WT (Subject) / Thermische und magnetische Eigenschaften (Lesson)

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• Welche Bedingungen sind für das Auftreten von Ferromagnetismus als Sonderform des Paramagnetismus notwendig? Welche wesentlichen Begriffe beschreiben eine ferromagnetische Struktur? Benötigt: Kristallgitter, Weißsche Bezirke (Korngrenzen in denen alle gleichgerichtet sind) getrennt von den Blochwänden
• Was geschieht mit ferromagnetischen Stoffen, wenn man ein starkes äußeres Magnetfeld anlegt? i. Weißsche Bezirke richten sich aus => Magnetfeld wird verstärktii. bei Wegnahme des äußeren Magnetfeldes bleibt Ausrichtung erhalten
• Nachstehendes Diagramm zeigt den Zusammenhang zwischen Schmelzpunkt Ts und Ausdehnungskoeffizienten α von Metallen. Erläutern Sie diesen Zusammenhang! (Diagramm war gegeben) i. je größer α, desto kleiner ist die Schmelztemperaturii. l = lo (1+ α * T)
• Erklärung von PTC und NTC; auf welche Materialkenngröße bezieht man sich dabei und jeweils ein Beispiel i. PTC positive temperature coeffizient: Kaltleiter (z.B. Metall) leitet beiniedrigen Temperaturenii. NTC negative….: Warmleiter (z.B. Halbleiter), leitet bei hohen Temperaturen
• Elementarzellen sind anisotrop. Wie wird die richtungsabhängige Magnetisierbarkeit einer Fe-Elementarzelle zur Verringerung von Verlusten technisch genutzt? i. Trafoblec:, Aufprägung einer Textur mit Gleichrichtung der Elementarzellen=> Anisotropie => unterstützt die Magnetisierbarkeit
• Worauf beruht das Auftreten der magnetischen Hysterese bei einem Ummagnetisierungsvorgang? Skizzieren sie die Hystereseschleife je eines Trafobleches und eines Dauermagneten? a. Hystere: benötigter Energieaufwand um Weiß´sche Bezirke umzudrehenb. Schleife von Dauermagnet sehr breit, Trafoblech ist sehr eng
• Warum erfahren Werkstoffe bei Erwärmung eine Volumenzunahme? a. Teilchenbewegung nimmt zub. mittlerer Atomabstand wird größerc. Ausdehnung => Volumenzunahme (thermischer Ausdehnungskoeffizient)
• Was versteht man unter Dia-, Para- und Ferromagnetismus? a. Dia: Bahnmomente und Spinmomente sind gleich und gegengesetzt: heben sich aufb. Para: Spinmomente größer als Bahnmomente => äußerliches Magnetmomentc. Ferro: Sonderform von Paramagnetismus, Metall mit Kristallform, Weißsche Bezirke
• Wie kann man einen magnetischen Werkstoff entmagnetisieren? a. erhitzenb. Krafteinwirkung: schlagen
• Benennen sie die wichtigsten Parameter von Isolationswerkstoffen und erläutern sie deren Abhängigkeiten von Frequenz und Temperatur: a. Temperaturabhängigkeit: schlechtere Isolation für hohe Temperaturen (Elektronenwerden freigesetzt)b. Frequenzabhängigkeit: bessere Isolation für hohe Frequenzen
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• Nennen sie die 2 wesentlichen Verluste bei der Ummagnetisierung eines Trafos. Welche technischen Lösungswege werden gewählt, um diese Verluste möglichst gering zu halten? a. Wirbelverluste: Gegenmaßnahme Trafoblechb. Wärmeverluste: Gegenmaßenahme: schmale Hysterekurve des Materials
• Was ist die atomistische Ursache aller magnetischen Phänomene? a. Spinmomente der Elektronenb. Bahnmomente der Elektronen
• Elementarzellen sind magnetisch anisotrop. Wie und mit welchem Ergebnis wird die magnetische Vorzugsrichtung in Elektroblech eingebracht? Wie wird diese Richtungsabhängigkeit in der Elektrotechnik zur Reduzierung von magnetischen Verlusten sinnvoll eingesetzt? a. Trafoblech wälzenb. Textur auftragen (durch Wälzen)
• Ein Kupferdraht wird stark gedehnt. Nimmt sein elektrischer Widerstand zu oder ab? a. Länge wird größer, Querschnitt kleiner => Widerstand nimmt zub. evtl. Störstellen
• Ursache für magnetisches Moment des Atoms a. Elementare Träger des Magnetismus sind Elektronen mit 2 unterschiedlichenBewegungen-->Ursache für Moment (Spin, Bahndrehimpuls) --> Magnetismus bestehtaus Bahn und Spinanteilen
• Dia-, Para-, Ferromagnetismus a. Diai. Spin und Bahnanteile kompensieren sich; Atom nach außen unmagnetischb. Parai. Spin und Bahnanteile kompensieren sich nicht vollständigii. Atom hat magnetisches Momentc. Ferroi. Sonderformen der Paramagnetismus, einheitliches Ausrichten der Momenteohne äußeres Feld
• Domänen oder Weiß´sche Bezirke a. Unterschiedlich große Bereiche mit gleichgerichteten magnetischen Momenteninnerhalb der Kristallite; werden durch Blochwände voneinander getrennt
• Wie beeinflusst das äußere Feld die Weiß´schen Bezirke a. Nach außen zeigt ferromagnetischer Körper keine magnetische Vorzugsrichtunginfolge unterschiedlicher Orientierungen in den Weiss´schen Bezirkenb. Durch äußeres Feld
  WB beeinflusst
  Verzögerung der Bezirke mit spitzwinkligerOrientierung im Feldc. Kleines Feldi. Reversibles Verschieben der Bloch Wänded. Starkes Feldi. Behinderung der Blochwand Verschiebung, dann schlagartiges Umklappen inneue Richtungen
• Antiferromagnetismus – Ferromagnetismus a. Antii. Aufgrund Atomkonstellation
  Kompensation des magnetischen Momentsder Weiss´schen Bezirkeb. Ferroi. Durch Dominanz einer Spinorientierung
  Resultierende des magnetischenMoments in Weiss´schen Bezirken
• Größenordnung für mju a. Diamagnetismusi. 0...1ii. von H unabhängigiii. temperaturabhängigb. Paramagnetischi. 1...2ii. von H unabhängigiii. temperaturabhängigc. Ferromagnetischi. 2...>10^5ii. Von Feldstärke, Temperatur, Vorgeschichte des Werkstoffs abhängig
• Wärmeleitung a. Transport von Wärmeenergie durch Festkörper infolge Temperaturgradient
• Formanisotropie a. Beeinflussung mikroskopischer Strukturen im Abkühlprozess durch starkesMagnetfeld
• Thermische Ausdehnung a. Temperaturerhöhung
  Vergrößerung der Gitterabstände eines Festkörpers
  Gitterschwingungen
  Verbindungen weniger fest
  größere Ausdehnung
• Gute Leiter und schlechte Leiter a. Guteri. Dominierte Wärmeleitung durch Elektronenii. Gute Stromleiter
  Gute Wärmeleiterb. Schlechtei. Kunststoffe
  geringe Molekülbewegungii. Gase
  nur noch Stoßprozesse
• Temperaturkoeffizient des spezifischen Widerstands ist negativ a. Gitterstörungen und Temperaturerhöhungen bewirken Verbesserung derLeitfähigkeit = NTC (z.B. Halbleiter)
• Forderungen an Dauermagneten a. Hohe Remanenz BRb. Hohe Koerzitivfeldstärke HCc. Geringe Empfindlichkeit gegen Erschütterungen, äußeren magnetischen Feldernd. Temperaturschwankungene. Verarbeitbarkeit, Wirtschaftlichkeit

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