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vom 08.06.2020, aktuelle Version,

Weiss-Bezirk

Mehrere Körner von NdFeB. Innerhalb der Körner ist durch den Hell-Dunkel- Kontrast die Domänenstruktur erkennbar.

Als Weiss-Bezirke (auch Weißschen Domänen[1] oder weisssche Bezirke, nach dem französischen Physiker Pierre-Ernest Weiss) bezeichnet man beim Magnetismus mikroskopisch kleine magnetisierte Domänen in den Kristallen eines ferromagnetischen Stoffes.

Beschreibung

Bewegung magnetischer Domänenwände in einem SiFe-Pulverkern, verursacht durch ein ansteigendes externes Magnetfeld, beobachtet mit einem Kerr-Zellen-Mikroskop. Weiße Bereiche sind Domänen mit nach oben gerichteter Magnetisierung, dunkle Bereiche sind Domänen mit nach unten gerichteter Magnetisierung.

Weiss erkannte 1907, dass die magnetischen Momente der Atome („Elementarmagnete“) der Ferromagnetika auch ohne Einwirkung eines äußeren Magnetfeldes in begrenzten Bezirken parallel ausgerichtet sind. Die Größe dieser Bezirke erstreckt sich von etwa 10 bis 1000 µm linearer Ausdehnung.[2] Die Richtung der Magnetisierung orientiert sich am Kristallgitter des Werkstoffs. Bei Werkstoffen, deren Korngröße dieser Größenordnung entspricht oder noch darunter liegt, sind alle Kristallite Ein-Domänen-Teilchen, d. h., nicht weiter in Domänen unterteilt.

Von Natur aus sind die Weiss-Bezirke bis zur Sättigung magnetisiert. Die Grenzen zwischen den Bezirken heißen Bloch-Wände. Setzt man ein hartmagnetisches Material einem steigenden Magnetfeld aus, verschieben sich zunächst die Bloch-Wände zugunsten derjenigen Weiss-Bezirke, die in Richtung des äußeren Feldes ausgerichtet sind. Bei weiter steigendem äußeren Feld ändern schließlich immer mehr Weiss-Bezirke schlagartig ihre Polung (Barkhausen-Sprung). Dieses Umklappen kann man hörbar machen, indem man den Wechselanteil bzw. die stufenförmige Zunahme des magnetischen Feldes mit einer Spule induktiv aufnimmt und verstärkt. Bei Änderung des äußeren Feldes entsteht ein hysteresebehaftetes Rauschen, welches Rückschlüsse auf die magnetischen Eigenschaften des Materials zulässt.

Vergrößerung der Weiss-Bezirke durch die Ausrichtung mehrerer Domänen über ein externes magnetisches Feld

Weiss-Bezirke treten in Analogie dazu auch in Ferroelektrika auf, wo sie Bereiche einheitlicher Dipolausrichtung bilden.

Bilder

Magnetooptische Aufnahmen unterschiedlicher Domänenstrukturen
Domänenstruktur einer Formgedächtnislegierung
Aufnahme einer exemplarischen Mäanderdomänenstruktur
Aufnahme einer exemplarischen Blasendomänenstruktur


Literatur

  • Franz Zach: Leistungselektronik – Ein Handbuch. 5. Auflage, Springer Verlag, Wiesbaden, 2015 ISBN 978-3-658-04898-3.
  • Hans Fischer: Werkstoffe in der Elektrotechnik. 2. Auflage, Carl Hanser Verlag, München Wien, 1982 ISBN 3-446-13553-7.
  • Horst Stöcker: Taschenbuch der Physik. 4. Auflage, Verlag Harri Deutsch, Frankfurt am Main 2000, ISBN 3-8171-1628-4.

Einzelnachweise

  1. ↑ Franz Zach: Leistungselektronik - Ein Handbuch. 5. Auflage. Springer Verlag, Wiesbaden 2015, ISBN 978-3-658-04898-3, S. 1824 ff.
  2. ↑ Horst Stöcker: Taschenbuch der Physik. Frankfurt a. M. 1998.

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Image DescriptionCreditArtistLicense NameFile
Visualisierung der magnetischen Domänen einer Formgedächtnislegierung (Aufnahme mit CMOS-MagView) Eigenes Werk Matesy GmbH
CC BY-SA 3.0
 Datei:CMOS Domänen Formgedächtnislegierung.jpg
Visualisierung der magnetischen Mäanderdomänen-Struktur (Aufnahme mit CMOS-MagView) Eigenes Werk Matesy GmbH
CC BY-SA 3.0
 Datei:CMOS Mäanderdomänen.jpg
Visualisierung einer magnetischen Blasendomänen-Struktur(Aufnahme mit CMOS-MagView) Eigenes Werk Matesy GmbH
CC BY-SA 3.0
 Datei:CMOS magnetische Blasendomänen.jpg
Growing magnetic domains Eigenes Werk MikeRun
CC BY-SA 4.0
 Datei:Growing-magnetic-domains.svg
Animation of moving domain walls in a ferromagnetic material caused by an external magnetic field, observed with a Kerr-effect microscope. The sample of non-oriented electrical steel was magnetised. The animation starts from a demagnetised state and shows the effect of applying an increasing magnetic field in a downwards direction. The animation ends when sample saturates (slow magnetisation, below 0.1 Hz). Light areas have magnetization directed upwards, dark areas have magnetization directed downwards. Width of the image = 0.1 mm. See also Image:Magnetic domain by Zureks.png Eigenes Werk Zureks , Chris Vardon
CC BY-SA 3.0
 Datei:Moving magnetic domains by Zureks.gif
Photomicrograph of NdFeB, the magnetic material used to make neodymium rare earth magnets , under a Kerr-microscope, showing the magnetic domain structure. The metal is composed of microscopic crystal grains. The domains are the light and dark stripes faintly visible within each grain. Due to magnetic anisotropy, the crystal lattice of each grain has an "easy" preferred direction of magnetization, and the domains form as stripes roughly parallel to this direction. The magnetization of light and dark domains is opposite, parallel to their long axis. In most of the grains the domains are parallel to the surface, but in the outlined grain the "easy" direction of magnetization is almost vertical, so only the ends of the domains are visible. ). Eigenes Werk Gorchy
CC BY-SA 3.0
 Datei:NdFeB-Domains.jpg