Moderne Materialer: Ferromagnetisme - c, ϵ og μ

[-Teddy-]

Hei!

 

Jeg har noen spørsmål i forbindelse med en øving i Moderne Materialer som jeg ikke uten videre finner svaret på i boka. Kan være at det er noen begreper i den engelske læreboka jeg ikke helt har forstått. Er i startgropa, og begynte først å få litt forståelse for emnene for et par dager siden.

 

Uansett, here goes:

 

Oppgaven jeg sliter med er som følger: "Dielektriske- og magnetiske materialer: sammenligne ferroelektrikk og ferromagnetisme om..."

 

1) Responser til eksterne felt

2) Materialegenskap ϵ og μ, og lysets hastighet i materialet.

 

På 1) så har jeg at "Ferroelektriske materialer vil oppleve spontan polarisasjon når det er utsatt for et elektrisk felt.", men jeg er usikker på ferromagnetiske materialer. Er det her jeg skal si at vi kan snu det magnetiske domenet under påvirkning av et eksternt felt, men at vi får fenomenet magnetisk hysterese, og at det "interne" feltet B henger etter det eksterne feltet H?

 

2) Her har jeg skrevet at "Ferroelektriske materialer har ekstremt høye dielektriske konstanter på relativt lave feltfrekvenser. Ved romtemperatur har for eksempel Barium Tianate permitivitet, ϵ, så høy som 5000. Konduktiviteten, μ, er meget lav, og de er ansett for å være isolatorer. Ferromagnetiske materialer er metalliske, og har derav god konduktivitet." Øvingen er meget omfattende, og dette er mer eller mindre ordlyden i boka, uten at jeg har videre forståelse for dette punktet. Punktet angående at de er isolatorer for ferroelektriske materialer er jeg noe usikker på. Jeg har dog ikke funnet noe om permibilitet for ferromagnetiske materialer, eller lyshastigheten for noen av materialene.

[GeO]

1) Responser til eksterne felt

 

På 1) så har jeg at "Ferroelektriske materialer vil oppleve spontan polarisasjon når det er utsatt for et elektrisk felt.", men jeg er usikker på ferromagnetiske materialer. Er det her jeg skal si at vi kan snu det magnetiske domenet under påvirkning av et eksternt felt, men at vi får fenomenet magnetisk hysterese, og at det "interne" feltet B henger etter det eksterne feltet H?

Et ferroelektrisk materiale vil (på mikronivå) ha en spontan polarisasjon også når det ikke er plassert i et elektrisk felt, men da vil domenene være orientert i forskjellige retninger slik at netto polarisasjon blir tilnærmet null. Hvis du plasserer materialet i et elektrisk felt, vil du snu en del av de domenene som er ugunstig orientert i forhold til feltet, og dermed oppstår en betydelig (makroskopisk) polarisasjon i feltets retning. Denne polarisasjonen kan snus ved å reversere det elektriske feltet, slik at du får ferroelektrisk hysterese hvis du plasserer materialet i et AC-felt. Du kan altså si at ferroelektrisk polarisasjon P henger etter feltstyrken E, akkurat som med magnetiseringen M og magnetisk feltstyrke H. Det er ganske like mekanismer bak elektrisk og magnetisk hysterese, nemlig reorientering av domener, og det er derfor vi bruker samme begrep, ferro-, om begge. Viktige parametre er remanent polarisasjon/magnetisering (dvs. polarisasjon eller magnetisering som «blir igjen» når du fjerner det elektriske feltet), og koersiv feltstyrke (feltstyrken som trengs for å bringe polarisasjon eller magnetisering tilbake til null igjen).

 

2) Materialegenskap ϵ og μ, og lysets hastighet i materialet.

 

2) Her har jeg skrevet at "Ferroelektriske materialer har ekstremt høye dielektriske konstanter på relativt lave feltfrekvenser. Ved romtemperatur har for eksempel Barium Tianate permitivitet, ϵ, så høy som 5000. Konduktiviteten, μ, er meget lav, og de er ansett for å være isolatorer. Ferromagnetiske materialer er metalliske, og har derav god konduktivitet." Øvingen er meget omfattende, og dette er mer eller mindre ordlyden i boka, uten at jeg har videre forståelse for dette punktet. Punktet angående at de er isolatorer for ferroelektriske materialer er jeg noe usikker på. Jeg har dog ikke funnet noe om permibilitet for ferromagnetiske materialer, eller lyshastigheten for noen av materialene.

Her vil jeg anta at μ betyr magnetisk permeabilitet, som spiller omtrent samme rolle i ferromagnetiske materialer som ϵ gjør i ferroelektriske. Begge sier noe om hvor sterk responsen (polarisasjon/magnetisering) er i forhold til påtrykt felt (elektrisk/magnetisk).

 

At ferroelektriske materialer er isolatorer, er greit nok (polarisasjon går ut på at ladninger forskyves på mikroskopisk nivå inne i materialet, men at de aldri «slipper taket» og beveger seg gjennom materialet). Det finnes noen ferroelektriske materialer, så som vismutferritt, BiFeO₃, som er kjent for å ha en betydelig lekkasjestrøm, og det gjør igjen at det blir vanskeligere å måle den makroskopiske polarisasjonen nøyaktig.

 

Ferromagneter er vanligvis metaller ja. Det finnes kun fire grunnstoffer som er ferromagnetiske ved romtemperatur: jern, nikkel, kobolt og gadolinium, og av disse er de tre førsnevnte ganske vanlige metaller.

 

Angående lyshastighet i ferroelektriske materialer, så er sammenhengen mellom permittivitet og brytningsindeks gitt ved ϵ = n² (iallfall som en tilnærming for ikke-magnetiske materialer, sjekk Wikipedia-artikkelen om Refractive index), og brytningsindeks er definert ved at n = c₀/c hvor c₀ er lyshastigheten i vakuum og c er lyshastighet i materialet. Jeg vet ikke hvorfor dette er interessant, men du kan jo regne på det og se hva du finner ut. Lyshastigheten er iallfall lav når permittiviteten er høy.

[-Teddy-]

Hei!

 

Tusen takk for hjelpen! Veldig takknemlig Jeg hadde tydeligvis lest litt feil i tussmørket, men sånn går det når man prøver å få forståelse for slike emner lenge etter leggetid... Med samme symbolet for konduktivitet og magnetisk permeabilitet så begynte jeg å blande disse også.

 

Jeg har lagt ved hele øvingen, som ble på seks sider, hvis noen ønsker å gi meg tilbakemeldinger på eventuell gal forståelse eller andre ting. Som påpekt har jeg akkurat begynt å få litt forståelse for disse emnene, og jeg frykter at det er endel feil i øvingen, men det får så være, nå er den levert. Har prøvd å få med mest mulig under oppgavene, ettersom vi får ha den med på eksamen.

 

Passordet for zipfilen er "diskusjon", jeg ønsker bare ikke at den skal indekseres av søkemotorer. Sletter den etter noen dager.

 

www.teodortomter.no/diverse/MMO1.zip

Endret 2. mars 2013 av -Teddy-