Das Physikalische Praktikum

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122 15 Ferro-, Dia-, Paramagnetismus 15.1 Ferromagnetismus Der Ferromagnetismus spielt eine wichtige Rolle in vielen Bereichen der Technik und des täglichen Lebens: vom Transformator, über den Permanentmagneten bis zur Festplatte beruhen viele Effekte auf dem Ferromagnetismus. Dieser Versuch soll einige Einblicke hierin liefern. 15.1.1 Stichworte Hystereseschleife, Bohrsches Magneton, Weisssche Bezirke, Barkhausensprünge, Elektronenspin, Hartmagnetische und weichmagnetische Materialien, Ummagnetisierungsverluste, Wirbelströme, Magnetische Kreise. 15.1.2 Literatur NPP: 28; BS-6:Festkörper; Gerthsen; Kittel:Festkörperphysik; Dem-3; Walcher, Geschke. 15.1.3 Zubehör Bild 15.1: Der Versuch »Ferromagnetismus«. Bild 15.1 zeigt ein Foto des Versuches mit Zubehör: 1 Ringkerntrafo mit 2 Primärwicklungen,
15.1 Ferromagnetismus 123 sekundär 100 Windungen, 1 Stromintegrator, 1 Lufttransformator, 1 Wechselschalter, 2 Schalter, 1 Netzgerät (0-10 V, 500 mA). 15.1.4 Grundlagen Wichtige Größen Im Vakuum ist die magnetische Induktion proportional zur Feldstärke: B = μ0 H , (15.1) aber im materieerfüllten Raum wird dieser Zusammenhang durch die magnetische Suszeptibilität der Materie geändert: B = μr μ0 H , (15.2) was auch über die Magnetisierung M oder die Polarisation J geschrieben werden kann als: B = μ0 H +J = μ0(H + M) = μ0 H(1+ χ) = μrμ0 H ; (15.3) wobei die relative magnetische Permeabilität μr und die Suszeptibilität χ auch Tensoren zweiter Stufe sein können. Die Magnetisierung ist über die magnetische Suszeptibilität χ mit der Feldstärke H verknüpft: M = χH (15.4) χ ist dimensionslos. Es gilt weiter für die relative Permeabilität: μr = 1+ χ. (15.5) Magnetismus Magnetismus ist eine grundlegende Eigenschaft aller Elemente. Jedes Element unterliegt einer Form des Magnetismus: Die bekanntesten sind Dia-, Para- oder Ferromagnetismus. Der Grund hierfür kann anschaulich anhand des Bohrschen Atommodells verstanden werden: Die Elektronen des Atoms umlaufen den Kern auf einer Kreisbahn (gilt nicht streng quantenmechanisch!) mit Radius r mit der Geschwindigkeit v und können somit als Kreisstrom betrachtet werden. Der Drehimpuls dieses Systems gehorcht der Bedingung L = mvr = ℏ. Die Elektronen kommen ν = v/2πr mal pro Sekunde an jedem Punkt ihrer Bahn vorbei und stellen einen Strom der Größe I = e · ν = e · v/2πr und somit ein magnetisches Moment pm=Strom·Fläche=e · vr/2 dar. Somit folgt: μB = pm = eℏ 2me −24 Jm2 = 9,274 2 · 10 . (15.6) Vs Diese Größe bezeichnet man als BOHRsches Magneton, sie ist die Einheit des durch Elektronenumlauf erzeugten magnetischen Moments. Da die Elektronen mit unterschiedlichem Spin
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Jörn Große-Knetter und Peter Scha
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erschienen in der Reihe der Univers
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Bibliographische Information der De
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VI Inhaltsverzeichnis 25 Die spezif
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VIII rinnen und Betreuern bedanken,
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Teil I Vorbemerkungen
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A.3 Handbücher und Nachschlagewerk
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B Organisatorische Regeln für das
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B.5 Protokolle 7 suchsdurchführung
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B.6 Nachholtermine 9 worfen sind un
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Strahlung ist die Strahlenschutzver
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D.3 Durchführung D.3 Durchführung
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E.3 Ungenauigkeiten und Fehler 15 h
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wurde: s = 1 n − 1 n ∑ i=1 (xi
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E.8 Mathematische Behandlung 19 Man
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W(σ) = ¯x+σ ¯x−σ E.8 Mathema
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E.8 Mathematische Behandlung 23 mit
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F Erstellung von Diagrammen Hier fo
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F.4 Kurven und Verbindungslinien 27
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G.3 Experimentsteuerung G.3 Experim
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H Verwendung von Messinstrumenten E
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H.3 Oszilloskop 33 Tabelle H.2: Gr
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Tabelle H.3: Wandlungsverhältnisse
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H.9 Anleitungen und Handbücher 37
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1 Der Pohlsche Resonator In diesem
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42 1 Der Pohlsche Resonator a)
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44 1 Der Pohlsche Resonator Kasten
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46 1 Der Pohlsche Resonator 4. Für
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48 2 Die Gravitationswaage evakuier
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50 2 Die Gravitationswaage Mit Hilf
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52 2 Die Gravitationswaage Tabelle
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3 Das Trägheitsmoment Drehbewegung
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56 3 Das Trägheitsmoment der Masse
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58 3 Das Trägheitsmoment Zu messen
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60 4 Kreiselpräzession Körpers wi
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62 4 Kreiselpräzession kann dieses
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64 4 Kreiselpräzession 5. Für Mes
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70 6 Spezifische Wärme der Luft un
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Seite 96 und 97: 84 9 Diffusion 9.3 Literatur Gerths
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Seite 106 und 107: 94 11 Messung großer Widerstände
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Seite 122 und 123: 13 Magnetfeld von Spulen Dieser Ver
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172 19 Das Prismen- und Gitterspekt
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174 20 Fresnelsche Formeln und Pola
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21 Beugung und Interferenz von Lase
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22 Der Franck-Hertz-Versuch ... In
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Teil III Projektpraktikum
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2 Durchführung des Projektpraktiku
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2.4 Bedingungen für den Leistungsn
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Anhang
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Literaturverzeichnis 233 [19] Eichl
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[61] Mayer-Kuckuck, T.: Kernphysik.
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Abbildungsverzeichnis E.1 Gaußsche
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Abbildungsverzeichnis 239 18.2 Sche
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Raumverzeichnis des Praktikums Die
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Stichwortverzeichnis Symbole χ 2 -
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- physikalische, 14 - Physikalische
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Schwingkreis, 93 Schwingung, 49 - e
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