Physikalische Grundlagen

Magnetische Domänen

Das magnetische Moment der Atome in einem ferromagnetischen Material führt dazu, dass sie sich in etwa so verhalten wie kleine Permanentmagneten. Sie haften zusammen und richten sich innerhalb kleiner Bereiche, die als Magnetische Domäne oder auch Weißsche Bezirke bezeichnet werden, mehr oder weniger einheitlich aus.
Enthalten diese Domänen zu viele Atome, werden sie instabil und teilen sich in zwei Domänen, welche sich entgegengesetzt ausrichten und stärker zusammenkleben.

Wird ein ferromagnetisches Material einem magnetischen Feld ausgesetzt, bewegen sich die Domänbindungen so, dass die Domänen, die in Feldrichtung ausgerichtet sind wachsen und die Domänenstruktur dominieren. Wird das äußere Feld wieder entfernt, können die Domänen nicht mehr in den unmagnetischen Zustand zurückkehren. Das Ergebnis ist, dass das ferromagnetische Material magnetisch bleibt und so einen Permanentmagneten bildet.
Wenn das äußere Feld so stark ist, dass die dominierende Domäne alle anderen aufnimmt und so nur noch als einzige im Material verbleibt spricht man davon, dass das Material gesättigt ist.
Erhitzt man ferromagnetische Materialien bis zur Currietemperatur, werden die Atome so angeregt, dass die Domänen ihre Organisation und das Material somit seine magnetischen Eigenschaften verliert.

Kenngrößen

Coercitivity HC

The coercivity of a ferromagnetic material is the intensity of the applied magnetic field required to reduce the magnetization of that material to zero after the magnetization of the sample has been driven to saturation. Coercivity is denoted HC. When the coercive field of a ferromagnet is large, the material is said to be a hard or permanent magnet.

Remananence BR

Remanence is the magnetization left behind in a medium after an external magnetic field is removed.

Density of Energy BH

The density of energy is the energy acumulated in the magnet divided by the volume of the magnet.

The Curie Point

The Curie point of a ferromagnetic material is the temperature above which it loses its characteristic ferromagnetic ability. At temperatures below the Curie point the magnetic moments are partially aligned within magnetic domains in ferromagnetic materials. As the temperature is increased from below the Curie point, thermal fluctuations increasingly destroy this alignment, until the net magnetization becomes zero at and above the Curie point. Above the Curie point, the material is purely paramagnetic.

Dauermagnetmaterialien

Stahl

Mit Stählen wurden früher Dauermagnete erzeugt. Sie sind aber sehr schwach und lassen sich sehr leicht entmagnetisieren.

Ferrite

Ferritmagnete sind kostengünstig, aber relativ schwach. Typische Anwendung sind Haftmagnete und einfache kleine Gleichstrommotoren.

Aluminium-Nickel-Cobalt

Aluminium-Nickel-Cobalt (AlNiCo) sind grundsätzlich Eisenlegierungen mit Al, Ni und Co als Hauptlegierungselemente. Diese Materialien sind bis 500 °C einsetzbar, haben aber eine relativ geringe Energiedichte und Koerzitivfeldstärke. Die Remanenz ist höher als bei den Ferritmagneten. Die Herstellung erfolgt durch Gießen oder pulvermetallurgische Verfahren. Sie haben eine gute Korrosionsbeständigkeit, sind aber zerbrechlich und hart.

Samarium-Cobalt

Samarium-Cobalt (SmCo) ermöglicht starke Dauermagnete mit hoher Energiedichte und hoher Einsatztemperatur. Nachteilig ist der hohe Preis.

Neodym-Eisen-Bor

Neodym-Eisen-Bor (NdFeB) ermöglicht sehr starke Magnete zu verhältnismäßig günstigen Kosten. Die Herstellung erfolgt über pulvermetallurgische Verfahren, heute aber vermehrt als kunststoffgebundene Magnete. Lange Zeit waren die Einsatztemperaturen auf 60-120 °C begrenzt. Bei einigen neueren Entwicklungen werden Einsatztemperaturen bis 200 °C angegeben.

Einheiten

Die wichtigsten magnetischen Einheiten