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Rimanenza
Che cos'è esattamente la rimanenza magnetica? – Spiegazione dei termini
Il termine "residuo magnetico" o "densità del flusso di rimanenza" si riferisce alla magnetizzazione di una sostanza ferromagnetica dopo lo spegnimento del campo magnetico esterno. Ciò significa un certo magnetismo residuo o la magnetizzazione residua di un materiale. La densità del flusso magnetico indica la forza della rimanenza magnetica. Viene misurato in unità Gauss o Tesla con la seguente mappatura:
10.000 Gauss = 1 Tesla
Un materiale ferromagnetico ad alta retenzione è, ad esempio, ferro. Può diventare magnetizzato se esposto a un campo magnetico per un periodo di tempo. La rimanenza fornisce quindi informazioni sulla forza di questa magnetizzazione. Una curva cosiddetta di isteresi può essere utilizzata per determinare la rimanenza massima: questo è diverso per ogni materiale. A proposito, la rimanenza è particolarmente forte nei materiali ferromagnetici. Il campo magnetico del materiale è opposto a quello esterno.
Materiali ferromagnetici rimanenti
Nichel, cobalto e ferro sono i tre elementi che mostrano proprietà ferromagnetiche a temperatura ambiente. Oltre a questi elementi, ci sono anche diverse leghe e composti con proprietà ferromagnetiche. Alcuni elementi diventano ferromagnetici solo a temperature molto basse - ad esempio i cosiddetti superconduttori. Le sostanze con proprietà ferromagnetiche mostrano un effetto di rimanenza molto forte dopo lo spegnimento del campo magnetico esterno o della magnetizzazione (al contrario, ad esempio, dei parametri).
Nella vita di tutti i giorni puoi anche osservare la rimanenza: se, ad esempio, un paio di forbici o un perno sono esposti a un forte campo magnetico, gli oggetti vengono attratti dagli oggetti contenenti ferro. Un perno di magnetizzazione rimanente rimane quindi appeso al radiatore, per esempio. Rende anche possibile costruire una bussola con esso: basta posizionare il perno magnetizzato su un pezzo di polistirolo e lasciarlo galleggiare nell'acqua. Ora si adatta automaticamente al campo magnetico terrestre - nella misura in cui non ci sono altri campi magnetici che influenzano - e agisce come una bussola in questo modo.
Spiegazione fisica della permanenza
È noto che una sostanza è composta da diversi atomi. Per i metalli, questi si combinano per formare una griglia. Ogni atomo ha a sua volta:
- nuclei atomici del protone
- Se necessario. Neutron
- Una busta di elettroni
Gli elettroni hanno un cosiddetto spin elettronico. Questo è responsabile delle proprietà magnetiche. La rimanenza ha qualcosa a che fare con questo giro.
Nelle lezioni di fisica la magnetizzazione è rappresentata da piccole frecce nel materiale ferromagnetico. Questi si allineano e formano un campo magnetico. Le piccole frecce rappresentano quindi i magneti elementari, in pratica non sono altro che gli elettroni. Senza un campo magnetico esterno, non sono soggetti ad alcun ordine e sono costantemente in movimento. Come con qualsiasi corpo, il movimento degli atomi aumenta a temperature più elevate. Normalmente, un materiale ferromagnetico non è quindi magnetico per natura - dopo tutto, i poli dei molti spin elettronici o dei magneti elementari puntano in tutte le direzioni, che cambiano continuamente.
In questo ordine caotico viene portato con un campo magnetico: i magneti elementari o gli spin elettronici si allineano parallelamente al campo magnetico esterno. Questo crea un polo nord e sud. Se la temperatura non è troppo alta, questo allineamento parallelo rimarrà stabile con materiali ferromagnetici anche quando il campo magnetico esterno viene rimosso. La ragione di ciò è la cosiddetta interazione di scambio - concepibile il più basso livello possibile di energia tra i rispettivi spin dell'elettrone. Il corpo rimane magnetizzato dall'allineamento stabilizzato di ciascun magnete elementare in seguito alla rimozione del campo magnetico esterno da questo effetto di rimanenza. Questa magnetizzazione è chiamata "rimanenza". Se, dopo la rimozione del campo magnetico, una magnetizzazione più forte rimane indietro rispetto all'altra, si parla di un materiale magneticamente duro (o di un materiale magneticamente morbido nel secondo).
È possibile annullare la ritenzione?
La rimanenza può anche essere annullata. Se il magnete è esposto alle seguenti condizioni, c'è la possibilità che la rimanenza scompaia:
- Forti vibrazioni
- Grande calore
- Campi magnetici opposti
Ciò si traduce in una smagnetizzazione completa, un cosiddetto campo coercitivo sia necessaria o la temperatura di Curie deve essere raggiunta:
- Nickel: 358 ° C
- Ferro: 768 ° C
- Cobalto: 1127 ° C
Tuttavia, non esiste una soglia precisa per la completa scomparsa della rimanenza in caso di shock.
Fondamentalmente, i magneti devono essere alimentati con energia per smagnetizzarli. Perché è così? Bene, si può immaginare che grazie all'orientamento dei singoli spin dell'elettrone, una certa quantità di energia viene immagazzinata in un magnete. Questo può essere specificato dalla densità di energia magnetica. La quantità di prodotto energetico e la temperatura operativa massima sono i fattori determinanti per la qualità del magnete. Ciò è indicato dal prodotto energetico e da una combinazione di lettere successive per il grado, ad esempio "N" per 80 ° C. Maggiore è la qualità, maggiore è la forza magnetica e maggiore è la rimanenza.
La suddetta isteresi è un grafico che mostra che tra la magnetizzazione di un materiale ferromagnetico e la variazione del campo magnetico esterno non proporzionalità rigorosa è presente - motivo rimanenza rimane dopo la rimozione del magnetico esterno.