Materialer med magnetiske egenskaper

Alle materialer har magnetiske egenskaper. Disse karakteristiske egenskapene kan deles inn i fem grupper som følger:

• diamagnetic
• paramagnetisk
• ferromagnetisk
• Antiferromagnetic
• ferrimagnetisk

Bare ferromagnetisk og ferrimagnetiske materialer har egenskaper somer nyttige i praktiske applikasjoner. Ferromagnetiske egenskaper er begrenset nesten helt til jern, nikkel og kobolt og deres legeringer. De eneste unntakene er noen legeringer av mangan og noen av elementene i sjeldne jordarter.

Ferrimagnetism er magnetismen av de blandede oksider av de ferromagnetiske elementene. Disse kalles gjerne ferritter og granater. Den grunnleggende ferrit er magnetitt eller Fe₃O₄, som kan skrives som FeO · Fe₂O₃. Ved å erstatte FeO med andre divalenteoksider, kan et bredt spekter av forbindelser med nyttige egenskaper fremstilles. Hovedfordelen ved disse materialene er at de har høy elektrisk resistivitet som minimerer eddystrømmer når de brukes ved høye frekvenser.

De viktige parametrene i magnetiske materialer kan defineres som følger:

permeabilitet

Dette er flammetetthet B per magnetfelt H. Det er vanlig og mer praktisk å sitere verdien av relativ permeabilitet μ_r, som er B / μ_oH. En kurve som viser variasjonen av permeabilitet med magnetfelt for et ferromagnetisk materiale er gitt i figur 3.1. Dette er avledet fra den innledende magnetiseringskurven og det indikerer at permeabiliteten er en variabel som er avhengig av magnetfeltet.

De to viktige verdiene er den innledende permeabiliteten, som er helling av magnetiseringskurven ved H = 0, og den maksimale permeabiliteten, som svarer til magnetiseringskurvens kne.

metning

Når tilstrekkelig felt påføres en magnetiskmateriale blir det mettet. Enhver ytterligere økning i feltet vil ikke øke magnetiseringen, og en økning i flussetettheten skyldes det tilførte feltet. Metningsmagnetiseringen er Ms i amperes per meter og Js eller Bs i tesla.

remanence

Br og coercivity, Hc - dette er poengene på hysterese sløyfe vist i figur 3.2 ved hvilket feltet H er null og fluss tettheten B er henholdsvis null. Det antas at materialet har blitt mettet i forbifarten rundt denne sløyfen. Hvis dette ikke er tilfelle, krysses en indre sløyfe med lavere verdier av remanens og koercivitet.

Fig. 3.1 Magnetisering og permeabilitetskurver

Fig. 3.2 Magnetisering og hysterese kurver

Ferromagnetiske og ferrimagnetiske materialer harmoderat til høy permeabilitet. Permeabiliteten varierer med det påførte magnetfeltet, stiger til maksimalt ved kneet til B-H-kurven og reduserer til en lav verdi på svært høye felt.

Disse materialene utviser også magnetisk hysterese,hvor intensiteten av magnetisering av materialet varierer avhengig av om feltet økes i positiv forstand eller reduseres negativt, som vist i figur 3.2. Når magnetiseringen sykles kontinuerlig rundt en hysteresesløyfe, som for eksempel når det påførte felt oppstår fra en vekselstrøm, er det et energitap som er proporsjonalt med området for den inkluderte sløyfen. Dette er hysteresetapet, og det måles i joules per kubikkmeter.

Høy hysterese tap er forbundet med permanentmagnetiske egenskaper utstilt av materialer som ofte kalles hardmagnetiske materialer, da disse ofte har harde mekaniske egenskaper. Disse materialene med lavt hysterese tap er betegnet myke og er vanskelige å magnetisere permanent. Ferromagnetiske eller ferromagnetiske egenskaper forsvinner reversibelt dersom materialet blir oppvarmet over Curie-temperaturen, på hvilket tidspunkt blir det paramagnetisk, som er effektivt ikke-magnetisk.