Weiss-Bezirk

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

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

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. 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 bereits 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.