Ferromagnetisme


N'abandonne pas tes yeux aux douceurs du sommeil avant d'avoir examiné par trois fois les actions de ta journée. PYTHAGORE INHOUD :
	MAGNETISCHE MATERIALEN
	a) magnetische permeabiliteit
	b) verzadiging - remanent magnetisme

	WEISS GEBIEDJES

MAGNETISCHE MATERIALEN :

We kennen 3 fundamentele magnetische materialen : ijzer, kobalt en nikkel. Andere magnetische materialen worden gemaakt door het legeren van de 3 materialen onderling of met andere, niet magnetische, materialen. Bijvoorbeeld : staal dat bestaat uit ijzer, koolstof, nikkel, chroom, magnesium, sporen van zwavel, fosfor, aluminium, enz. Afhankelijk van hun samenstelling hebben die legeringen verschillende magnetische eigenschappen. De belangrijkste zijn :

de magnetische permeabiliteit,

de verzadiging,

het remanent magnetisme

a) de magnetische permeabiliteit :

De magnetische permeabiliteit is het vermogen dat een materiaal bezit om een magnetisch veld te geleiden, dwz. om de magnetische veldlijnen te bundelen of om de magnetische inductie te verhogen.

In het geval van lucht, vacuum of bij niet-magnetische materialen, geldt µ₀ waarvan de waarde altijd 4π . 10^-7is.Het symbool voor deze "absolute magnetische permeabiliteit in vacuüm" is :

µ₀

In het geval van magnetische materialen komt er de relative magnetische permeabiliteit µ_r bij :

µ_r

deze geeft de verhouding weer tussen de magnetische inductie in lucht en die in het materiaal. De absolute permeabiliteit µ van het materiaal wordt dan :

µ = µ₀ . µ_r

Om de magnetische inductie in een magnetisch materiaal te bepalen (bijvoorbeeld in de kern van een spoel), kun je beginnen met het berekenen van de inductie zonder dat materiaal, dus bij een luchtspoel, en vervolgens deze te vermenigvuldigen met de relatieve permeabiliteit. .

Opmerking : De "goede" magnetische materialen kunnen een µ_r hebben van meer dan 10.000. Een kern van zo'n materiaal verhoogt de inductie van een luchtspoel met een factor 10.000 of meer. Maar helaas geldt dat alleen voor lage waarden van de magnetische inductie. Als de magnetische inductie te groot wordt in een materiaal (maximum 2.2 Tesla bij de betere magnetische materialen), krijgen we te maken met een effect dat verdere toename van de B stopt, m.a.w. de factor µ_r verkleint ! Dit wordt de verzadiging genoemd.

b) verzadiging - remanent magnetisme :

We doen de volgende proef :

We laten een regelbare stroom door een spoel lopen. Die stroom regelen we eerst op (tot enkele ampères) en vervolgens weer terug. We veranderen zo dus ook de ampèrewindingen (n.I) dus de veldsterkte H. We meten de inductie B midden in de spoel met en zonder kern als functie van H. Dat levert het volgende plaatje op :

Met lucht als kern, neemt B lineair toe maar niet erg snel. De helling wordt bepaald door de µ₀. Om toch een hoge waarde voor B te krijgen hebben we erg veel ampèrewindingen nodig (dus liefst veel windingen en een hoge stroom) hetgeen in de praktijk niet goed realiseerbaar is.

Met een kern van magnetisch materiaal krijgen we drie verschijnselen :

We bereiken een maximum voor B (verzadiging van het metaal) aangegeven met B_s. Het is de z.g.n. verzadigingsdrempel waar boven de magnetisering alleen nog maar kan toenemen met de helling zoals bij de luchtspoel. Bij lage waarden van de H is de toename van de B evenredig met µ èn H, maar bij hoge waarden van H doet de µ_r niet meer mee.
Na het eerst op- en daarna afregelen van de stroom , dus ook van de H, krijgen we twee verschillende grafieken. Dit noemen we het hysteresis effekt.
De grafieken staan in Nederland ook bekend als "B-H kromme" of "hysteresislus".
Als we de stroom helemaal stoppen, dus als de H nul wordt, blijft er magnetisme over. De B wordt niet nul. Dit heet : remanent magnetisme en bij goede magneten kan het waarden bereiken van 1 tot 1.5 Tesla.

Opmerkingen: Als het remanent magnetisme (B_r) willen opheffen moeten we een negatieve veldsterkte aanbrengen. Dat betekent gewoon de stroom (dus de H) ompolen. Blijven we die negatieve stroom groter maken dan bereiken we een negatieve verzadigingsdrempel. De juiste vorm van de hysteresislus (bijv. breed of smal) hangt erg af van de materiaalsamenstelling De waarden van het remanent magnetisme en van de verzadigingsdrempel hebben niets met elkaar te maken, maar toch komen een hoog remanent magnetisme en een hoge verzadigingsdrempel niet samen voor.

Voorbeelden van enkele magnetiseringskrommen van verschillende materialen :

WEISS GEBIEDJES

Als we een stuk ijzer onder een geweldige microscoop zouden bekijken, zouden we gebiedjes zien, de z.g.n. Weiss gebiedjes, waarin zich zeer kleine "elementaire magneetjes" bevinden die allemaal met hun magneetveld dezelfde kant op gericht zijn.Dat geldt voor alle gebiedjes maar van gebiedje tot gebiedje is die gezamenlijke richting willekeurig. Het gevolg daarvan is dat het gezamenlijke magneetveld van al die gebiedjes nul is ! Het stuk ijzer is dus niet merkbaar magnetisch.

Wanneer we nu echter het stuk ijzer in het magneetveld brengen van een staafmagneet gaan de Weiss gebiedjes samenwerken en langzamerhand staan al hun magneetveldjes gericht volgens het veld van de staafmagneet. Ons ijzer wordt nu dus wel merkbaar magnetisch !

We kunnen er nu dus het volgende over zeggen :

Als het uitwendige magneetveld ( B_uitw) sterker wordt gaan de gebiedjes meer en meer samenwerken en één veldrichting kiezen. Net zo lang tot ze allemaal gelijk gericht zijn, er is dan magnetische verzadiging (B_s).
B_s>>>B₀ want bij de beginwaarde B₀ worden nog eens alle veldjes van de elementaire magneetjes uit de Weiss gebiedjes opgeteld.

Opmerking : Als we het externe magneetveld (onze staafmagneet) weghalen, vallen niet alle Weiss gebiedjes terug in hun oorspronkelijke willekeurige stand. Hierdoor blijft er een zwakke zuid- en een zwakke noordpool over. Dat overblijvende magnetisme wordt remanent magnetisme genoemd. Dit stelt ons in staat om permanente of semi permanente magneten te maken (dat hangt bijvoorbeeld af van het gebruik van de ijzer of staalsoort). Permanente magneten worden bijvoorbeeld gebruikt in gelijkstroommachines van laag vermogen (ook in luidsprekers, walkmans en draagbare cd-spelers).

Copyright Walter DI PILLA V1.00

Nederlandse vertaling Willem Dekker

Nederlandse vertaling van de plaatjes Jan Hamer