05 Magnetické materiály - Podstata magnetismu
Magnetické materiály - Podstata magnetismu
Magnetismus je způsoben pohybem elektrických nábojů. A to buď elektrickým proudem, nebo pohybem elektronů v atomech.
Magnetické vlastnosti látky jsou dány mírou kompenzace výsledných magnetických momentů jednotlivých elektronů na vnitřních (tj.nevalenčních) slupkách.
Výsledný magnetický moment je dán součtem spinového (rotace elektronu kolem své osy) a dráhového (oběh elektronu kolem atomového jádra) magnetického momentu.
Rozdělení látek podle magnetických vlastností
Diamagnetické - látky jsou takové, u nichž se spinové a dráhové magnetické momenty úplně vykompenzují. To je způsobeno plnou obsazeností elektronových slupek elektrony. Jako dokonalé diamagnetikum se chová supravodič zchlazený pod svoji kritickou teplotu.
Paramagnetické - látky nemají vykompenzovány všechny magnetické momenty a tak má každý atom vlastní magnetický moment, ale jsou uspořádány různými směry. Teprve v magnetickém poli se orientují v jeho směru.
Feromagnetické - látky mají stálý magnetický moment a atomy vytvářejí v látce oblasti se stejnou orientací magnetických momentů (tzv.domény). Vlivem vnějšího magnetického pole se domény orientují v jeho směru.
Feromagnetismus se vyskytuje pouze u látek s pevným skupenstvím.
Dále existují látky ferimagnetické, které mají magnetické momenty uspořádány také proti sobě (antiparalelně), ale jsou nestejně velké.
Antiferomagnetické látky mají magnetické momenty uspořádány proti sobě a jsou stejně velké.
Metamagnetické - látky, které se v silném magnetickém poli chovají jako feromagnetické a ve slabém jako antiferomagnetické.
Ještě existují neutrální látky, které mají poměrnou permeabilitu rovnou jedné - vakuum.
Magnetizační charakteristika
Feromagnetické materiály mají nelineární magnetizační charakteristiku - závislost magnetické indukce na intenzitě magnetického pole, nelze tedy použít vztah
Magnetizační charakteristika se též nazývá křivkou prvotní magnetizace, protože platí pouze pro první zmagnetování materiálu, tj.bez předchozí magnetizace nebo po dokonalém odmagnetování.
Hysterezní křivka
Hysterezní smyčka magnetického materiálu je uzavřená křivka magnetování, která vyjadřuje závislost magnetické indukce na intenzitě magnetického pole při pomalé, plynulé změně intenzity magnetického pole od + Hmax do – Hmax. Intenzita magnetického pole Hmax, odpovídá bodu nasycení - bod, kdy se magnetická indukce zvyšuje velmi pomalu a klesá poměrná permeabilita materiálu.
Hysterezní smyčka je důležitou charakteristikou feromagnetických látek - dají se z ní určit hodnoty Br = remanentní magnetická indukce (zbytková magnetická indukce). a Hk = koercitivní intenzita magnetického pole, je možné odhadnout tzv. hysterezní ztráty, které jsou příčinou nežádoucího zahřívání feromagnetických látek při jejich střídavém magnetování (zahřívání ocelových jader transformátorů).
Hysterezní ztráty jsou přitom přímo úměrné obsahu plochy ohraničené hysterezní smyčkou.
Podle tvaru křivky dělíme látky na:
magneticky tvrdé - mají širokou hysterezní smyčku, velkou hodnotu Br a jsou tedy více odolnější vůči zmagnetování - ocel s velkým obsahem uhlíku. Po zrušení vnějšího magnetického pole, zůstávají nadále zmagnetovány a chovají se jako permanentní magnet.
Jejich magnetické pole lze zrušit pomocí vnějšího magnetického pole opačné polarity (např. do cívky s jádrem zavedeme proud opačného směru).
magneticky měkké - materiály s úzkou hysterezní smyčkou, které se dají snadno zmagnetovat (magnetofonové pásky, diskety, …). Mají malou hodnotu Br, což znamená, že po zrušení vnějšího magnetického pole jejich vlastní magnetické pole zaniká.
