Magnety.info

Vše o neodymových magnetech.

Magnet

Některé odborné výrazy a jejich význam.

Původně se usuzovalo, že magnetismus představuje samostatný fyzikální jev. V souvislosti s postupným získáváním poznatků o elektrických jevech a masovým využívám elektrické energie v běžné praxi je stále více zřejmá úzká provázanost mezi elektrickými a magnetickými jevy a naopak. K lepšímu pochopení fyzikálních základů permanentních magnetů jsou v této kapitole dle možností co nejsrozumitelněji vysvětleny některé často používané odborné termíny.

Anizotropie

- obecně vyjadřuje rozdílnost vlastností materiálu v geometricky různých směrech. Konkrétně v případě anizotropních permanentních magnetů se liší množství energie nezbytné pro jejich magnetování v různých směrech, čehož je dosahováno spolupůsobením silného magnetického pole při lisování tělesa magnetu z feri­tového prášku popř. suspenze. Ve směru působení tohoto magnetického pole pak lze výlisek snáze magnetovat a dosahuje se i podstatně větší hodnoty remanentní magnetické indukce Br (viz prioritní směr a přednostní osa orientace). Nejvíce se využívá magnetokrystalová anizotropie a tvarová anizotropie

B - magnetická indukce

- viz magnetická indukce

Barium (Ba)

- chemický prvek II.skupiny Mendělejevovy periodické soustavy prvků (alkalické zeminy). Nejdůležitější surovinou je baryt (těživec; řecky barys = těžký). Při výrobě feritových magnetů se přidává ve formě uhličita­nu barnatého k oxidu železitému a při kalcinaci pak vzniká sloučenina BaFe12O19 (barnatý ferit).

(B . H)max - maximální energetický součin

- nejvyšší možná hodnota součinu hodnot magnetické indukce B a intenzity magnetického pole H v oblasti demagnetizační křivky. Jeho hodnota je rovna ploše největšího obdélníku vepsatelného do demagnetizač­ní křivky. Při zjišťování tohoto součinu vycházíme z bodu dotyku demagnetizační křivky s hyperbolou ze soustavy energetických křivek. Čím vyšší je hodnota (B . H)max materiálu, tím menší pak může být při jinak stejných podmínkách objem magnetu, potřebného pro určitou aplikaci.

Curie teplota

- přechodová teplota, při které ztrácí feromagnetická látka svůj magnetismus (pojmenováno podle Madame Curie). Po překročení této teploty dochází k přeměně feromagnetické látky na paramagnetickou.

Demagnetizace

- snižování hodnoty remanentní magnetické indukce Br až do dokonale demagnetované stavu, což lze pro­vést následujícími způsoby:

1. Stejnosměrným magnetickým polem s opačnou orientací.

2. Zahřátím minimálně na Curie teplotu Tc (u feritů 450°C), což způsobí úplné odmagnetování - pozor však na tepelné šoky, jejichž následkem mohou zejména odmagnetovávané feritové magnety praskat.

3. Ionizujícím zářením.

4. Tlumeným střídavým magnetickým polem.

Demagnetizační faktory (N)

- spojíme-li pracovní bod magnetu se začátkem souřadnicového systému, dostaneme korekční přímku. Úhel mezi druhou ordinátou (osou B) a korekční přímkou je korekční úhel. N je bezrozměrný a nabývá hod­noty mezi 0 (Br, uzavřený magnetický obvod) a 1 (úplně otevřený magnetický obvod).

Demagnetizační křivka

- část hysterezní křivky, probíhající ve druhém kvadrantu pravoúhlého souřadného systému. Průběh demag­netizační křivky a její konečné hodnoty Br (remanence) a Hc (koercitivita) určují podstatné magnetické hodno­ty trvalého magnetu. Princip značení magnetického materiálu podle DIN IEC 60404-8-1 (dříve DIN 17410).

Fluxmetr

- přístroj pro měření magnetického toku - viz též měření magnetického toku

G - gauss

- jednotka magnetické indukce v mezinárodní soustavě jednotek CGS. Pojmenována po matematiku Friedrichu Gaussovi.

1G = 10-4 T

1 T = 1000 mT

1 mT= 10 G

H - intenzita magnetického pole

- intenzita magnetické pole - viz koercitivní intenzita (síla) magnetického pole

Hustota (specifickáhmotnost)

- udává se v [g.cm-1] nebo [kg.dm-1].

Hustota energie (B . H)

Součin hodnoty magnetické indukce B a koercitivní intenzity magnetického pole H. Znázorněno jako ve­psaný obdélník pod demagnetizační křivkou - viz též (B . H)max

Hystereze

- uzavřená plocha vymezená oddělenými křivkami pro magnetování a demagnetování, většinou mezi hod­notami, které se nacházejí v oblasti nasycení. Tato oblast je označována jako (mezní) hysterezní křivka. Vět­šinou používáno pro znázornění B = f(H) nebo J = f(H). Důležitými body jsou remanence Br (H = 0) a koer­citivní intenzita (síla) pole HcJ (B = 0).

Hysterezní smyčka

- znázorňuje průběh magnetické indukce jako funkci intenzity magnetického pole H, tj. J = f (H) nebo B = (H), přičemž ve druhém případě je vnější pole zároveň obsaženo v hodnotě B. Při prvním namagnetování stoupá B příp. J na tzv. nové křivce (viz též obr.).

Indukce magnetická (B)

- jednotkou v mezinárodní měrové soustavě SI je tesla (T), dříve gauss (G). Magnetickou indukcí se rozumí hustota magnetického pole, indukovaného vnějším magnetickým polem ve feromagnetickém materiálu.

Intenzita magnetického pole (H)

viz též koercitivní intenzita magnetického pole

Ireverzibilní

- nevratný čili neopakovatelný. Při ireverzibilní změně, např. vlivem teploty, se hodnoty magnetických veličin při návratu k výchozí teplotě nikdy nevrátí na výchozí hodnoty.

Izostatický

- lisování prášku v elastické formě za všestranného tlaku v kapalině při několika tisících barech.

Izotropie

- homogenita fyzikálních (zde magnetických) vlastností ve všech směrech.

J - magnetická polarizace

- viz též magnetická polarizace

Kalibrace

- obvykle obnáší tolerance magnetického toku asi ±10%. Pro určité aplikace je tudíž žádoucí nastavit magnetický tok na užší toleranci.

Keramické permanentní magnety

- magneticky tvrdé ferity z keramických magnetických materiálů, např. barnaté a strontnaté ferity, též spékaná kysličníková feromagnetika. Při ma­nipulaci se chovají jako keramické produkty, tzn. jsou křehké, nesnášejí nárazy na tvrdou podložku i mezi sebou vzájemně.

Koercitivní intenzita magnetického pole (koercivita)

- jednotkou je kA/m nebo A/cm. Je to ona intenzita magnetického pole Hc, která způsobí odmagnetování namagnetovaného feromagnetického materiálu tj. vynulování hodnoty remanentní magnetické indukce neboli remanence Br. Rozlišují se koercitivní intenzity magnetického pole HcJ a HcB. Toto rozlišení má technický význam u všech magnetů s velkou koer­civitou a menší remanencí. Koercivita HcJ vyplývá z hysterezní smyčky J = f(H) - viz obrázek f(H) = funkce H.

Permeabilita vakua, (μ0)

μ0 = 1256 . 10-6 H/m = 1 G/Oe = 1,256 mT/kA.m-1

Magnetická indukce (B)

- hustota magnetických siločar - viz též Tesla.

B (T) = magnetický tok Φ (Wb) : plocha průřezu A (m2)

Magnetická polarizace (J)

- rozdíl mezi magnetickou indukcí ve feromagnetické látce B a ve vakuu Bo

J = B - B0 = μ0 . μ0 . H - μ0 H.

 

Magnetický obvod

- cesta, kterou prochází magnetický tok. Skládá se z trvalého magnetu, pólových nástavců, vzduchové me­zery a rozptylových polí.

Magnetický pól

- plocha na zdroji magnetického pole, ze které vystupuje (tzv. severní pól) nebo do které vstupuje magne­tický tok (tzv. jižní pól). Podle definiceukazujesevernípól(např.střelkykompasu)namagnetickýsevernípól Země.

Magnetický tok (Φ)

- je tok magnetického pole plochou, součin magnetické indukce a plochy (Φ = B . S)

1 Vs = 108 Maxwell = 1 Weber (v mezinárodní měrové soustavě SI)

1 Maxwell = 10-8 Vs (v mezinárodní měrové soustavě GCS)

Magnetování

- proces, při kterém dochází ke zmagnetování dosud nemagnetické látky působením vnějšího magnetické­ho pole, jehož intenzita H má být např. u tvrdých feritů nejméně trojnásobkem koercitivní intenzity magne­tického pole Hc daného materiálu. Magnetovací čas může být velmi krátký - bez feromagnetických pólových nástavců stačí impuls kratší než 1 milisekunda

Magnetismus

- jevy magnetismu jsou spojeny s pohybem nosičů elektrických nábojů. Elektrony rotují (spin) a obíhají kolem jádra atomu, čímž vytvářejí elementární magnetické momenty. Tyto elemntární magnetické momenty se vektorově sčítají a tvoří magnetický moment atomu. Je-li součet nula, je látka diamagnetická. U látek paramagnetických, feromagnetických, antiferomagnetických a ferimagnetických je součet momentů od nuly odlišný.

1. Paramagnetismus se vyskytuje u látek z atomů s nejméně nenasycenou valenční elektronovou vrstvou (O2, Al, Pt, Ti), různé přechodové kovy, kovy ze vzácných zemin a aktinidy). Atomy mají permanentní mag­netický moment. Sousední atomy nejsou vzájemně spojeny. Vystavením vnějšího pole se orientují atomy se svými atomy do směru tohoto pole.

Platí: 1 + 4 . 10-4 > μr > 1 + 10-8

2. Feromagnetismus se vyskytuje u látek, u kterých vedle určitého počtu elektronů ve valenční sféře elek­tronového obalu atomu existuje určitý poměr mezi meziatomovou vzdáleností a poloměrem atomu (Fe, Co, Ni, sloučeniny jako AlNiCo). Sousední atomy se sdružují paralelně a tvoří domény, jimž je vlastní celkový magnetický moment určité velikosti a směru.

Platí: 5 . 10-5 > μr > 100

3. Antiferomagnetismus. Také zde se tvoří elementární domény, avšak se dvěma rozdílnými podmřížka­mi, jejichž magnetické momenty jsou antiparalelní, tzn. opačné a stejně velké. Látky tohoto druhu se chovají jako paramagnetické látky (a-Mn, FeO, Fe2O3, FeS, CoO).

4. Ferimagnetismus. Jako u antiferomagnetismu se tvoří elementární domény s opačně usměrněnými mo­menty z různých podmřížek. Momenty jsou však různě velké a vzniká feromagnetická reakce. (Kubické ferity jako MnO. FeO jsou magneticky měkké, hexagonální ferity jako BaO. 6Fe2O3 jsou magneticky tvrdé.

Maxwell

- jednotka magnetického toku v mezinárodní měrové soustavě CGS - viz též magnetický tok. Pojmenováno po fyzikovi Maxwellovi.

Měření hustoty magnetického toku (indukce)

- se provádí Teslametrem resp. Gaussmetrem. Přístroj pracuje s Hallovou sondou a bez pohybu sondy uka­zuje přímo magnetickou indukci.

Měření magnetického toku

- se provádí fluxmetrem.Dřívepřístrojsotočnoucívkoubezřídícísílyměrovéhosystému,čímžbylzjiš­ťován magnetický tok nezávisle na rychlosti pohybu cívky. Moderní fluxmetrypracujísoperačnímizesilovačinamísto mechanických systémů.

Oe - oersted

- jednotka intenzity magnetického pole v mezinárodní měrové soustavě CGS. Pojmenováno po dánském fyzikovi Oerstedovi. Pro přepočet: 1 Oe = 0,796 A/cm.

Permanentní (trvalý) magnet

- je magnet, který si po předchozím namagnetování zachová svůj magnetismus buď úplně nebo aspoň zčásti. Dnešní magnety mají koercivitu několikrát lepší a tím jsou i stabilnější nežli magnety, vyráběné před několika desetiletími. Jejich koercivity Hc se nacházejí nad 1 kA/m. Vysocekoercitivní magnety jako SmCo a NdFeB mají hodnoty HcJ až přes 2000 kA/m.

Permeabilita (μ)

- „magnetická vodivost“ resp. „propustnost“. Je to poměr magnetické indukce B k intenzitě magnetického pole v daném materiálu H. Ve vakuu je to konstanta: -permeability vakua μ0 = 1,256 mT (kA/m). V nefero­magnetických materiálech vychází v závislosti na materiálu absolutní permeabilita, přičemž je rozšířena o relativní permeabilitu. Platí: B = μH = μ0 μr H . Rozlišují se diamagnetické látky (μr < 1), paramagnetické látky (μr > 1) a feromagnetické látky (μr >> 1) s hodnotami mezi 1 a 100000.

Pracovní bod

- je bod na demagnetizační křivce, jehož přiřazené hodnoty B a H jsou směrodatné pro výpočet. V zásadě platí: čím větší je délka magnetu ve směru magnetování, o to výš je položen pracovní bod. V uzavřeném mag­netickém obvodu, ze kterého nevystupuje žádné pole, by byl pracovní bod na ose B. Hodnota B pak odpovídá hodnotě Br (remanenci) – viz též velikostní resp. rozměrový poměr.

Pracovní přímka

- je spojnice mezi pracovním bodem a nulovým bodem v diagramu B = f(H) nebo J = f(H).

Prioritní směr magnetování (též přednostní osa magnetizace)

- je onen směr, ve kterém permanenetní magnet dosáhne svých nejlepších magnetických parametrů. U kru­hových a válcových magnetů bývá prioritní směr axiální, u hranolů přes výšku tzn. kolmo na největší plochu, u segmentů radiální nebo diametrální směr. U magneticky tvrdých feritů je prioritní směr vytvářen slisováním prášku popř. suspenze v magnetickém poli.

Remanentní magnetická indukce Br

- se udává v T nebo mT (tesla) v mezinárodní měrové soustavě SI (dříve gauss v mezinárodní měrové sou­stavě CGS). Zbytkové magnetování v magnetickém materiálu, který byl v uzavřeném obvodu namagnetován až do nasycení. Pod zdánlivou remanencí se rozumí hodnota, která vyplyne u částečně otevřeného magnetic­kého obvodu.

 

Reverzibilní (neboli vratná) permanentní permeabilita (μrev.)

odpovídá přibližně reverzibilní permeabilitě a znamená poměr ΔB : ΔH v následujícím obrázku. Z toho vychází sklon opakované resp. reprodukova­né křivky. To je sklon té křivky, na které se magnet znovu zreprodukuje, např. po otevření a zavření magnetického obvodu. Pracovní bod (P) v otevřeném systému by měl ležet nad kolenem. Pro lepší porozumění relativní permeabi­lity je tento v obrázku znázorněn pod kolenem.

(Δ = delta)

Reverzibilní

- vratný čili opakovatelný. Reverzibilní teplotní chování znamená např., že permanentní magnet po zahřátí a následném ochlazení na výchozí teplotu opět dosáhne původních magnetických parametrů.

Rozptylový magnetický tok

- viz též užitečný magnetický tok

Siločáry

- obvyklé názorné označování pro magnetické silové čáry, které lze dobře zviditelnit např. železnými pilinami.

Sintrování

- tepelné opracování při vysokých teplotách, kdy jsou výlisky z prášku či suspenze zhušťovány a homoge­nizovány. U tvrdých feritů 1200°C, u vzácných zemin 1050 ÷ 1200°C.

Stabilizace

- úprava permanentního magnetu za definovanéteplotyneboošetřenívmagnetickémpoli,abysezabránilozměnám magnetického toku během pozdějších vnějších vlivů.

Strontium

- chemický prvek ze II. skupiny (zemito-alkalické kovy). Vyskytuje se v minerálech strontianit a celestin. Strontium se přidává ve formě uhličitanu strontnatého namísto baria a dává tvrdým feritům obzvláště vysokou koercivitu.

Susceptibilta, magnetická (χ)

- popisuje závislost mezi magnetováním a magnetickou silou pole.

Platí: M = χ . μoH a μr = χ + 1

Sycení

- (exaktně sytící polarizace) Nejvyšší dosažitelná magnetická polarizace permanentního magnetu.

Teplota aplikace (pracovní teplota)

- je nejvyšší teplota, které může být permanentní magnet vystaven, aniž by došlo k trvalé ztrátě magneti­zace. Ostatní faktory jako mechanické nebo chemické vlivy mohou maximální pracovní teplotu dále omezit. Tato teplota platí pro permanentní magnety s dostatečně velkým poměrem h : D a nevypovídá nic o demagne­tizačních pochodech, podmíněných rozměrově.

Teplotní koeficient

- udává u magnetických materiálů změnu remanence a koercivity v závislosti na teplotě.

T - tesla

- jednotka hustoty toku resp. magnetické indukce.

1 tesla = 1 Vs/m2 = 10000 gauss

Pojmenováno po Nikolovi Teslovi.

Magneticky tvrdý ferit

- barnatý nebo strontnatý ferit s chemickým složením MeO 6Fe2O3, přičemž MeO je oxidem kovu (hexafe­rit). Hexaferity BaO 6Fe2O3 a SrO 6Fe2O3 krystalují v hexagonální krystalické soustavě.

Úhel zkreslení (korekce)

- úhel mezi pracovní přímkou a osou B v B = f(H) -diagramu..

Užitečný magnetický tok

- je část magnetického toku, který protéká užitečnou vzduchovou mezerou. Tok, který neprotéká vzducho­vou mezerou, se nazývá rozptylovým magnetickým tokem.

Velikostní (rozměrový) poměr h : D

- výška válcového magnetu k jeho průměru. Tento poměr má význam u tzv. „otevřených“ magnetických obvodů, což jsou magnety bez železných pólových nástavců. V dále uvedených křivkách jsou hodnoty h : D udány tak, že pro každou tuto hodnotu může být odečtena platná relativní remanence. U velmi malého po­měru h : D (od 0,3) jsou tyto hodnoty pouze hodnotami přibližnými, které byly zjištěny měřením. Exaktní výpočet je možný pouze na elipsoidách.

U čtvercových nebo přibližně čtvercových magnetů se průměr počítá podle vzorce

Vzduchová mezera

je prostor mezi póly magnetu nebo magnetického systému, ve kterém existuje magnetické pole. Čím užší je vzduchová mezera, o to víc homogennější je pak toto magnetické pole.

W - weber

- jednotka magnetického toku v mezinárodní měrové soustavě SI. Pojmenována po prof. Wilhelmu Weberovi.

1 weber = 1Vs = 10-8 maxwell.

Zkreslení (korekce)

- je úhel pracovních přímek, vzniká např. otevřením nebo zavřením magnetického obvodu.