Curie-Temperatur

Die Temperatur, bei deren Erreichen ferromagnetische bzw. ferroelektrische Eigenschaften einer Probe vollständig verschwunden sind, sodass sie oberhalb nur noch paramagnetisch ist, wird als Curie-Temperatur $ T_{\rm {C}} $ bzw. $ \vartheta _{\rm {C}} $ (nach Pierre Curie) bezeichnet.

Auftreten

Die Curie-Temperatur markiert den Phasenübergang ferromagnetischer oder ferrimagnetischer Materialien in ihre paramagnetische Hochtemperaturform. Die (spontane oder gerichtete) Magnetisierung von Kristallbereichen verschwindet oberhalb der materialspezifischen Curie-Temperatur, unterhalb dieser Temperatur erlangen die Werkstoffe ihre magnetischen Eigenschaften wieder zurück, d. h., es zeigt sich ohne äußeres Magnetfeld eine spontane Magnetisierung der Weiss-Bezirke. Materialien sind nur deutlich unterhalb dieser Temperaturen als Magnetwerkstoff einsetzbar.

Die Curie-Temperatur einiger typischer Magnetwerkstoffe ist:

• Cobalt 1394 K (1121 °C)
• Eisen 1041 K (768 °C)
• Nickel 633 K (360 °C)
• Gadolinium 292,5 K (19,3 °C)^[1]
• Ferrite 100…460 °C (je nach Werkstoffzusammensetzung)

Ein analoges Verhalten zeigen auch polarisierte und unpolarisierte Ferroelektrika beim Erwärmen und beim Übergang zur paraelektrischen Phase. Dies ist die Ursache der teilweise recht niedrigen Einsatztemperaturen ferroelektrischer Materialien für Kondensatoren und Piezo-Aktoren.

Bei antiferromagnetischen Stoffen findet der entsprechende Phasenübergang bei der Néel-Temperatur $ T_{\text{N}} $ statt.

Die Polarisierung eines Dauermagneten verschwindet schon deutlich unterhalb der Curie-Temperatur $ T_{\mathrm {C} } $ irreversibel, da eine makroskopisch einheitliche Orientierung der Weiss-Bezirke thermodynamisch instabil ist.

Verhalten oberhalb der Curie-Temperatur

Oberhalb der Curie-Temperatur lässt sich das magnetische Verhalten häufig durch ein Curie-Weiss-Gesetz beschreiben. Die paramagnetische, bzw. dielektrische Suszeptibilität folgt in guter Näherung der Relation $ \chi ={\frac {C}{T-T_{\mathrm {C} }}} $ mit der Curie-Konstanten $ C $.

Bedeutung und Anwendungen

• Datenspeicherung: In magneto-optischen Speichermedien wird die magnetische Schicht durch einen Laser punktförmig bis zur Curie-Temperatur erhitzt, um die vorhandene Information zu löschen und neue Daten schreiben zu können. Beim Abkühlen wird die Magnetisierung „eingefroren“. Das Erhitzen von (herkömmlichen, nicht-magneto-optischen) Festplatten über die Curie-Temperatur gewährleistet eine hundertprozentige Vernichtung aller Daten. Angewandt wird diese Technik aber meistens nur bei streng geheimen Daten.

• Als Thermostat im sogenannten „Magnastat-Lötkolben“: Der Lötkolben wird durch einen Magnetschalter eingeschaltet. Sobald die Lötspitze heiß genug ist, verliert das daran befestigte ferromagnetische Material seinen Magnetismus und öffnet den magnetischen Kreis, das heißt, das Magnetfeld eines Dauermagneten kann den Schalter nicht mehr schließen. Der Strom bleibt unterbrochen, bis das Material bei Abkühlung wieder ferromagnetisch wird und den Schalter schließt.

• Paläomagnetismus oder Paläomagnetik: Heiße, aus dem Erdinnern austretende Lava liegt in ihrer Temperatur über der Curie-Temperatur. Wenn sie erstarrt, „frieren“ daraus auskristallisierende eisenhaltige Minerale das zu dem Zeitpunkt vorherrschende Magnetfeld ein. In der Regel ist das das natürliche Magnetfeld der Erde. Auf diese Weise können Schwankungen und Polumkehrungen im Verlauf der Erdgeschichte nachgewiesen werden.

• Geophysik: Da im Erdinnern schnell Temperaturen erreicht werden, die über den Curie-Temperaturen liegen (Curie-Tiefe), kann das Magnetfeld der Erde nicht durch einen Permanentmagneten in der Erdmitte entstehen.

• Ferritkerne, u. a. für Schaltnetzteil-Übertrager, zeigen etwas unterhalb der recht niedrigen Curie-Temperaturen eine starke Änderung der Permeabilitätszahl, sie steigt zunächst an, um bei weiter steigender Temperatur steil abzufallen. Diese Temperatur darf daher im Betrieb nicht erreicht werden. Oft besitzen jedoch die Kernverluste im Bereich um 100 °C ein Minimum, sodass eine weitere Erwärmung im Betrieb begrenzt wird.

Literatur

• Horst Stöcker: Taschenbuch der Physik. 4. Auflage, Verlag Harry Deutsch, Frankfurt am Main 2000, ISBN 3-8171-1628-4.
• Hans Fischer: Werkstoffe in der Elektrotechnik. 2. Auflage, Carl Hanser Verlag, München/Wien 1982 ISBN 3-446-13553-7.
• Werner Schröter, Karl-Heinz Lautenschläger, Hildegard Bibrack: Taschenbuch der Chemie. 9. Auflage, Verlag Harry Deutsch, Frankfurt am Main 1981, ISBN 3-87144-308-5.

Einzelnachweise