Curie-Temperatur und Arbeitstemperatur des Magneten

Wussten Sie, dass Magnete dauerhaft ihre Magnetisierung verlieren, wenn sie eine bestimmte Temperatur überschreiten, und dass die maximale Arbeitstemperatur, der verschiedene Magnete standhalten können, unterschiedlich ist. Was sind also die temperaturbezogenen Indikatoren? Wie wählt man den geeigneten Magneten basierend auf der Arbeitstemperatur aus? Heute werden wir diese Fragen beantworten.

Curie-Temperatur

Wenn es um den Zusammenhang zwischen Temperatur und Magnetismus geht, müssen wir zunächst ein Konzept verstehen – „Curie-Temperatur“. Fühlen Sie sich mit den Worten „Curie“ sehr vertraut? Dieses Konzept hat tatsächlich etwas mit Madame Curie zu tun. Vor mehr als 200 Jahren entdeckte ein berühmter Physiker in seinem Labor eine physikalische Eigenschaft von Magneten: Wenn ein Magnet auf eine bestimmte Temperatur erhitzt wird, verschwindet sein ursprünglicher Magnetismus. Dieser große Physiker war Pierre Curie, der Ehemann von Madame Curie. Später nannte man diese Temperatur Curie-Punkt, auch bekannt als Curie-Temperatur (Tc) oder magnetischer Übergangspunkt.

Definition: Die Curie-Temperatur ist die Temperatur, bei der ein magnetisches Material zwischen ferromagnetischen und paramagnetischen Substanzen übergeht. Wenn die Temperatur niedriger als die Curie-Temperatur ist, wird das Material ferromagnetisch, und wenn die Temperatur höher als die Curie-Temperatur ist, wird das Material paramagnetisch. Die Höhe des Curie-Punktes hängt von der Zusammensetzung und Kristallstruktur der Substanz ab.

Temperatur höher als die Curie-Temperatur: Die inneren Moleküle des Magneten bewegen sich heftig, was zur Zerstörung magnetischer Domänen führt. Eine Reihe ferromagnetischer Eigenschaften, die mit magnetischen Domänen zusammenhängen, wie z. B. hohe Permeabilität, Hystereseschleifen, Magnetostriktion usw., verschwinden alle und der Magnet erfährt eine irreversible Entmagnetisierung. Nach der Entmagnetisierung kann es erneut magnetisiert werden, aber die Magnetisierungsspannung muss viel höher sein als die Spannung bei der ersten Magnetisierung, und das Magnetfeld erreicht nach der Magnetisierung möglicherweise nicht das ursprüngliche Niveau.

Curie-Temperatur und Arbeitstemperatur von Permanentmagnetmaterialien

Die Curie-Temperatur ist für praktische Anwendungen von großer Bedeutung. Bei der Auswahl magnetischer Materialien, insbesondere weichmagnetischer Materialien, für Geräte, die den Ferromagnetismus bei einer bestimmten Temperatur aufrechterhalten müssen, kann die Auswahl von Materialien mit geeigneter Curie-Temperatur die Stabilität und Zuverlässigkeit des Geräts verbessern.

Arbeitstemperatur

Die Arbeitstemperatur (Tw) bezieht sich auf den Temperaturbereich, dem ein Magnet in praktischen Anwendungen standhalten kann. Aufgrund der unterschiedlichen thermischen Stabilität verschiedener Stoffe können auch deren Arbeitstemperaturen variieren. Die maximale Arbeitstemperatur des Magneten liegt viel niedriger als die Curie-Temperatur. Innerhalb der Arbeitstemperatur nimmt die Magnetkraft mit steigender Temperatur ab, kann sich jedoch nach dem Abkühlen größtenteils erholen.

Der Zusammenhang zwischen Arbeitstemperatur und Curie-Temperatur: Je höher die Curie-Temperatur, desto höher ist die Arbeitstemperatur des magnetischen Materials und desto besser ist die Temperaturstabilität. Das Hinzufügen von Elementen wie Kobalt, Terbium und Dysprosium zu gesinterten Neodym-Eisen-Bor-Rohstoffen kann deren Curie-Temperatur erhöhen, sodass Dysprosium häufig in Produkten mit hoher Koerzitivfeldstärke (H, Sch,...) enthalten ist.

Die Temperaturbeständigkeit desselben Magnettyps variiert je nach Qualität aufgrund von Unterschieden in Zusammensetzung und Struktur. Am Beispiel von Neodym-Eisen-Bor liegt die maximale Arbeitstemperatur verschiedener Magnetstahlsorten zwischen 80 °C und 230 °C.

Arbeitstemperatur von gesinterten Neodym-Eisen-Bor-Permanentmagneten

Mehrere Faktoren beeinflussen die tatsächliche Arbeitstemperatur des Magneten:

Die Form und Größe des Magneten (d. h. das Seitenverhältnis, auch bekannt als magnetische Leitfähigkeit Pc) haben einen erheblichen Einfluss auf die tatsächliche maximale Arbeitstemperatur. Nicht alle Neodym-Eisen-Bor-Magnete der H-Serie können ohne Entmagnetisierung bei einer Temperatur von 120 °C betrieben werden. Einige Magnetgrößen können bei Raumtemperatur entmagnetisiert werden, daher ist es notwendig, die Koerzitivfeldstärke zu erhöhen, um die tatsächliche maximale Arbeitstemperatur zu erhöhen.

Der Grad der Schließung des Magnetkreises beeinflusst auch die tatsächliche maximale Arbeitstemperatur des Magneten. Je näher der Arbeitsmagnetkreis desselben Magneten liegt, desto höher ist die maximale Arbeitstemperatur des Magneten und desto stabiler ist seine Leistung. Die maximale Arbeitstemperatur eines Magneten ist also kein fester Wert, sondern variiert mit dem Grad der Schließung des Magnetkreises.