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Nachricht |
Fenico
Gast
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 Fenico Verfasst am: 24. Dez 2022 00:29 Titel: Ferromagnetismus: Ursache |
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Meine Frage:
Die Spin- und Bahnmomente der Elektronen gleichen sich nicht aus, deshalb sind Fe, Ni und Co Ferromagnetisch.
Doch was ist die Ursache dafür?
Es hat etwas mit dem 3d-Orbital und nicht vollbesetzten Unterschalen zu tun, doch so ganz verstehe ich das noch nicht. Weshalb gibt es (kaum) andere Elemente, bei denen das der Fall ist? Wieso funktioniert das mit der Besetzung und wieso sind die Unterschalen nicht vollständig besetzt?
Und weshalb sorgt das dafür, dass sich die magnetischen Momente nicht ausgleichen?
Meine Ideen:
Eine Erklärung in möglichst einfachen Worten wäre super, da ich die vielen Artikel auf Wikipedia nicht so ganz nachvollziehen kann. |
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Fenico
Gast
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| Fenico Verfasst am: 24. Dez 2022 00:45 Titel: |
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Und hab ich das auch richtig verstanden?
Von "klein" (mikroskopisch) zu "groß" (makroskopisch) sähe die Betrachtungsweise des Ferromagnetismus so aus:
- nicht vollständig besetzt 3d Unterschale
- dadurch Spin- und Bahnmoment nicht kompensiert
- Weißsche Bezirke mit (Magnetisierung) bilden sich aus, nach außen hin ist der Stoff magnetisch neutral
- externes magnetisches Feld wird angelegt - ausbilden einer Hysteresekurve und Ausrichtung der Weißschen Bezirke, die parallel zum Feld liegen - Magnetfeld wird verstärkt - daher Eisen, Nickel, Cobald Ferromagnetisch
- Fe, Ni, Co sind magnetisiert und besitzen eine Remanenzflussdichte - nur durch Koerzitivfeldstärke lässt sich diese auf 0 bringen |
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Fenico
Gast
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| Fenico Verfasst am: 25. Dez 2022 14:52 Titel: |
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Kann mir niemand weiterhelfen? |
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willyengland
Anmeldungsdatum: 01.05.2016
Beiträge: 678
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Fenico
Gast
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| Fenico Verfasst am: 25. Dez 2022 15:20 Titel: |
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Hmm.. das verstehe ich nicht... :/ |
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Aruna
Anmeldungsdatum: 28.07.2021
Beiträge: 795
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| Aruna Verfasst am: 25. Dez 2022 15:28 Titel: Re: Ferromagnetismus: Ursache |
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| Fenico hat Folgendes geschrieben: | Meine Frage:
Die Spin- und Bahnmomente der Elektronen gleichen sich nicht aus, deshalb sind Fe, Ni und Co Ferromagnetisch.
Doch was ist die Ursache dafür?
Es hat etwas mit dem 3d-Orbital und nicht vollbesetzten Unterschalen zu tun, doch so ganz verstehe ich das noch nicht. Weshalb gibt es (kaum) andere Elemente, bei denen das der Fall ist? Wieso funktioniert das mit der Besetzung und wieso sind die Unterschalen nicht vollständig besetzt?
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nach welchen Prinzipien "Schalen" besetzt werden kannst Du z.B. hier nachlesen:
https://de.wikipedia.org/wiki/Elektronenkonfiguration#Auff%C3%BCllen_der_Schalen_nach_dem_Aufbauprinzip
Wenn die Elektronen dann "alle" sind, kann man keine weiteren Schalen besetzen.
Hier kannst Du Dir die Elektronenkonfigurationen der Elemente im Grundzustand anschauen:
http://wwwex.physik.uni-ulm.de/lehre/gk4-2005/node56.html
| Fenico hat Folgendes geschrieben: |
Und weshalb sorgt das dafür, dass sich die magnetischen Momente nicht ausgleichen?
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im Wesentlichen geht es um "ungepaarte" Elektronen.
Elektronen sind Fermionen und daher können nach dem Pauli-Prinzip keine zwei den gleichen Zustand (gleiche Quantenzahlen) einnehmen.
Wenn alle anderen Quantenzahlen gleich sind, bleibt noch die magnetische Spinquantenzahl, die zwei Werte einnehmen kann.
Bei gepaarten Elektronen hat man dann zwei Elektronen deren magnetisches Dipolmoment sich aufhebt. Bei ungepaarten bleibt unter dem Strich ein magnetisches Moment übrig.
Dann kommt die Austauschwechselwirkung in's Spiel, die dafür sorgt, dass es energetisch günstiger ist, wenn sich die magnetischen Momente benachbarter
Atome parallel ausrichten.
| Zitat: | Im Detail muss nach dem Pauli-Prinzip für eine antisymmetrische Ortswellenfunktion die zugehörige Spinwellenfunktion symmetrisch sein (z. B. bei parallelen Spins im Zwei-Elektronen-System). Man kann zeigen, dass der durchschnittliche Abstand der beiden Teilchen bei einer antisymmetrischen Ortswellenfunktion größer ist und damit für Teilchen gleicher Ladung deren Coulomb-Abstoßung geringer. Die Austauschwechselwirkung bewirkt hier also eine effektive Absenkung der potentiellen Energie. Andererseits können sich die Elektronen mit parallelem Spin nach dem Pauli-Prinzip nicht im selben Ortszustand befinden und müssen sukzessive höhere Niveaus besetzen, wodurch ihre kinetische Energie zunimmt. Die spontane Parallelstellung der Spins und damit eine ferromagnetische Ordnung wird also nur zustande kommen, wenn die Absenkung der potentiellen Energie die Erhöhung der kinetischen Energie überkompensiert. Das ist der Grund, weshalb nur die wenigen genannten Materialien ferromagnetisch sind, die breite Mehrheit aber nicht.
https://de.wikipedia.org/wiki/Ferromagnetismus#Physikalischer_Ursprung |
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