Μαγνητισμός: από τη νανοκλίμακα ως το μακρόκοσμο: υλικά, ιδιότητες, εφαρμογές

Abstract

This PhD thesis examines the phenomenon of magnetism through the development and content of an educational website, entitled "The world of magnetism", which aims to deepen the concepts of this phenomenon. The lack of systematic organization of information and comprehensive educational resources on magnetism indicates the need to create an educational environment with valid information from the international scientific literature that will provide multidimensional knowledge about this phenomenon. The site includes a range of topics covering all aspects of magnetism on a wider scale from macroscale to nanoscale. At the same time, they provide access to broad educational materials and interactive activities, with emphasis on both basic concepts and specialized concepts of magnetism. The research focuses on creating a model that not only establishes the theoretical basis of magnetism, but also introduces users to practical applications. This allows them to understand, for example, the use of magnetic nanostructures and gain access to educational materials such as the everyday applications of magnetism. In addition, the various topics are related to a variety of information such as the history of magnetism, the magnetic properties of various materials, as well as their magnetic performance at the respective scales. The creation of this educational website was based on modern principles of designing educational websites, following the standards for an attractive and easily accessible platform. The design of the website is based on the integration of interactive tools, quizzes and self-assessments that allow users to actively engage in the learning process. At the same time, the integration of specialized thematic units, such as metrology, magnetic measurement units, as well as the measurement of the magnetic properties of materials, is sought. The research process supports the development of self-assessment tools and quizzes aimed at improving learning, through data collection and investigation of user feedback. Based on the analysis of this data, useful conclusions are provided to optimize the website and enhance its effectiveness as an educational tool. The research methodology used to study magnetism categorizes magnetic materials and examines how magnetic properties can be modulated, depending on the size of the materials. Also, various measurement techniques are interpreted, including magnetic conversions. Basic concepts such as hysteresis loops and reference hysteresis loops are analyzed. In addition, binary alloys, material properties and magnetic anisotropy are investigated. More precisely, a detailed examination of magnetism at the microscale and nanoscale is attempted, analyzing various concepts such as surface atoms, crystallites size, hysteresis losses. In conclusion, the PhD thesis attempts to provide a complete and comprehensive overview of magnetism and enhance public understanding and engagement with this complex field. By systematically presenting information and supporting the active participation of users, the platform seeks to meet the modern needs for information on the phenomenon of magnetism. At the same time, it offers an innovative way of approach, which combines theory with practical tools for learning and deepening in the different scales of magnetism.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή εξετάζει το φαινόμενο του μαγνητισμού μέσα από την ανάπτυξη και το περιεχόμενο ενός εκπαιδευτικού ιστότοπου, με τίτλο «Ο κόσμος του μαγνητισμού», ο οποίος στοχεύει στην εμβάθυνση των εννοιών του φαινομένου αυτού. Η έλλειψη συστηματικής οργάνωσης των πληροφοριών και ολοκληρωμένων εκπαιδευτικών πόρων σχετικά με τον μαγνητισμό υποδεικνύει την ανάγκη δημιουργίας ενός εκπαιδευτικού περιβάλλοντος με έγκυρες πληροφορίες από την διεθνή επιστημονική βιβλιογραφία το οποίο θα προσφέρει πολυδιάστατη γνώση σχετικά με το συγκεκριμένο φαινόμενο.Ο ιστότοπος περιλαμβάνει ένα φάσμα θεματικών ενοτήτων που καλύπτουν όλες τις πτυχές του μαγνητισμού σε μία ευρύτερη κλίμακα από τη μακροκλίμακα έως τη νανοκλίμακα. Ταυτόχρονα, παρέχουν πρόσβαση σε ευρεία εκπαιδευτικά υλικά και διαδραστικές δραστηριότητες, με έμφαση τόσο στις βασικές έννοιες όσο και στις εξειδικευμένες έννοιες του μαγνητισμού. Η έρευνα εστιάζει στη δημιουργία ενός μοντέλου το οποίο όχι μόνο καταρτίζει τη θεωρητική βάση του μαγνητισμού, αλλά εισάγει τους χρήστες και σε πρακτικές εφαρμογές. Κάτι τέτοιο τους επιτρέπει να κατανοήσουν, για παράδειγμα, τη χρήση των μαγνητικών νανοδομών και να αποκτήσουν πρόσβαση σε εκπαιδευτικό υλικό όπως, τις καθημερινές εφαρμογές του μαγνητισμού. Επιπλέον, οι διάφορες θεματικές ενότητες σχετίζονται με ποικιλία πληροφοριών όπως για παράδειγμα, την ιστορία του μαγνητισμού, τις μαγνητικές ιδιότητες διαφόρων υλικών, καθώς επίσης και τις μαγνητικές επιδόσεις τους στις αντίστοιχες κλίμακες. Η δημιουργία αυτού του εκπαιδευτικού ιστοτόπου βασίστηκε στις σύγχρονες αρχές σχεδιασμού εκπαιδευτικών ιστοσελίδων, ακολουθώντας τα πρότυπα για μία ελκυστική και εύκολα προσβάσιμη πλατφόρμα. Ο σχεδιασμός του ιστοτόπου βασίζεται στην ενσωμάτωση διαδραστικών εργαλείων, κουίζ και αυτοαξιολογήσειων που επιτρέπουν στους χρήστες να εμπλακούν ενεργά στη διαδικασία της μάθησης. Παράλληλα, επιδιώκεται η ενσωμάτωση εξειδικευμένων θεματικών ενοτήτων, όπως η μετρολογία, οι μονάδες μαγνητικών μετρήσεων, καθώς και η μέτρηση των μαγνητικών ιδιοτήτων των υλικών. Η ερευνητική διαδικασία υποστηρίζει την ανάπτυξη εργαλείων αυτοαξιολόγησης και ερωτηματολογίων που στοχεύουν στη βελτίωση της μάθησης, μέσα από τη συλλογή δεδομένων και τη διερεύνηση των ανατροφοδοτήσεων των χρηστών. Με βάση την ανάλυση αυτών των δεδομένων, παρέχονται χρήσιμα συμπεράσματα για τη βελτιστοποίηση του ιστότοπου και την ενίσχυση της αποτελεσματικότητάς του ως εκπαιδευτικού εργαλείου.Η μεθοδολογία της έρευνας που χρησιμοποιείται για τη μελέτη του μαγνητισμού, κατηγοριοποιεί τα μαγνητικά υλικά και εξετάζει με ποιο τρόπο μπορούν να διαμορφωθούν οι μαγνητικές ιδιότητες, ανάλογα με το μέγεθος των υλικών. Επίσης, ερμηνεύονται διάφορες τεχνικές μέτρησης, συμπεριλαμβανομένων και των μαγνητικών μετατροπών. Αναλύονται βασικές έννοιες όπως, οι βρόχοι υστέρησης και οι βρόχοι υστέρησης αναφοράς. Διερευνώνται, επιπρόσθετα, τα δυαδικά κράματα, οι ιδιότητες των υλικών και η μαγνητική ανισοτροπία. Ακριβέστερα, επιχειρείται μια λεπτομερής εξέταση του μαγνητισμού σε μικροκλίμακα και νανοκλίμακα, αναλύοντας διάφορες έννοιες όπως, τα επιφανειακά άτομα, ο αριθμός των κρυσταλλιτών, οι απώλειες υστέρησης,. Ολοκληρώνοντας, η διδακτορική διατριβή επιχειρεί να παράσχει μια πλήρη και ολοκληρωμένη επισκόπηση του μαγνητισμού και να ενισχύσει την κατανόηση και την εμπλοκή του κοινού με αυτό το περίπλοκο πεδίο. Με τη συστηματική παρουσίαση των πληροφοριών και την υποστήριξη της ενεργού συμμετοχής των χρηστών, η πλατφόρμα επιδιώκει να καλύψει τις σύγχρονες ανάγκες για πληροφόρηση γύρω από το φαινόμενο του μαγνητισμού. Παράλληλα προσφέρει έναν καινοτόμο τρόπο προσέγγισης, ο οποίος συνδυάζει τη θεωρία με πρακτικά εργαλεία μάθησης και εμβάθυνσης στις διαφορετικές κλίμακες του μαγνητισμού.