachgebiet: Magnetische Werkstoffe

Selbst ausprobieren: Fragen zu Sättigungsmagnetisierung

Das magnetische Moment pro Atom von Eisen (krz, Gitterkonstante 0,2866 nm) betrage 2,22 µB. Welcher Wert kommt der Sättigungsmagnetisierung Ms bei 0 K, wenn alle Momente ausgerichtet sind, am nächsten? Für das Bohrsche Magneton gilt µB = 9,27×10⁻²⁴ A·m².

  1. Aca. 8,7×10⁵ A/m
  2. Bca. 1,7×10⁶ A/m
  3. Cca. 3,5×10⁶ A/m
Lösung und Erläuterung anzeigen

Lösung: B. ca. 1,7×10⁶ A/m

Die krz-Elementarzelle enthält 2 Atome, die Anzahldichte der Atome ist also n = 2/a³ = 2/(0,2866×10⁻⁹ m)³ ≈ 8,50×10²⁸ m⁻³. Die Sättigungsmagnetisierung ist das magnetische Moment pro Volumeneinheit, also Ms = n × 2,22 µB = 8,50×10²⁸ × 2,22 × 9,27×10⁻²⁴ ≈ 1,7×10⁶ A/m. Als µ₀Ms ausgedrückt sind das ca. 2,2 T, was gut mit der Sättigungsflussdichte von Eisen übereinstimmt. Ca. 8,7×10⁵ A/m zählt nur 1 Atom pro Elementarzelle, ca. 3,5×10⁶ A/m zählt 4 Atome wie bei kfz. Dass das Moment pro Atom keine ganze Zahl ist, liegt daran, dass die für den Magnetismus verantwortlichen 3d-Elektronen ein Band bilden.

„Sättigungsmagnetisierung“ in den Erläuterungen

Fragen, in denen „Sättigungsmagnetisierung“ vorkommt (8)

  1. Das magnetische Moment pro Atom von Eisen (krz, Gitterkonstante 0,2866 nm) betrage 2,22 µB. Welcher Wert kommt der Sättigungsmagnetisierung Ms bei 0 K, wenn alle Momente ausgerichtet sind, am nächsten? Für das Bohrsche Magneton gilt µB = 9,27×10⁻²⁴ A·m².
  2. An einen entmagnetisierten Ferromagneten wird ein äußeres Magnetfeld angelegt und allmählich verstärkt. Welche Aussage beschreibt richtig, wie die Magnetisierung abläuft?
  3. Welche Aussage beschreibt den Ferrimagnetismus von Ferriten wie Magnetit (Fe₃O₄) richtig?
  4. Magnetit Fe₃O₄ hat eine inverse Spinellstruktur: Auf den A-Plätzen (Tetraederplätzen) sitzt ein Fe³⁺, auf den B-Plätzen (Oktaederplätzen) je ein Fe³⁺ und ein Fe²⁺, und die Momente der A- und B-Plätze sind antiparallel ausgerichtet. Welches magnetische Moment ergibt sich pro Formeleinheit Fe₃O₄, wenn man für Fe³⁺ 5 µB und für Fe²⁺ 4 µB ansetzt und nur der Spin beiträgt?
  5. Was ist der Hauptgrund dafür, dass Permalloy (Fe mit ca. 78 % Ni) eine extrem hohe Permeabilität zeigt?
  6. Bei einem idealen Dauermagneten, dessen Entmagnetisierungskurve die Gerade B = Br + µ₀H ist (mit ausreichend großem HcJ), beträgt die Remanenzflussdichte Br = 1,40 T. Welcher Wert kommt dem maximalen Energieprodukt (BH)max am nächsten? Es gilt µ₀ = 4π×10⁻⁷ H/m.
  7. Was ist der wichtigste stoffliche Grund dafür, dass Neodym-Magnete mit Nd₂Fe₁₄B als Hauptphase eine große Koerzitivfeldstärke haben können?
  8. Was ist der Hauptzweck der Zugabe von Dy oder Tb zu Neodym-Magneten, die bei hohen Temperaturen eingesetzt werden, etwa in Motoren von Elektroautos?

Verwandte Begriffe

Koerzitivfeldstärke Magnetokristalline Anisotropie Weiss-Bezirk Domänenwand (Bloch-Wand) Maximales Energieprodukt Kubisch-raumzentriertes Gitter (krz) Kubisch-flächenzentriertes Gitter (kfz) Ferrimagnetismus Spinellstruktur Weichmagnetischer Werkstoff

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