Temperatura massima di esercizio

I materiali ferromagnetici in un campo magnetico esterno vengono magnetizzati. Se il campo esterno viene spento, la rimanenza persiste. Il materiale rimane quindi magnetico e può essere utilizzato come magnete. Tuttavia, la rimanenza diminuisce ad alte temperature. La magnetizzazione scompare. Ogni magnete ha una temperatura massima di funzionamento che viene impostata per evitare la smagnetizzazione. Al di sopra di questa temperatura, che dipende dal materiale del magnete, può verificarsi la smagnetizzazione. Il materiale deve quindi essere raffreddato e rimagnetizzato.

Principi fisici

Per comprendere questo effetto, è necessario considerare il contesto fisico della rimanenza. La rimanenza può essere facilmente compresa osservando la magnetizzazione a livello microscopico dei singoli atomi.

Nei materiali ferromagnetici, su ogni atomo è presente un momento magnetico, causato dallo spin di un elettrone non accoppiato. Questo momento magnetico agisce come un piccolo magnete con un polo nord e un polo sud. Un campo magnetico esterno esercita ora una forza sui momenti magnetici di tutti gli spin degli elettroni, facendo ruotare gli spin e allineandoli parallelamente al campo magnetico esterno. Una volta che i momenti magnetici sono allineati, questo allineamento è stabilizzato nei materiali ferromagnetici dall'interazione di scambio tra gli spin degli elettroni.

L'interazione di scambio significa che è energeticamente più favorevole se tutti gli spin degli elettroni sono paralleli. Tuttavia, questa interazione ha una forza limitata. Gli elettroni stessi sono mobili e l'allineamento degli spin degli elettroni può essere modificato da un'influenza esterna.

Smagnetizzazione dei magneti

Così come tutti gli spin degli elettroni sono stati allineati da un campo magnetico esterno, è possibile mescolare nuovamente gli spin degli elettroni se il sistema viene disturbato a tal punto da superare l'interazione di scambio tra gli spin degli elettroni. Ciò può essere ottenuto con un campo magnetico esterno diretto in direzione opposta al campo magnetico degli elettroni spins. Il materiale può anche essere smagnetizzato da forti urti meccanici, perché l'allineamento degli spin degli elettroni viene disturbato meccanicamente.

Un terzo modo per eliminare la remanenza è quello di riscaldare il materiale magnetizzato. La temperatura di un solido è determinata dall'energia cinetica dei singoli atomi. Il riscaldamento di un ferromagnete aumenta anche il movimento degli spin degli elettroni. Con l'aumento dell'energia cinetica (energia termica), aumenta la probabilità che gli spin degli elettroni si spostino dal loro allineamento parallelo, nonostante l'interazione di scambio. Se l'energia termica è maggiore dell'interazione di scambio, si verifica una rapida disorganizzazione degli spin degli elettroni originariamente allineati.

Temperatura massima di esercizio dei magneti: nNon superiore alla temperatura di Curie

La temperatura alla quale un ferromagnete si trasforma in paramagnete è nota come temperatura di Curie. Al di sopra della temperatura di Curie, un materiale magnetizzato è completamente smagnetizzato. La rimanenza scende quindi a zero. Poiché l'interazione di scambio è caratteristica di ogni materiale, anche i diversi materiali hanno temperature di Curie diverse. La temperatura di Curie è di 769 °C per il ferro, 1127 °C per il cobalto e 358 °C per il nichel.

La temperatura massima di funzionamento non può quindi superare la temperatura di Curie del materiale. Per evitare una smagnetizzazione parziale, la temperatura massima di esercizio è di solito leggermente inferiore alla temperatura di Curie. Il disordine degli spin degli elettroni aumenta costantemente con la temperatura. Le distorsioni o le instabilità generali del materiale possono verificarsi anche a temperature molto inferiori alla temperatura di Curie. La temperatura massima di funzionamento è quindi impostata in modo tale che la smagnetizzazione del magnete dovuta al calore non si verifichi in nessun caso al di sotto della temperatura massima di funzionamento. Il produttore caratterizza la temperatura massima di funzionamento dei suoi magneti con una lettera nel grado. Un grado di 50M, ad esempio, caratterizza un magnete con un prodotto di energia di 50 MegaGaußOersted e una temperatura operativa massima di 100 °C (M). Altre abbreviazioni sono “N” per 80 °C, “H” per 120 °C, “SH” per 150 °C, “UH” per 180 °C e “EH” per 200 °C.

Magneti ad alta temperatura

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