Magnetlexikon

Magnetlexikon von A bis Z!

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Permanentmagnet: Ein Permanentmagnet besteht aus einem ferromagnetischen oder ferrimagnetischen Werkstoff, der ohne dauerhafte Zufuhr elektrischer Energie ein beständiges Magnetfeld in seiner Umgebung erzeugt. Ein ausreichend starkes äußeres Gegenfeld kann die Magnetisierung verringern oder aufheben.

Magnetisierungsumkehr (bei der Magnetisierung): Der reversible Anteil eines Ummagnetisierungsvorgangs geht bei hoher Feldstärke in irreversible Prozesse über. Dabei werden Weiss-Bezirke beziehungsweise magnetische Momente neu ausgerichtet, was Energie erfordert. Bei kleinen Feldstärken kann eine reine Rotation vor allem in Einbereichsteilchen auftreten. Dort ändert sich die Magnetisierungsrichtung nahezu gleichzeitig im gesamten Volumen und somit wesentlich schneller als bei einer nacheinander verlaufenden Domänenwandbewegung. Zwischen der kohärenten Rotation und der Domänenwandverschiebung liegt der als inkohärente Magnetisierungsumkehr bezeichnete Vorgang.

Curie-Punkt / Curie-Temperatur: Die ferro- und ferrimagnetischen Eigenschaften hängen von der Anordnung und Kopplung atomarer magnetischer Momente und damit auch von der Temperatur ab. Wird die thermische Energie gegenüber der Austauschwechselwirkung groß genug, geht die magnetische Fernordnung verloren und der Werkstoff wird paramagnetisch. In der ursprünglichen Darstellung ist für reines Eisen eine Curie-Temperatur von etwa 778 °C angegeben; übliche Fachwerte liegen nahe 770 °C. Für Legierungen hängt diese Temperatur von der Zusammensetzung ab und kann von derjenigen des reinen Eisens abweichen. Die Curie-Temperatur ist nicht mit der maximal zulässigen Betriebstemperatur eines Permanentmagneten gleichzusetzen.

Absolute Permeabilität: Die absolute magnetische Permeabilität ist das Verhältnis von magnetischer Flussdichte B zur magnetischen Feldstärke H unter den jeweiligen Material- und Feldbedingungen. Im Vakuum ist die Permeabilität μ₀ das Verhältnis von B₀ zu H.

Formanisotropie: Durch die Gestalt eines magnetischen Körpers kann seine Magnetisierung aus energetischen Gründen bevorzugt entlang seiner Längsrichtung ausgerichtet sein.

AlNiCo-Legierung: Eine Legierung aus Aluminium, Nickel und Kobalt, häufig unter Zugabe weiterer Elemente, die zur Herstellung temperaturbeständiger Permanentmagnete verwendet wird und eine hohe magnetische Energiedichte erreichen kann.

Anisotropieenergie: Die Energie, die erforderlich ist, um den Magnetisierungsvektor eines anisotropen ferromagnetischen Körpers von einer magnetisch leichten in eine magnetisch schwere Richtung zu drehen.

Anisotropie: Ein Werkstoff ist anisotrop, wenn seine Eigenschaften von der Raumrichtung abhängen. Seine mechanischen, elektrischen oder magnetischen Eigenschaften sind dann in verschiedenen Richtungen unterschiedlich.

Antiferromagnetismus: Bei antiferromagnetischen Materialien sind magnetische Momente unterschiedlicher Untergitter entgegengesetzt ausgerichtet und kompensieren einander bei idealem Gleichgewicht. Dadurch ist die resultierende makroskopische Magnetisierung klein oder null.

Bariumferrit: Ein oxidischer Permanentmagnetwerkstoff der ungefähren Zusammensetzung BaO·6Fe₂O₃. Aufgrund seiner ausgeprägten hexagonalen magnetokristallinen Anisotropie besitzt er gute hartmagnetische Eigenschaften.

Diamagnetismus: Werkstoffe mit einer relativen magnetischen Permeabilität unter 1 bezeichnet man als diamagnetisch. Dazu gehören beispielsweise Kupfer, Silber, Glas, Wasser, Zink und Bismut. Sie erzeugen in einem äußeren Magnetfeld eine entgegengerichtete, sehr schwache Magnetisierung und werden in Richtung geringerer Feldstärken gedrängt. Oft liegt dem Verhalten eine abgeschlossene elektronische Schalenstruktur zugrunde.

Oberflächenanisotropie: Sie entsteht, wenn die Symmetrie und Bindungsumgebung an der Oberfläche eines Kristalls von derjenigen im Inneren abweichen, etwa weil Nachbaratome fehlen.

Ferrimagnetismus: Die magnetischen Momente zweier oder mehrerer Untergitter sind teilweise antiparallel ausgerichtet, heben sich jedoch wegen unterschiedlicher Beträge nicht vollständig auf. Diese magnetische Ordnung findet man unter anderem bei Ferriten. Die resultierende Magnetisierung ist bei vielen Ferriten kleiner als bei metallischen Ferromagneten.

Ferrite: Ferrite sind oxidische magnetische Werkstoffe, häufig mit Spinell-Kristallstruktur. Die allgemeine Formel vieler Spinellferrite lautet MeO·Fe₂O₃, wobei Me ein zweiwertiges Metallion wie Mn, Mg, Co, Ni, Zn oder Fe(II) bezeichnet. Ferrite sind technisch besonders für Hochfrequenztechnik, Transformator- und Speicherkernanwendungen wichtig. Hartferrite können auch als Permanentmagnete eingesetzt werden.

Ferromagnetismus: Ferromagnetismus ist ein kollektiver magnetischer Festkörpereffekt, der beispielsweise in Eisen, Nickel, Kobalt und einigen Legierungen auftritt. Aufgrund der Austauschwechselwirkung können sich benachbarte magnetische Momente trotz thermischer Bewegung innerhalb bestimmter Bereiche (Weiss-Bezirke) spontan parallel ausrichten. Die Veränderung der Domänenstruktur und Drehung der Magnetisierung kann zu einer hohen relativen Permeabilität führen.

Hysterese: Hysterese liegt vor, wenn der Zustand eines Systems nicht nur von der aktuellen Einwirkung, sondern auch von seiner Vorgeschichte abhängt. In der Magnetik folgt die magnetische Flussdichte B beim Erhöhen und Verringern der Feldstärke H nicht demselben Weg. Nach dem Entfernen des Felds bleibt häufig eine Remanenz bestehen. Der Zusammenhang zwischen B und H wird durch die Hystereseschleife dargestellt.

Hystereseverluste und Hysteresewärme: Bei einem vollständigen Ummagnetisierungszyklus wird Energie dissipiert und in Wärme umgewandelt. Der Energieverlust pro Volumen und Zyklus entspricht der Fläche der Hystereseschleife in der B-H-Darstellung. Größere Schleifen verursachen in der Regel höhere Verluste; bei wechselndem Magnetfeld ist dies insbesondere für den Einsatz weichmagnetischer Werkstoffe relevant.

Hystereseschleife: Die Hystereseschleife beschreibt den Zusammenhang zwischen magnetischer Feldstärke und magnetischer Flussdichte bei einem vollständigen Ummagnetisierungszyklus eines ferromagnetischen Materials. Wegen der Hysterese kann derselben Feldstärke H je nach Vorgeschichte eine andere Magnetisierung M beziehungsweise Flussdichte B entsprechen. Die Kurven B=f(H) und M=f(H) unterscheiden sich durch den Beitrag μ₀H. Die genaue Form der Schleife hängt von Werkstoffzustand und Messbedingungen ab.

Wärmebehandlung: Alle thermischen Verfahren, mit denen insbesondere in ferromagnetischen Legierungen bestimmte innere Spannungen, Gefügezustände und Kristallanordnungen eingestellt werden, um magnetische Eigenschaften und gegebenenfalls die Anisotropie gezielt zu verändern.

Ideale Hystereseschleife: Ein idealisiertes, symmetrisches Hysteresemodell mit einem definierten Sättigungsknick. Eine ideale rechteckige Schleife berücksichtigt Hysterese und Sättigung, bildet jedoch die Frequenzabhängigkeit realer Magnetwerkstoffe nicht ab.

Ideale Magnetisierungskurve: Eine idealisierte Kennlinie aus geraden Abschnitten mit konstanten Steigungen. Das Modell berücksichtigt die magnetische Sättigung, nicht jedoch die Frequenzabhängigkeit des Magnetwerkstoffs.

Induzierte Anisotropie: Eine ursprünglich isotrope Materialprobe kann durch eine gezielte Behandlung anisotrop werden, beispielsweise durch Glühen in einem äußeren Magnetfeld unterhalb ihrer Curie-Temperatur.

Elektromagnetisches Induktionsgesetz: Ein grundlegendes Gesetz der Elektrodynamik: Ändert sich der magnetische Fluss durch eine Leiterschleife zeitlich, wird in dieser Schleife eine elektrische Spannung induziert.

Isotroper Werkstoff: Ein isotroper Werkstoff besitzt in allen Raumrichtungen die gleichen Eigenschaften. Hartmagnetische Werkstoffe weisen eine vergleichsweise hohe Koerzitivfeldstärke auf und werden unter anderem für Permanentmagnete, Magnetbänder und Magnetfolien verwendet. Die ursprüngliche Abgrenzung nennt dafür Hc-Werte über 790 A/m.

Anfangspermeabilität: Die Anfangspermeabilität beschreibt die Permeabilität eines magnetischen Werkstoffs im Bereich sehr kleiner magnetischer Anregungen am Anfang der Magnetisierungskurve.

Austauschenergie: Der Anteil der freien Energie eines ferromagnetischen Kristalls, der von der relativen Orientierung benachbarter Spins abhängt und auf der quantenmechanischen Austauschwechselwirkung beruht.

Austauschwechselwirkung: Eine quantenmechanische Wechselwirkung, die in ferromagnetischen Werkstoffen die parallele Ausrichtung atomarer magnetischer Momente begünstigt. Oberhalb der Curie-Temperatur kann sie die thermische Unordnung nicht mehr überwinden.

Koerzitivfeldstärke (Hc): Die entgegengesetzt zur ursprünglichen Magnetisierungsrichtung angelegte magnetische Feldstärke, die erforderlich ist, um nach vorheriger Sättigung die Flussdichte oder die Magnetisierung auf null zu reduzieren. Sie wird aus dem Schnittpunkt der Hystereseschleife mit der H-Achse bestimmt. Zu unterscheiden sind die normale Koerzitivfeldstärke Hcb der B-H-Kurve und die intrinsische Koerzitivfeldstärke Hcj beziehungsweise die Koerzitivfeldstärke aus der M-H-Kurve. Bei weichmagnetischen Materialien kann die Differenz klein sein; bei hartmagnetischen Werkstoffen ist sie unter Umständen erheblich.

Kohärente Magnetisierungsrotation: Gleichförmige, nahezu gleichzeitige Drehung der magnetischen Momente bei der Ummagnetisierung, beispielsweise in bestimmten dünnen magnetischen Schichten. Die Kristallanisotropie entsteht durch die Symmetrie der Kristallstruktur; deshalb kann die magnetische Permeabilität entlang einer Würfelkante anders sein als entlang einer Raumdiagonalen.

Glühen: Wärmebehandlung eines Magnetwerkstoffs, die entweder die weitere mechanische Bearbeitung ermöglichen soll (Zwischenglühen) oder dazu dient, eine gewünschte Kristall- beziehungsweise Gefügestruktur einzustellen (Endglühen).

Luftspalt: In magnetischen Kreisen mit relativ zueinander beweglichen Teilen, etwa Motoren, Relais oder Hebemagneten, ist häufig ein Arbeitsluftspalt notwendig. Er erhöht den magnetischen Widerstand und verändert damit die Feldverteilung und die Eigenschaften der Schaltung erheblich. Auch in unbewegten Magnetkreisen können Luftspalte gezielt eingesetzt werden, zum Beispiel in bestimmten Drossel- und Filterkernen, um die Induktivität, die Sättigungsfestigkeit oder das Temperaturverhalten anzupassen.

Entmagnetisierung: Verfahren zur Verringerung oder Beseitigung der remanenten Magnetisierung beziehungsweise Flussdichte.

Entmagnetisierungsvorgang: Der Entmagnetisierungsfaktor Nt beschreibt das innere Gegenfeld, das sich bei einem offenen Magnetkreis durch die Ausbildung magnetischer Pole ergibt. Dadurch wird die tatsächlich im Material wirkende Feldstärke Hi gegenüber der äußeren Feldstärke Ha verändert. In vereinfachter Darstellung gilt Hi = Ha − Nt·M. Der Entmagnetisierungsfaktor hängt von der Geometrie und der Magnetisierungsrichtung ab und beeinflusst die Last- beziehungsweise Entmagnetisierungsgerade im B-H-Diagramm.

Lenzsche Regel: Die Richtung einer induzierten elektrischen Spannung und des dadurch möglichen Stroms ist stets so, dass das entstehende Magnetfeld der auslösenden Flussänderung entgegenwirkt. Dieses Verhalten steht mit der Selbstinduktivität L einer Spule in Zusammenhang.

Lorentzkraft: Die Lorentzkraft ist die Kraft, die ein elektromagnetisches Feld auf eine bewegte elektrische Ladung ausübt. Auf einen stromdurchflossenen Leiter im Magnetfeld wirkt deshalb ebenfalls eine Kraft. Bei der Impulsmagnetisierung wird ein Permanentmagnet durch einen kurzen, sehr hohen Stromimpuls in einer geeigneten Magnetisiervorrichtung magnetisiert.

Magnet: Ein Körper, der in seiner Umgebung ein Magnetfeld erzeugt. Anschaulich lässt sich ein Magnet als magnetischer Dipol mit Nord- und Südpol beschreiben. Diese Pole treten paarweise auf und können Kräfte auf andere Magnete beziehungsweise ferromagnetische Körper ausüben.

Magnetische Anisotropieenergie: Die durch die magnetische Anisotropie bestimmte Energie, die durch Anisotropiekonstanten beschrieben wird. Ein magnetisch isotroper Werkstoff reagiert in allen Raumrichtungen gleich auf ein Feld. Bei einem anisotropen Material gibt es dagegen bevorzugte, sogenannte leichte Magnetisierungsrichtungen. Ursachen der Anisotropie können die Kristallstruktur, die Form und weitere Materialeigenschaften sein. Ein Maß dafür ist die Anisotropiekonstante K mit der Einheit Energie pro Volumen.

Magnetische Werkstoffe (weichmagnetische Werkstoffe): Weichmagnetische Werkstoffe besitzen eine geringe Koerzitivfeldstärke, in der ursprünglichen Abgrenzung typischerweise unter 100 A/m. Sie lassen sich mit relativ wenig Aufwand ummagnetisieren und haben je nach Material unterschiedlich ausgeprägte Hystereseschleifen. Bei der magnetischen Abschirmung werden Feldlinien mithilfe hochpermeabler Werkstoffe bevorzugt durch eine abschirmende Struktur geführt, sodass in einem geschützten Bereich das Magnetfeld verringert werden kann.