Lassen Sie uns gemeinsam die wichtigsten Merkmale des Magnetismus entdecken
Möchten Sie verstehen, was Flussdichte ist? Möchten Sie wissen, was Zwangsgewalt bedeutet oder was sie von intrinsischer Zwangsgewalt unterscheidet? Hier sind Sie richtig.
Im Folgenden werden wir die wichtigsten Definitionen des Magnetismus betrachten.
Aber was ist Magnetismus?
Magnetismus ist eine Wissenschaft, die sich mit magnetischen Phänomenen beschäftigt.
Einige makroskopische magnetische Phänomene sind seit dem Altertum bekannt. Die alten Chinesen und Griechen entdeckten, dass bestimmte Natursteine wie Magnetit in der Lage sind, kleine Eisenteile anzuziehen.
Daher kommt auch der Name Magnet. Das Gebiet von Thessalien im antiken Griechenland, in dem diese Steine abgebaut wurden, hieß Magnesia.
Schon in der Antike wurde festgestellt, dass sich diese Steine, wenn sie frei beweglich, an einem Draht aufgehängt oder auf dem Wasser treibend gelassen wurden, immer in dieselbe Richtung drehten.
Die ersten Seefahrer benutzten daher Magnete, um die Richtung der Navigation auf See zu bestimmen, und so wurde der Kompass geboren.
Von Archimedes bis Galileo Galilei, von Kepler bis Benjamin Franklin, über Coulomb, Faraday und Maxwell bis zur Neuzeit. Im Laufe der Jahre wurden viele Studien über magnetische Phänomene durchgeführt und die Magnete selbst haben sich weiterentwickelt. Im Laufe der Jahre wurden neue ferromagnetische Materialien entdeckt, die durch Anlegen eines starken äußeren Magnetfeldes magnetisch werden können.
Der erste von Menschenhand geschaffene Magnet geht auf das 18. Jahrhundert zurück, aber erst 1920 führte die Forschung zur Entwicklung starker und leistungsfähiger Legierungen, wie z. B. Magnete aus Alnico, einer Legierung aus Nickel, Aluminium und Kobalt. Die Entdeckung von Ferriten geht auf die 1950er Jahre und die von Seltenerdmagneten auf die 1970er Jahre zurück.
Seitdem hat die Wissenschaft des Magnetismus exponentielle Fortschritte gemacht, indem sie extrem leistungsfähige magnetische Materialien entwickelt hat, die es der Industrie ermöglichen, immer kleinere und leistungsfähigere Geräte herzustellen.
MAGNETISCHE TERMINOLOGIE
Der Magnetismus unterscheidet sich nicht von anderen Hochtechnologien, da er seine eigene Sprache hat. Die Kenntnis dieser Begriffe ist wichtig, um die Bedeutung und die Ergebnisse der durchgeführten magnetischen Messungen zu verstehen.
Viele Jahre lang wurde das CGS-Einheitensystem (Zentimeter-Gramm-Sekunde) verwendet. In jüngster Zeit wurde das SI (Internationales System) oder das rationalisierte MKS (Meter-Kilogramm-Sekunde) als einzige Methode zur Angabe magnetischer Größen vorgeschlagen.
Das CGS-System ist jedoch weit verbreitet und weist Merkmale auf, die es dem SI vorziehen. Aus diesem Grund ist das CGS-System immer noch weit verbreitet und in vielen praktischen Anwendungen das bevorzugte System.
In Tabelle 1 finden Sie einen Vergleich der Einheiten der einzelnen Systeme, die bei Messungen nützlich sein können.
Sehen wir uns einige der gebräuchlichsten magnetischen Begriffe an. Eine ausführlichere und detailliertere Liste ist im ASTM-Referenzhandbuch zu finden:
ASTM-Bezeichnung A340-77, "Standard Definitions of Terms, Symbols and Conversion Factors Relating To Magnetic Testing", 1977.
Was bedeuten die Begriffe "Magnetfeld" und "magnetischer Fluss"?
In der Literatur werden die Begriffe "Magnetfeld", "magnetischer Fluss" und "Flussdichte" häufig synonym verwendet. Dies ist falsch, da es sich um unterschiedliche, aber eng miteinander verbundene physikalische Größen handelt. Im Folgenden wird erläutert, wie sich diese Größen voneinander unterscheiden.
Magnetisches Feld / Magnetische Feldstärke (H)
Das Magnetfeld ist ein elektromagnetisches Energiefeld, das die Kräfte eines Magneten überträgt.
In Zeichnungen wird das Magnetfeld oft durch Feldlinien symbolisiert. Es ist auch möglich, sie in der Praxis sichtbar zu machen, z. B. mit Eisenfeilspänen auf einem Blatt Papier, unter dem sich ein Magnet befindet.
Nach der Definition verlaufen die magnetischen Feldlinien immer vom Nordpol zum Südpol eines Magneten und von dort durch den Magneten zurück zum Nordpol, so dass ein geschlossener Kreislauf entsteht.
Das Magnetfeld wird durch den Buchstaben H dargestellt und in Ampere pro Meter gemessen.
Bildquelle: Supermagnet
Magnetische Flussdichte (B)
Die magnetische Flussdichte B beschreibt die Dichte und Richtung der Feldlinien, die durch eine Fläche A im Raum verlaufen. Je dichter die Feldlinien sind, desto höher ist die magnetische Flussdichte. Sie wird in Tesla (T) gemessen.
Bildquelle: Supermagnet
Magnetisches Feld / Magnetischer Fluss (Φ)
Der magnetische Fluss Φ ist die Dichte des magnetischen Flusses, der durch eine imaginäre Fläche fließt.
Handelt es sich bei den Feldlinien um gerade Linien (z. B. zwischen den Polen eines Hufeisenmagneten), so lässt sich der magnetische Fluss Φ durch eine bestimmte Fläche A, die senkrecht zum Fluss steht, wie folgt berechnen:
Φ = BxA
Die Maßeinheit ist Tm².
Was ist die Kraft der Anziehung?
Die Berechnung der Anziehungs- oder Abstoßungskraft zwischen zwei Magneten ist im Allgemeinen ein äußerst komplexer Vorgang. Sie hängt von der Form, dem Grad der Magnetisierung, der Ausrichtung und dem Abstand der beiden Magnete ab.
Die Anziehungskraft bezieht sich auf die Kraft, die senkrecht auf den Magneten ausgeübt werden muss, um ihn von einer Weicheisenoberfläche zu lösen, wenn er in Kontakt ist. Wird die Kraft parallel zur Kontaktfläche aufgebracht, verringert sich der angegebene Wert erheblich und wird auch durch die Reibungskraft zwischen der Oberfläche des Magneten und der Metallplatte beeinflusst.
Was ist der Unterschied zwischen Magnet-Eisen- und Magnet-Magnet-Kombinationen?
Magnete und Eisen ziehen sich gegenseitig an, stoßen sich aber nicht ab.
Bei direktem Kontakt ist die Anziehungskraft zwischen Magnet und Eisen gleich der Anziehungskraft zwischen zwei gleichen Magneten. Mit zunehmendem Abstand nimmt die Anziehungskraft zwischen Magnet und Eisen jedoch viel schneller ab als die Anziehungskraft zwischen zwei Magneten. Dies ist auf die geringere Remanenz des Eisens zurückzuführen.
Wie hoch ist die Zwangskraft (Hc)?
Die Koerzitivkraft Hc bezieht sich auf die Feldstärke, die erforderlich ist, um einen Magneten vollständig zu entmagnetisieren. Je höher dieser Wert ist, desto eher kann ein Magnet seine Magnetisierung beibehalten, wenn er einem Magnetfeld mit entgegengesetztem Vorzeichen ausgesetzt wird.
Es wird unterschieden zwischen der Koerzitivkraft bHc in Bezug auf die magnetische Flussdichte und der Koerzitivkraft jHc in Bezug auf die Polarisation. Wenn ein Magnet einer entmagnetisierenden Feldstärke von bHc ausgesetzt wird, verschwindet seine magnetische Flussdichte. Der Magnet selbst hat seine Magnetisierung nicht verloren, aber die von ihm erzeugte magnetische Flussdichte ist gleich und entgegengesetzt zu der vom Entmagnetisierungsfeld erzeugten magnetischen Flussdichte, so dass sie sich gegenseitig neutralisieren. Erst bei einer entmagnetisierenden Feldstärke von jHc verliert der Magnet seine magnetische Polarisation und damit seine Magnetisierung vollständig.
Das A/m (Ampere pro Meter) wird als Maßeinheit für die magnetische Feldstärke verwendet. Manchmal wird sie jedoch noch als Oe (Oersted) bezeichnet, die alte CGS-Maßeinheit.
Was ist der Unterschied zwischen "ferromagnetisch" und "magnetisch"?
Diese beiden Begriffe werden oft fälschlicherweise als Synonyme verwendet. Ein Gegenstand gilt als ferromagnetisch, wenn ein Magnet an ihm haften bleibt. Wenn zum Beispiel ein Magnet an einem Stahlregal haftet, wird das Regal als ferromagnetisch bezeichnet. Umgangssprachlich spricht man jedoch von einer magnetischen Oberfläche.
Es ist nur dann richtig zu sagen, dass ein Gegenstand magnetisch ist, wenn er sich wie ein Magnet verhält.
Welche ferromagnetischen Materialien gibt es? Was zieht einen Magneten an?
Magnete ziehen nur bestimmte Materialien an. Die drei bekanntesten ferromagnetischen Materialien sind:
- Eisen (Fe)
- Kobalt (Co)
- Nickel (Ni)
Einige Seltenerdmetalle sind ebenfalls ferromagnetisch, allerdings nur bei sehr niedrigen Temperaturen. Bei Raumtemperatur sind sie nur paramagnetisch. Das bedeutet, dass Magnete sie nur geringfügig anziehen. Dies sind die folgenden Metalle:
- Dysprosium (Dy)
- Erbium (Er)
- Gadolinium (Gd)
- Holmium (Ho)
- Terbium (Tb)
Was bedeutet maximales Energieprodukt?
Das maximale Energieprodukt misst die maximale magnetische Energie, die in einem Magneten gespeichert werden kann. Sie ist das maximale Produkt, das sich für ein bestimmtes Material durch Multiplikation der magnetischen Flussdichte B mit der magnetischen Feldstärke H ergibt. Als Maßeinheit wird das kJ/m³ (Kilojoule pro Kubikmeter) oder MGOe (Mega-Gauss-Oersted) verwendet.
Kurz und bündig, Das maximale Energieprodukt ist ein Indikator für die Stärke eines Magneten. Das gleiche Ergebnis kann daher mit einem kleinen Magneten mit einem hohen Energieprodukt oder mit einem großen Magneten mit einem niedrigen Energieprodukt erzielt werden.
Was bedeutet Remanenz (Br)?
Die Remanenz Br misst die magnetische Induktion oder magnetische Flussdichte, die in einem Magneten verbleibt, nachdem er magnetisiert wurde. Das heißt, je höher dieser Wert ist, desto stärker ist der Magnet.
Das Tesla (T) wird als Maßeinheit für die magnetische Induktion oder die magnetische Flussdichte verwendet.
Im CGS-System wurde das Gauss (G) verwendet, und die Beziehung lautet: 1 Tesla = 10 000 Gauss.
Was ist der Unterschied zwischen einem anisotropen und einem isotropen Magneten?
Anisotrope Magnete erhält man, wenn bestimmte Schritte im Produktionsprozess (z. B. Pressen, Spritzgießen oder Strangpressen) in Gegenwart eines Magnetfeldes durchgeführt werden, d. h. die Domänen sind in dieselbe Vorzugsrichtung ausgerichtet.
Erfolgt die Herstellung hingegen ohne Magnetfeld, haben die Domänen keine bevorzugte Ausrichtung, und man erhält isotrope Magnete.
Bei der anschließenden Magnetisierung zeigen anisotrope Magnete bessere magnetische Eigenschaften als isotrope Magnete.
Kann ein Magnet geschnitten oder gebohrt werden?
Es gibt flexible Magnete mit einer Kunststoffkomponente, die leicht geschnitten oder gebohrt werden kann. Diese sind im Allgemeinen als Platten oder Profile im Handel erhältlich.
Gesinterte Magnete, wie z. B. Seltene Erden und Ferrite, erfordern dagegen besondere Techniken und Ausrüstungen, so dass dieser Vorgang nur von Fachpersonal mit den entsprechenden Kenntnissen durchgeführt werden kann.
Arten von Magneten
Neodym (Nd)-Magnete
Sie bieten die höchste Magnetkraft unter den derzeit verfügbaren Materialien. Mit ihnen lassen sich hohe Kräfte aus einem kleinen Volumen erzielen. Ein Nachteil ist ihre Neigung, leicht zu oxidieren. Sie werden zusammen mit Kobaltmagneten als "Seltenerdmagnete" bezeichnet.
Bildquelle: first4magnets
Alnico-Magnete (Al-Ni-Co)
Hervorragende Eigenschaften in Bezug auf Temperaturbeständigkeit und mechanische Festigkeit. Nachteil: Neigung zur Entmagnetisierung.
Bildquelle: first4magnets
Ferrit (Fe)-Magnete
Dieses Material hat eine geringe Magnetkraft, aber eine relativ hohe Koerzitivfeldstärke und ist daher wenig anfällig für Entmagnetisierungserscheinungen. Die mechanische Festigkeit ist gering und das Material ist spröde, so dass bei der Handhabung Vorsicht geboten ist.
Bildquelle: first4magnets
Samarium-Kobalt-Magnete (Sm-Co)
Die vollständige Bezeichnung lautet Samarium-Kobalt-Magnete, und sie stellen nach den Neodym-Eisen-Bor-Magneten die zweitstärkste Gruppe dar. Ihre Vorteile sind die Oxidationsbeständigkeit und die Beständigkeit gegen hohe Temperaturen. Sie sind jedoch zerbrechlich und haben eine geringe mechanische Festigkeit, so dass sie mit Vorsicht zu behandeln sind.
Bildquelle: first4magnets
Die folgenden Angaben geben einen einfachen Überblick über die vier wichtigsten magnetischen Materialien:
Bildquelle: first4magnets
Br = RestHc= KoerzitivkraftBHmax= MaximalesEnergieproduktTemperaturkoeffizient = Prozentsatz des Magnetismus, der bei einem Temperaturanstieg von einem Grad Celsius verloren geht, beim Abkühlen aber wiedergewonnen wird.
Magnetischer Gummi
Neben den oben genannten Materialien werden auch magnetische Gummimaterialien hergestellt. Flexible Magnete enthalten magnetische Partikel, die in einem flexiblen Polymerbindemittel eingeschlossen sind. Flexible Magnete werden für einzigartige Anwendungen eingesetzt, die mit anderen "harten" Magneten nicht möglich wären.
Typischerweise haben flexible Magnete ein maximales Energieprodukt zwischen 0,6MGOe und 1,6MGOe.
Ihre Magnetkraft pro cm2 ist also gering, aber wenn sie auf einer großen Kontaktfläche eingesetzt werden, können sie eine beträchtliche Kraft erzeugen.
Es gibt zwei verschiedene Kategorien von flexiblen Magneten: Magnetplatten und extrudierte Magnetprofile.
Der Magnetgummi kann mit einer Schere geschnitten werden, hat eine selbstklebende Rückseite, eine leuchtend farbige Vinylbeschichtung und kann mit einem Cutter leicht in spezielle Formen geschnitten werden.
Warnungen
- Da diese Materialien sehr spröde sind, können keine Änderungsarbeiten wie Schneiden oder Bohren durchgeführt werden.
- Magnete sind sehr empfindlich gegenüber Stößen. Seien Sie bei der Installation vorsichtig.
- Magnetische Felder können negative Auswirkungen haben: Elektronische Geräte wie Handys, PCs und Uhren - Medizinische elektronische Geräte wie Herzschrittmacher
- Die Magnetkraft kann nachlassen, wenn das Bauteil bei Temperaturen oberhalb der maximalen Betriebstemperatur verwendet wird.
- Ein starker Stoß oder eine Veränderung des Magneten kann seine Stärke beeinträchtigen.
- Um einen direkten Aufprall auf den Magneten zu vermeiden, halten Sie einen Abstand von 0,1~0,3mm zum Körper.
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