O magnetismu

Lidé často nemají představu o rozmanitém použití magnetů. Zákazníky vždy překvapíme, kde všude lze principu magnetismu využít – od magnetické paměťové karty, magnetické rezonance, magnetické elevace rychlovlaků, ABS v autech až po supravodivé magnety a magnetickou separaci buněk v lékařství.

Znáte magnetické termíny?

Permanentní magnetický materiál, který se skládá z Fe, Al, Ni a Co. Může obsahovat další příměsi. Vyrábí se sintrováním nebo litím.

Fyzikální vlastnost, která v případě permanentních magnetů způsobuje rozdíly v množství magnetické energie nezbytné pro magnetizaci magnetu v různých směrech. Anizotropické permanentní magnety jsou vyrobeny tak, aby měly pouze jednu osu, ve které se mohou zmagnetovat nejsnadněji. Remanence permanentních magnetů se silně zvyšuje díky anizotropii. Dva hlavní typy anizotropie se využívají při výrobě magnetů: magnetokrystalová anizotropie a tvarová anizotropie.

Pod písmenem 'B' se nenachází žádný termín.

Přechodová teplota, nad kterou ferromagnetické nebo ferimagnetické materiály ztrácejí spontánní magnetizaci a stávají se paramagnetickými.

Číslo menší nebo rovné jedné, které určuje, jak se snižuje hodnota magnetické indukce. Výsledkem je magnetická indukce, kterou magnet skutečně "vidí". Je funkcí pouze tvaru magnetu a určuje sklon pracovní přímky v druhém kvadrantu magnetizační křivky. Pokud se demagnetizační faktor rovná nule, nenastává žádná demagnetizace a hodnota indukce se rovná magnetické remanenci.

Druhý kvadrant hysterezní smyčky. Tato část smyčky obsahuje, z technického hlediska, nejdůležitější charakteristiky permanentních magnetů.

Feromagnetické částice nebo předměty procházejí cívkou, ve které je buzeno střídavé magnetické pole, obvykle s frekvencí 50 Hz. Geometrie cívky nebo soustavy cívek je projektována tak, aby velikost amplitudy pole postupně klesala. Materiál v době, kdy opouští cívku v místě s velmi slabým magnetickým polem, již prošel mnoha zmenšujícími se BH cykly. Nakonec je materiál kompletně odmagnetován.

Pod písmenem 'E' se nenachází žádný termín.

Sintrovaný permanentní magnet, vyráběný z oxidu železa a (nejčastěji) karbonátu baria nebo stroncia. Ferit je nejlevnější běžný permanentní magnet a je typickým představitelem ferimagnetických materiálů.

Materiál se spontánní magnetizací. Obsahuje jeden nebo více druhů stejně orientovaných magnetických atomů v krystalové mřížce (na rozdíl od ferimagnetik, kde jsou magnetické momenty v opozici). Výsledkem je velký celkový magnetický moment. Alnico a Re/Co materiály jsou feromagnetika.

Přístroj na měření magnetického toku. Základní princip je buď pohyblivá cívka (sensor) se známým průřezem, nebo statická cívka, pomocí které se elektronicky integrují změny magnetického pole. Fluxmetr je přesný přístroj často používaný v aparátech pro měření hysterezních smyček

Materiál se spontánní magnetizací. Obsahuje alespoň dva druhy magnetických atomů v krystalové mřížce, které mají nestejně veliké magnetické momenty směřující proti sobě, a tudíž jeden druh převažuje (na rozdíl od antiferomagnetik, kde se magnetické momenty úplně ruší). Výsledkem je celkový magnetický moment podobně jako u feromagnetik.

Jednotka ze systému CGS pro magnetickou indukci a magnetizaci/polarizaci. 1 G (gauss) = 10-4 T (tesla).

Polovodičový prvek pro měření magnetických polí. Když jsou jisté polovodiče (nejčastěji InAs) vystaveny magnetickému poli a elektrický proud teče ve směru kolmém na směr magnetického pole, na kontaktech polovodiče se objevuje napětí ve směru kolmém na směr pole i proudu. V ideálním případě je závislost napětí na magnetickém poli lineární.

Ve skutečnosti ale existují mechanismy (např. magnetorezistence), které způsobují odchylky od linearity. Korekce může být prováděna elektronicky. Hallova sonda je mnohem univerzálnější než fluxmetr, ale není tak přesná. Výrobci uvádějí chyby pro jednotlivé sondy v rozsahu několika málo procent podle kvality sondy.

Systém dvou cívek navinutých ve stejném směru a axiálně oddělených určitou vzdáleností. Používají se pro vytváření homogenního magnetického pole pro různé účely. Často se používají například pro měření průměrné polarizace permanentních magnetů ve spojení s fluxmetrem.

Křivka magnetické indukce nebo magnetizace/polarizace na ordinátě versus magnetizační pole na abscise. Magnetizační pole cykluje od nuly do plus maxima, potom do minus maxima a potom znovu do plus maxima. Prochází tedy pěti kvadranty. Hysterezní smyčka materiálů s nelineární permeabilitou vykazuje nelineární charakter. Křivky jsou obvykle symetrické okolo počátku. Hysterezní smyčka charakterizuje základní vlastnosti permanentních magnetů.

Reprezentace magnetického pole vyjádřená v jednotkách Am-1 (amper/metr) [SI] nebo Oe (oersted) [CGS]. 1 Am-1 = 4π10-3 Oe.

Částečná nebo úplná ztráta magnetizace. Může se vyskytnout, když je magnet vystaven vysokým teplotám nebo demagnetizačnímu poli. Magnetizace nemůže být obnovena samovolně, ale pouze opětovným zmagnetováním, pokud nedošlo ke změnám ve struktuře materiálu.

Magnetické vlastnosti jsou stejné ve všech směrech. Materiály s kubickou symetrií jsou magneticky izotropní. Také magnetické materiály, ve kterých jsou zrna náhodně orientována, mohou být magneticky izotropní. Izotropní materiály mají nižší koercivitu než anizotropní materiály, a proto mají také nižší energetický součin.

Pod písmenem 'J' se nenachází žádný termín.

Koercitivita také zvaná koercitivní síla. Je to schopnost permanentního magnetu odolávat demagnetizaci externím magnetickým polem a také svým vlastním demagnetizačním polem.

Existují dva typy koercitivity:

  1. 'skutečná' koercitivita, jednoduše zvaná 'koercitivita' - znamená magnetické pole, při kterém je celková indukce v magnetu nula.
  2. 'vnitřní' koercitivita - znamená pole, při kterém je celková polarizace nula (vektory polarizace individuálních magnetických domén se vzájemně ruší).

Pod písmenem 'L' se nenachází žádný termín.

Magnetická indukce (hustota magnetického toku) reprezentace magnetického pole vyjádřená v jednotkách T (tesla) [SI] nebo G (gauss) [CGS]. 1 T (tesla) = 1 Wb.m-2 (weber na čtvereční metr).

Proces, při kterém je magneticky citlivý materiál oddělen od ostatního materiálu užitím magnetické síly.

Malý objem materiálu, ve kterém jsou magnetické momenty atomů orientovány do jednoho směru, a tento objem je tedy spontánně zmagnetován. Při absenci externího magnetizujícího pole jsou jednotlivé domény náhodně orientovány.

Poměr počtu domén orientovaných do jednoho směru závisí na velikosti externího magnetického pole. Domény jsou vzájemně odděleny doménovými zdmi. Tyto jsou tvořeny jistým počtem atomových vrstev, ve kterých dochází k převracení směru magnetických momentů z domény do domény. K přesměrování magnetických momentů domén dochází pohybem doménových zdí.

Obvod, v jehož části se magnetický tok uzavírá vzduchem.

Obvod, kterým prochází magnetický tok po uzavřené cestě, např. magnetickou ocelí.

Tok magnetického pole plochou. Jednotka magnetického toku je Wb (weber).

Celkový magnetický moment materiálu. Je to objemový integrál všech elementárních (doménových) momentů. Po aplikování dostatečně silného magnetizujícího pole už magnetizace dále neroste, protože všechny momenty jsou již orientovány do stejného směru. Koresponduje s polarizací.

Charakteristika materiálu v závislosti na magnetizujícím poli zobrazená podobným způsobem jako hysterezní smyčka. Magnetizační křivka je zřetelně nelineární pro materiály s nelineární permeabilitou. Pro měkké magnetické materiály je důležitá tzv. panenská křivka. Tato charakterizuje materiál z kompletně demagnetizovaného stavu. Panenská křivka je důležitá i pro magnetování permanentních magnetů, ale pro provoz permanentních magnetů je důležitý druhý kvadrant, tj. demagnetizační křivka.

Magnet, ve kterém je magnetický materiál (ferit nebo Re/Co, tj. magnety obsahující rhenium a kobalt) rozptýlen v plastické matrici. Účel je vytvořit ohebné magnety nebo magnety, které je možné snadněji obrábět.

Zařízení pro magnetování permanentních magnetů. Pro tento účel se nejčastěji používá elektromagnet se stejnosměrným zdrojem nebo impulzní cívka. Jako zdroj energie pro impulzní cívky může sloužit generátor, setrvačník, transformátor nebo kondenzátor. Kondenzátor je v posledních letech nejpopulárnější volba, protože umožňuje magnetovat materiály s největšími koercivitami.

Bod maximálního součinu B a H na demagnetizační křivce. Určuje optimální pracovní bod permanentního magnetu. Magnet, který operuje v tomto bodě, dává největší výkon na jednotku objemu.

Permanentní magnetický materiál, který obsahuje prvky neodym, železo a bór. Má nejvyšší energetický součin. Základní složení elementů je v poměru 2:14:1. Další elementy se mohou přidávat k vylepšení vlastností, hlavně Dy (dysproposium) pro větší koercivitu a Co (kobalt) pro zvýšení Curieova bodu.

Feromagnetické částice nebo předměty procházejí cívkou, ve které je buzeno střídavé magnetické pole, obvykle s frekvencí 50 Hz. Geometrie cívky nebo soustavy cívek je projektována tak, aby velikost amplitudy pole postupně klesala. Materiál v době, kdy opouští cívku v místě s velmi slabým magnetickým polem, již prošel mnoha zmenšujícími se BH cykly. Nakonec je materiál kompletně odmagnetován.

Jednotka ze systému CGS pro intenzitu magnetického pole. 1 Oe (oersted) = 1000.(4π)-1 A.m-1.

Poměr magnetické indukce a intenzity magnetického pole. Lze říci, že je to schopnost materiálu "vést" magnetický tok (magnetická vodivost). Tato "celková" permeabilita je vztažena k permeabilitě vakua pomocí faktoru zvaného "relativní" permeabilita. Hodnota permeability vakua v systému SI je 4π.10-7 N.A-2.

Sklon pracovní přímky. Je určen geometrií magnetického obvodu, jinými slovy celkovou demagnetizací v magnetickém obvodu.

Pro všechny užitečné účely je ekvivalentní magnetizaci. Viz magnetizace. Polarizace J je termín z Kennellyho systému jednotek a měří se v jednotkách tesla, zatímco magnetizace M, patří do Sommerfeldova systému (oba systémy jsou SI) a měří se v jednotkách A.m-1. Polarizace je téměř vždy používaná v technických aplikacích, zatímco magnetizace je častěji používaná ve vědeckých kruzích. Záměna těchto dvou termínů se nepovažuje za chybu.

Je definován na demagnetizační křivce pracovní přímkou.

Přímka s negativním sklonem s počátkem v [0;0] koordinačního systému demagnetizační křivky, protínající demagnetizační křivku v pracovním bodě magnetického obvodu. Sklon přímky je určen tvarem magnetu nebo magnetického obvodu.

Pod písmenem 'Q' se nenachází žádný termín.

Průměrná permeabilita recoil smyčky.

Malá hysterezní smyčka, která je výsledkem náhlé změny průběhu magnetizujícího pole a následného návratu tohoto průběhu zpět na původní pozici při měření hysterezní smyčky.

Zbytková magnetizace po odstranění magnetizujícího pole. Koresponduje s poměrem doménových momentů, které zůstaly orientované v jednom směru.

Maximální možná hodnota magnetizace pro určitý materiál.

Permanentní magnet, který obsahuje prvky samarium a kobalt, je vyráběný práškovou technologií. Existují dva komerční materiály v poměru elementů 1:5 a 2:17. Tyto materiály jsou charakterizovány nejvyššími hodnotami vnitřních koercivit.

Směr, ve kterém je anizotropní magnet zmagnetovaný. Každý anizotropní magnet má obvykle jednu snadnou osu, zatímco izotropní magnety nemají snadnou osu (nebo všechny osy jsou 'snadné').

Odolnost magnetů proti změně magnetického momentu s časem (viz stárnutí) nebo proti vlivu změn teploty. Magnety jsou někdy uměle 'vystárnuty' tím, že se vystavují působení teplotních cyklů nebo demagnetizačních cyklů.

Úbytek magnetického momentu s časem. Obvykle jde o zlomky procenta během několika (i mnoha) let.

Jednotka ze systému SI pro magnetickou indukci. 1 T (tesla) = 104 G (gauss).

Pod písmenem 'U' se nenachází žádný termín.

Demagnetizační magnetické pole, při kterém magnetizace/polarizace klesne na nulu.

Odvozená jednotka soustavy SI pro magnetický indukční tok. 1 Wb = 1 m2.kg.s-2.A-1, totožně 1 V.s nebo 1 T.m2.

Pod písmenem 'X' se nenachází žádný termín.

Pod písmenem 'Y' se nenachází žádný termín.

Magnetický tok, který uniká mimo zamýšlený magnetický obvod. Ztráta je běžná v magnetických obvodech na rozdíl od elektrických obvodů, protože neexistuje izolace (materiál s nulovou magnetickou vodivostí) pro stejnosměrné magnetické pole. Pouze perfektní supravodič může blokovat magnetické pole.