Was ist die Curietemperatur?
Die Curie-Temperatur ist eine wichtige Größe in der Magnettechnik. Sie bestimmt, ab welcher Temperatur ein ferromagnetischer Stoff seine magnetischen Eigenschaften verliert. In diesem Lexikoneintrag erfahren Sie alles, was Sie über die Curie-Temperatur wissen müssen, einschließlich ihrer Definition, ihrer Bedeutung und ihrer Einflussfaktoren.
Allgemeines über die Curietemperatur
Curie-Temperatur, TC, die Temperatur, bei der die Ordnung der magnetischen Momente in Ferromagnetika aufgrund der thermischen Bewegung zusammenbricht (Ferromagnetismus). Die Curie-Temperatur von ferromagnetischen Stoffen wurde 1894 von P. Curie entdeckt, ein Jahr vor dem für Paramagnetika geltenden Curie-Gesetz. Oberhalb von TC verhalten sich Ferromagnetika wie Paramagnetika (Paramagnetismus). Für T > TC gilt das Curie-Weiss'sche Gesetz: χm = const./(T – TC), χm: magnetische Suszeptibilität. Auch für verwandte Effekte wie die Ferroelektrizität kann eine Curie-Temperatur definiert werden, ferroelektrische Curie-Temperaturen liegen zwischen 10 und einigen 100K. Beim Antiferromagnetismus spricht man von der Néel-Temperatur TN. Der genaue Wert von TC hängt von der Definition bzw. der Messmethode ab, da das Erreichen von TC einen Phasenübergang zweiter Art darstellt und daher TC durch Extrapolation aus den Messdaten gewonnen werden muss. Je nachdem, bei welcher physikalischen Größe der Übergang beobachtet wird, wird auch statt von TC vom jeweiligen Curie-Punkt gesprochen.
Die verschiedenen Arten von Magneten und ihre Curietemperaturen
Bei der Betrachtung der verschiedenen Magnetmaterialien und ihrer magnetischen Eigenschaften gibt es folgende Unterscheidung: Ferromagnetismus, Diamagnetismus und Paramagnetismus. Ferromagnetismus ist durch eine gleichförmige Ausrichtung der magnetischen Momente seiner Elementarmagnete bei Anlegen eines äußeren Magnetfeldes gekennzeichnet. Diese Ausrichtung der Elementarmagnete bleibt auch nach Wegnahme des äußeren Magnetfeldes in Form eines Restmagnetismus, der Remanenz, erhalten. Um diese Remanenz auf 0 zurückzuführen, muss die magnetische Feldstärke in negativer Richtung um den Wert der Koerzitivkraft angelegt werden. Diamagnetische Stoffe bestehen aus Atomen ohne magnetische Dipolmomente. Ein angelegtes äußeres Magnetfeld induziert aber in diesen Stoffen magnetische Dipolmomente, die allerdings gegenläufig zum äußeren Magnetfeld verlaufen. Als wichtige Kenngröße ist die relative Permeabilität bei diamagnetischen Stoffen minimal kleiner als 1.
Bei paramagnetischen Stoffen haben deren Atome magnetische Dipolmomente, die jedoch keine einheitliche Ausrichtung auf Grund der Wärmebewegung haben. Durch Anlegen eines äußeren Magnetfeldes erfahren jedoch diese Dipolmomente eine gleichgerichtete Ausrichtung zum äußeren Magnetfeld. Paramagnetische Stoffe haben eine relative Permeabilität minimal größer als 1.
Eine grundlegende Veränderung der magnetischen Eigenschaften erfahren Magnetwerkstoffe bei Überschreiten der Curie-Temperatur TC. Unterhalb dieser Curie-Temperatur sind die Magnetwerkstoffe ferromagnetisch, oberhalb von TC werden sie paramagnetisch.
Curie-Temperatur für ausgewählte Stoffe
Material = Tc (°C)
Eisen = 744-774
Kobalt = 1120-1130
Nickel = 358-377
Erbium = 235
Bariumferrit = 435
Magnetit = 525
Heuslersche Legierungen = 60-380
Bei Überschreiten der Curie-Temperatur vollzieht sich im Magnetwerkstoff eine grundlegende Veränderung in der Auskristallisierung seiner Atomgitterstruktur. Bei normaler Umgebungstemperatur ist diese Atomgitterstruktur von Magnetwerkstoffen kubisch raumzentriert. Dies bedeutet, dass die Atome würfelförmig angeordnet sind, mit jeweils einem Atom in der Würfelmitte. Nur in dieser Konstellation der Atomanordnung hat der Magnetwerkstoff ferromagnetische Eigenschaften. Wird der Magnetwerkstoff über die Curie-Temperatur hinaus erwärmt, wandelt sich diese kubische Raumzentrierung in eine kubisch flächenzentrierte Atomgitterstruktur um. Die Atome in der Würfelmitte wandern in die Mitte einer jeden Würfelseite. Dies hat die Konsequenz, dass die ferromagnetischen Eigenschaften in einen Paramagnetismus übergehen. Sämtliche Magnetwerkstoffe zeigen in mehr oder wenig starker Ausprägung diese Veränderungen in den magnetischen Eigenschaften.
Faktoren, die die Curie-Temperatur beeinflussen oder von ihr beeinflusst werden können
Die Curie-Temperatur TC wird beeinflusst durch die magnetische Suszeptibilität Χ und die Curie-Konstante C. Der mathematische Zusammenhang ist dabei wie folgt: Χ = C/(T-TC). Die magnetische Suszeptibilität Χ ist eine dimensionslose physikalische Größe. Diese beschreibt den Grad der Magnetisierbarkeit eines Magnetmaterials bei Anlegen eines äußeren Magnetfeldes. Die Curie-Konstante C ist eine stoffspezifische physikalische Größe mit der Einheit einer Temperatur. Sie hat für jeden Stoff separat einen konstanten Wert.
Zusammenfassung
Die Curie-Temperatur ist besonders auf dem umfangreichen Gebiet der Magnettechnik eine wichtige Größe. Vor allem beim Betrieb von Permanentmagneten sollte sie beachtet werden. Hier sollte zwischen maximaler Umgebungstemperatur und der Curie-Temperatur immer noch eine ausreichend große Distanz bestehen bleiben. Somit gewährleistet man die einwandfreie Funktion der Dauermagnete. Nehmen Sie uns bei der Lösung Ihrer Magnetprobleme mit ins Boot. Wir beraten Sie gerne mit all unserer Erfahrung zur Magnettechnik!