O MAGNETOCH   >   Pojmy v magnetismu


Základné pojmy

Magneticky tvrdý materiál

Trvalé magnety sú z materiálov, ktoré nazývame termínom "magneticky tvrdé materiály". Na výrobu trvalých magnetov sa používajú materiály, označované súhrnne termínom "magneticky tvrdé materiály". Ich základnou magnetickú vlastnosťou je schopnosť zachovať značnú magnetickú polarizáciu J aj po ukončení pôsobenia vonkajšieho magnetického poľa. Celková magnetická indukcia B v materiáli je daná vzťahom:

B = mo . H + J
(1)


kde: H je intenzita magnetického poľa [ A/m ]
B je magnetická indukcia [ T ]
J je magnetická polarizácia [ T ]
mo je permeabilita vákua (4p. 10-7 Tm/A)


Veľkosť polarizácie je úmerná veľkosti magnetického poľa:

J = mo . (mr - 1) . H
(2)


kde mr je relatívna permeabilita

Vzťah (1) je potom možné alternatívne zapísať v tvare:

B = mo . mr . H
(3)

Hysterézna krivka

Hysterézna krivka
Závislosti J (H) resp. B (H) podľa vzťahov (2) resp. (3) charakterizujú magneticky tvrdý materiál. Úplný priebeh závislosti od -Hmax do +Hmax a späť sa nazýva hysteréznou sľučkou. Hysterézna sľučka je odrazom zmien usporiadania magnetických domén (Weissová doména) v materiáli. Rozoznávame v zásade dva druhy týchto zmien: posun doménových stien a rotáciu vektorov magnetizácie. Zatiaľ čo prvý mechanizmus sa uplatňuje najmä v oblasti nižších polí, druhý je významný v oblasti nasýtenia. Na obr.1 uvádzame príklady oboch typov hystereznej sľučky. Líšia sa od seba o aditívnu zložku mo.H zo vzťahu (1). Závislosť B (H) sa častejšie využíva v technickej praxi, závislosť J (H) slúži skôr v oblasti materiálového výskumu.

Charakteristické parametre magnetu

Trvalý magnet je charakterizovaný týmito základnými parametrami : koercitivitou Hc remanencia Bra maximálnym súčinom (BH)max.

Koercitivita Hc [ A/m ] je taká intenzita mag . poľa, ktorá pôsobí proti smeru spontánna magnetizácia, až dosiahne celkové indukcie v materiáli B = 0. Parameter Hc je mierou odolnosti magnetu proti odmagnetovaniu (vonkajším poľom aj vlastnou demagnetizáciou). Remanencia Br [T] je hodnota mag. indukcie, ktorá sa ustáli po zmagnetizovaní v uzavretom obvode magnetu, bez pôsobenia vonkajšieho magnetického poľa. Z obr. 1 vyplýva, že zatiaľ čo parameter Br je pre obe typy kriviek B(H), J(H) zhodný, to isté neplatí pre parameter Hc. Preto rozlišujeme koercitivitu HcJ a koercitivitu HcB. Maximálny súčin (BH)max [kJ/m3] (niekedy tiež nazývaný maximálny energetický súčin), je úmerný magnetickej energii, uloženej v magnete optimálneho tvaru. Parameter (BH)max zodpovedá interakčnej sile magnetu, voči iným feromagnetickým predmetom, najčastejšie železu.

Veličina Jednotka Prevod
SI cgs
Intenzita mag. poľa H A/m Oersted (Oe) 1 A/m = 12,57.10E-3 Oe
1 kA/m = 12,57 Oe
Magnetická indukcia B Tesla (T) Gauss (G) 1 T = 1 Vs/m2 = 10E4 G
1 mT = 10 G
Magnetická polarizácia J Tesla (T) Gauss (G) 1 T = 10E4 G
1 mT = 10 G
Magnetický tok F Weber (Wb) Maxwell (Mx) 1 Wb = 1 Vs = 10E8 Mx
1 mWb = 10E 5 Mx
Hustota mag. energie w J/m3 G.Oe 1 J/m3 = 1 Vs/m2.
1 A/m = 1 T.A/m
1 J/m3 = 0,1257.E3 GOe
1 kJ/m3 = 0,1257.E6 GOe
Permeabilita vákua m0 T / (A/m) G / Oe m0 = 1,257.E-6 T / (A/m)
      = 1,257.E-6 Vs / (Am)
      = 1 G/Oe


Magnetický obvod

Trvalý magnet sa často používa v magnetickom obvode, zloženom z magnetu a z pólových nástavcov z magneticky mäkkého materiálu, najčastejšie železa. Dosahuje sa tým optimálneho tvarovania pólov a vzduchovej medzery.

Výpočet zloženého magnetického obvodu je značne komplikovaný. Vychádza z aplikácie Biot-Savartova zákona a zákona zachovania magnetického toku. V prípade obvodu na obr. 3 je možné vyššie uvedené zákony prepísať na rovnice

Hm . lm = g . Hg .lg
(4)


Bm . Am = s . Bg .Ag
(5)


Magnetický obvod
kde: Hm, Bm je intenzita poľa resp. indukcia v magnete
lm, Am je dĺžka resp. prierez magnetu
Hg, Bg je intenzita poľa resp. indukcia v medzere
lg, Ag je dĺžka resp. prierez medzery
g je koeficient reluktancie
s je koeficient úniku


Koeficient g vyjadruje magnetický odpor všetkých magneticky mäkkých a nemagnetických častí obvodu (napr. styčných plôch). V prípade kvalitného obvodu sa jeho hodnota blíži 1. Určenie koeficientu s, ktorý vyjadruje mieru úniku magnetického toku z medzery, nie sú k dispozícii presné analytické metódy výpočtu. V takýchto prípadoch sa najčastejšie postupuje numerickými metódami, pri ktorých sa obvod rozdelí na množstvo oblastí s rôznymi pracovnými bodmi.



Demagnetizácia

Ako už názov naznačil, jedná sa o proces, pri ktorom sa znižuje celková magnetická polarizácia v magnete. Môže sa tak stať pôsobením vonkajšieho mag. poľa opačného smeru na smer polarizácie. Tento proces sa nazýva odmagnetovaním. Okrem toho je však každý magnet podrobený pôsobeniu vnútorného demagnetizačného poľa Hd, ktorého vznik súvisí s princípom znižovaním jeho vnútornej energie. Velikosť Hd je daná vzťahom :

Hd = - Kd . J / mo
(3)


kde Kd je demagnetizačný faktor

Faktor Kd závisí na tvare magnetu a smeru magnetovania, pričom jeho presný výpočet je vo všeobecnom prípade komplikovaný. Jednoduchý vzorec platí len pre rotačný elipsoid, ktorý sa však v praxi nevyskytuje . Preto sa využívajú tabuľkové hodnoty a rôzne matematické prístupy, napríklad aproximácia. Všeobecne platí, že čím je väčší pomer rozmeru magnetu v smere magnetovania voči jeho kolmým rozmerom (niekedy nazývaný pomerom štíhlosti magnetu), tým menší je jeho demagnetizačný faktor. Závislosť má charakter hyperboly, tj. zmenšenie pomere na polovicu napr. môže znamenať zmenšenie Kd o desatinu, ale aj desaťkrát .

Spôsoby zmagnetizovania

Aby trvalý magnet plnil svoju funkciu, je nutné ho po vyrobení zmagnetizovať. Intenzita magnetizovaného poľa, by mala dosiahnuť minimálne 3-násobku koercitivitou daného materiálu. Materiály s menšou hodnotou Hc možno Magnetovať až po zostavení celého obvodu. Správnym magnetizovaním dosahujeme optimalizáciu pracovného bodu magnetu.

Magnety s veľkou koercitivitou sa ľahšie Magnetizujú samostatne, pretože nie je nutné konštruovať špeciálne prípravky a eliminovať sily, ktoré pri magnetovaní vznikajú.

Pre magnetovanie trvalých magnetov sa používajú väčšinou špeciálne Magnetizéri pracujúce na princípe elektromagnetu, ktorého cievky sú napájané pulzným prúdom veľkej hodnoty, získané vybitím batérie z kondenzátorov, alebo zo špeciálne navrhnutého pulzného zdroja.

Niekedy je potrebné, aby všetky magnety série mali zhodne nastavený pracovný bod. Toho sa dosahuje opakovaným pôsobením vzrastajúceho mag. poľa opačnej polarity k magnetizovanému poli po zmagnetizovaní. Veľkosť tohto od magnetizovacieho poľa závisí na skutočne meranej polohe prac. bodu magnetu v prestávkach odmagnetovania.

Teplotná a časová charakteristika

Teplotná a časová charakteristika

Curie teplota

Magnetizácia všetkých feromagnetických materiálov so vzrastajúcou teplotou klesá až k nule, to isté platí aj pre trvalé magnety. Teplotná závislosť je charakterizovaná tzv. Curie teplotou Tc, ktorá je priesečníkom smernice zostupnej časti krivky s teplotnou osou (obr. 4). Pri použití trvalých magnetov je potrebné dbať na to, aby sa pracovná teplota nepriblížila Tc, bezpečná vzdialenosť je cca do 0,4 násobku Tc.

Termokompenzačné zliatiny

Teplotnej závislosti parametrov magnetov sa nedá vyhnúť. Pri použití v zložených magnetických obvodoch možno túto nepríjemnú vlastnosť odstrániť použitím termokompenzačnej magnetickej cievnej spojky, umiestnenej paralelne k vzduchovej medzere magnetu. Termokompenzačná zliatina má strmo klesajúcu charakteristiku J (T). Pri vzrastajúcej teplote je mag. tok skratom vytlačovaný do vzduchovej medzery a kompenzuje tak úbytok toku vplyvom teplotnej charakteristiky vlastného magnetu.

Nevratné zmeny

Teplotné a časové zmeny magnetizácie sú dielom vratné a dielom nevratné. Nezvratné zmeny majú svoj pôvod v mikroštruktúre a mechanizme magnetovania materiálu. Vplyvom času a teploty dochádza k relaxačným pochodom, ktoré vedú k zníženiu vnútornej energie. Makroskopicky sa tieto zmeny prejavujú znížením magnetizácie, prípadne ďalších parametrov magnetu. Pokles je však väčšinou nevýznamný. V prípade podmienky dlhodobo konštantných vlastností magnetu, je magnet podrobený k umelému starnutiu, príp. teplotnej stabilizácie (striedaním teplôt). Pred záverečným magnetizovaním je potom magnet vystavený pôsobeniu striedavého magnetického poľa s klesajúcou amplitúdou.

KDE NÁS NÁJDETE?

ABC MAGNET s.r.o.
Areál Big box, hala B10
Ve Žlíbku 1800
193 00  PRAHA 9 - Horní Počernice