Magnetische Metalle bei verschiedenen Temperaturen

Deven · Anmeldungsdatum: 05.12.2017 Beiträge: 1

Meine Frage:
Hallo allerseits!

Zuförderst einmal kurz eine Anmerkung. Ich habe die Nutzungsbedingungen gelesen und unter dem ersten Punkt "Allgemeines" steht:
"Nicht erwünscht sind pseudowissenschaftliche Diskussionen über unfundierte, private "Theorien" außerhalb jeglichen wissenschaftlichen Konsenses, welche etablierte physikalische Theorien und Methoden ignorieren."
Sollte ich da jetzt mit meiner Recherche genau ins schwarze Treffen, nichts für Ungut, ich will hier gegen keine Regeln verstoßen und horche mich gerne anderweitig um, wenn die Fragen hier fehl am Platz sind.
Nun zum eigentlichen Thema.

Ich bin gerade dabei Feinabstimmungen an einem meiner Romane vor zu nehmen und stehe vor einer großen Frage. In dem Buch gibt es ein Fortbewegungsmittel, dass den Fahrer mittels Magnethaftung daran bindet.

Jetzt stelle ich mir die Frage, was für ein Metall, oder gar welche Metalle der Benutzer bei sich tragen kann. Ferner weiß ich um die Curie-Temperatur, konnte aber, beispielsweise bei Eisen, keine exakte Temperatur in Erfahrung bringen.
Außerdem frage ich mich, ob es auch eine Temperatur in den niedrigen Bereichen gibt ab dem ein Metall nicht mehr magnetisch ist.
Kennt jemand die Curie-Temperaturen für die bekannten magnetischen Metalle, oder weiß wo ich sie nachlesen kann, oder kann mir sogar sagen, dass sie für den beschriebenen Anwendungszweck gar keine Rolle spielen?

Ich hoffe ich konnte meine Fragen ausreichend beschreiben, falls nicht möchte ich mich schonmal im Voraus entschuldigen und bin gerne jederzeit bereit für weitere Erklärungen.

Vielen Dank schonmal.

Meine Ideen:
Ich würde hier sehr gerne eigene Ideen und Ansätze niederschreiben, leider habe ich überhaupt keine Idee zu diesem Thema und mein Freund und Helfer Google war mir dieses Mal wenig hilfreich. Sorry dafür. Bitte nicht gleich die Mistgabeln und Fackeln zücken, weil ich keine Erfahrung mit der Materie habe..

Steffen Bühler · Moderator Anmeldungsdatum: 13.01.2012 Beiträge: 7232

Willkommen im Physikerboard!

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8575

APWBDumbledore · Anmeldungsdatum: 24.10.2017 Beiträge: 16

Um Magnetismus physikalisch zu verstehen, muss man wissen, dass Ferromagnetismus bei Materialien auftritt, wo die parallele Ausrichtung benachbarter Spins energetisch am günstigsten ist (der wesentliche Beitrag zu dieser Wechselwirkungsenergie kommt übrigens nicht von der Wechselwirkung der magnetischen Dipole der Spins, sondern vom quantenmechanischen Pauli-Prinzip). Beim absoluten Nullpunkt ist grundsätzlich immer nur der Grundzustand eines Systems angeregt. Um die Besetzungswahrscheinlichkeit eines Zustands n mit der Energie

auszurechnen, benutzt man in der statistischen Physik den Boltzmann-Faktor

. Die Wahrscheinlichkeit für einen Zustand ist proportional dazu, um die Normierung zu bekommen, muss man den Boltzmannfaktor für den betrachteten Zustand durch die kanonische Zustandssumme = die Summe der Boltzmannfaktoren aller möglichen Zustände teilen (zumindest für ein endliches System, für ein unendliches System muss man fortgeschrittenere Techniken heranziehen). Diese Faktoren konvergieren zwar bei

für alle Energien gegen 1, allerdings gewinnen die energetisch niedrigsten Zustände (aus Symmetriegründen sind es immer mehrere, die aber alle eine nicht-verschwindende Netto-Magnetisierung haben) haushoch das Rennen, und das Verhältnis von Boltzmannfaktor zu kanonischer Zustandssumme geht nur für die allerniedrigsten Zustände gegen etwas anderes als Null. Demnach ist der Erwartungswert des Betrags(!) der Netto-Magnetisierung verschieden von Null. Bei höheren Temperaturen macht sich bemerkbar, dass die Systeme sehr groß sind, idealisiert unendlich ausgedehnt. Energetisch kommt man nämlich sehr nahe an die Grundzustandsenergie heran, wenn man Zustände konstruiert, in denen sich die Ausrichtungen benachbarter Spins nur allmäglich verändern, so genannte Spin-Wellen. Deren Energien liegen nur leicht oberhalb der Grundzustandsenergie, aber ihr Netto-Magnetfeld ist global Null. Je größer das System, desto langsamer können die Ausrichtungen variieren, d.h. desto niedriger sind die Energien der Spin-Wellen und dementsprechend mit höherer Wahrscheinlichkeit sind sie besetzt. Wer das Rennen gewinnt, kann man nicht intuitiv sagen, das muss man quantitativ untersuchen. Beim Ising-Modell (= allereinfachstes Modell eines Ferromagneten) kann man das sogar in einer und zwei Dimensionen genau ausrechnen, bei höheren Dimensionen kann man den Effekt mit dem Peierls-Argument abschätzen. In jedem Fall ist das Ergebnis, dass sich eine Magnetisierung nicht kontinuierlich, sondern plötzlich bei einer Temperatur (der Curie-Temperatur) einstellt.

Je niedriger die Temperatur ist, desto stärker ist der Effekt!

Noch eine Bemerkung: In der Schule hast Du vermutlich gelernt, dass nur Eisen, Nickel und Cobalt ferromagnetisch sind. Korrekt müsste man sagen: Nur Eisen, Nickel und Cobalt sind *bei Raumtemperatur* ferromagnetisch. Bei niedrigeren Temperaturen weisen sehr viel mehr Metalle ferromagnetisches Verhalten auf.