Guida al Magnetismo
È la direzione preferenziale in cui un magnete permanente può essere orientato per ottimizzarne le prestazioni. I materiali che possiedono questa caratteristica sono detti “anisotropi”, mentre quelli che non la possiedono sono chiamati “isotropi”.
Questo orientamento può derivare sia dal processo produttivo che dalla struttura interna del materiale magnetico.
Orientando il magnete lungo la direzione di anisotropia, si raggiungono i massimi valori delle sue proprietà magnetiche.
L’attrazione magnetica è la forza che si esercita tra un magnete e un oggetto ferromagnetico, rappresentata nelle formule con la lettera F.
Calcolare questa forza tra due magneti è un’operazione estremamente complessa, che dipende dalla forma, dal grado di magnetizzazione, dall’orientamento e dalla distanza dei due magneti.
Sulle nostre tabelle, la forza di attrazione in kg indica la forza necessaria per staccare un magnete da una superficie di ferro dolce quando sono a contatto. Se la forza viene applicata parallelamente alla superficie, il valore si riduce notevolmente a causa dell’attrito tra il magnete e la piastra di metallo.
Quando un magnete è completamente magnetizzato ha raggiunto il proprio massimo arrivando a saturazione e non può ulteriormente migliorare le prestazioni magnetiche.
Quando un magnete non è a contatto diretto con una superficie ferromagnetica o di un altro magnete, la capacità di attrarre e respingere diminuisce in maniere esponenziale in relazione alla distanza tra questi.
Elemento chimico del II° gruppo (alcalino terrosi). Il minerale più importante è la barite. Viene aggiunto sotto forma di carbonato di bario nella produzione dei magneti all’ossido di ferro; durante la sinterizzazione produce il composto BaFe12O19 (ferrite di bario).
Processo di compattamento delle polveri magnetiche con le gomme, al fine di ottenere un materiale plasto-magnetico compattato ed omogeneizzato.
In fisica, il campo di induzione magnetica (anche detto impropriamente campo magnetico) in un punto di un mezzo, è individuato dal vettore Bμ0H e una seconda componente indicata con μ0M dovuta a fenomeni microscopici che avvengono nel mezzo, come tipicamente un determinato allineamento degli spin atomici.
Lo spettro magnetico – l’insieme delle linee di campo dovuto a un magnete – è reso visibile dalla limatura di ferro su un foglio di carta.
Si ottiene tracciando l’induzione magnetica B al variare dell’intensità di campo magnetizzante H, per H prima positivo, magnetizzazione, e poi negativo, smagnetizzazione. Può essere realizzato per B o per J.
Nei materiali magnetici è la variazione della induzione residua Br, o della forza coercitiva Hc, che si ottiene al variare della temperatura: è un coefficiente molto importante in quanto i magneti permanenti possono avere comportamenti diversi a diverse temperature.
Il copolimero di butadiene e acrilonitrile, noto anche come NBR (nitrile butadiene rubber), è un tipo di gomma sintetica. È composto da due monomeri: butadiene e acrilonitrile. NBR è il miglior compromesso tra resistenza agli oli e idrocarburi, flessibilità e resistenza meccanica. Utilizzato come legante plastico (componente gommosa) per la produzione di plasto-ferrite e plato-neodimio.
Parte del ciclo di isteresi relativa al secondo quadrante, dove il valore del campo H è negativo. Le principali proprietà deducibili da questa curva sono Br (rimanenza), Hc (forza coercitiva) e il massimo prodotto di energia (BH max). La designazione secondo DIN 17410 consiste in due cifre, ad es. 28/26: la prima è il valore minimo del prodotto d’energia (BxH)max in kj/m3 e la seconda il valore minimo della forza coercitiva jHc in kA/m, divisa per 10, nel sistema di misura SI. Esempio: 28/26 significa (BxH)max minimo 28 kj/m3 − jHc minimo 26 • 10 − 260 KA/m.
Peso specifico ; rapporto tra peso e volume; espresso in Kg/m3 o g/cm3.
Per densità del flusso magnetico si intende il flusso magnetico (la densità del numero di linee della forza magnetica) attraverso un’unità di superficie. La densità di flusso del campo magetico viene denominata induzione magnetica e designata con la lettera B.
La direzione di magnetizzazione lungo la quale il magnete raggiunge i migliori valori in termini di Br, Hc e BHmax (si veda anche “anisotropia”) è legata alle caratteristiche del magnete. Si ottiene mediante un pre-orientamento magnetico del materiale.
Spesso nei magneti a simmetria circolare è assiale. Nei magneti a sezione rettangolare viene richiesta frequentemente lungo lo spessore minimo. Nei segmenti di arco la direzione è diametrale (cioè per linee parallele al diametro) o radiale.
È il massimo prodotto di energia ottenibile da una tipologia di magnete permanente.
Quindi il massimo dei valori del prodotto B x H nella curva di smagnetizzazione (2° quadrante del ciclo di isteresi). Il prodotto B x H rappresenta una densità di energia per unità di volume.
Genericamente possiamo affermare che tanto maggiore è il valore di (B H) max, tanto minore potrà essere, a parità di rapporti geometrici, il volume di magnete necessario per una determinata applicazione.
È un coefficiente che dipende dalla sola geometria del magnete ed esprime la possibilità di ottenere buone prestazioni dalla geometria del magnete o del circuito magnetico.
Se si unisce il punto di lavoro del magnete con l’origine del sistema di coordinate B-H, si ottiene la retta di lavoro o retta di carico. N è adimensionale ed assume valori tra 0 (circuito magnetico chiuso) e 1 (circuito magnetico completamente aperto). È legato alla permeanza dalla relazione: P=1−1/N
Materiale con permeabilità relativa di molto superiore a 1, il cui comportamento può essere descritto mediante l’azione congiunta di domini magnetici dotati ciascuno di momenti magnetici elementari. I magneti permanenti hanno permeabilità di poco superiore a uno, mentre i materiali ferromagnetici dolci (es. il ferro) hanno permeabilità relativa molto superiori a uno (da 10^2 a 10^6).
È il flusso del campo magnetico (induzione magnetica B) attraverso una superficie A; è una grandezza scalare che dipende dall’angolo d’incidenza delle linee di campo, dal valore della permeabilità magnetica e dall’area della superficie stessa. È pari, in caso di omogeneità di B sulla superficie A, a B • A, altrimenti è pari all’integrale matematico di B sulla superficie A.
È il valore di intensità di campo magnetizzante H che consente di annullare la densità di flusso B nel ciclo di isteresi. Si distingue la forza coercitiva intrinseca, HcJ, ed estrinseca, HcB.
Questa distinzione è tecnicamente importante per tutti i magneti con grande forza coercitiva. La forza coercitiva HcJ si rileva dal ciclo di isteresi di J, il valore di HcB dal ciclo di isteresi di B. L’unità di forza coercitiva viene data in KA/m, oppure in A/m, o in Oersted. Ne consegue che più questo valore è alto, più un magnete sarà in grado di mantenere la propria magnetizzazione quando viene esposto ad un campo smagnetizzante di segno opposto.
Processo in cui le materie prime in polvere sono fuse in un forno sottovuoto. La lega viene mescolata e poi raffreddata molto rapidamente al fine di ottenere materiale magnetico compattato ed omogeneizzato.
La forza magnetomotrice, nota anche come potenziale magnetico, è la proprietà di alcune sostanze o fenomeni che danno origine al campo magnetico. La forza magnetomotrice è analoga alla forza o tensione elettromotrice nell’elettricità.Viene indicata nelle formule con le lettere Fm.
Si definiscono grandezze intensive della materia quelle grandezze che non dipendono dalle dimensioni del campione.
Si definiscono grandezze estensive della materia quelle grandezze che dipendono dalle dimensioni del campione.
I magneti sinterizzati ( Neodimio, Ferrite ecc) possono essere fissati utilizzando adesivi a base di resina epossidica su metallo, vetro, porcellana, ceramica, legno, cartone, pietra e calcestruzzo, gomma, plastiche indurite.
I magneti flessibili (palsto-ferrite) sono disponibili con biadesivo acrilico per il fissaggio su superfici metalliche, pannelli di plastica, vetro ecc.
È il flusso magnetico per unità di area di una sezione normale alla direzione di flusso.
In fisica, il campo di induzione magnetica (anche detto impropriamente campo magnetico) in un punto di un mezzo, è individuato dal vettore B composto da una prima componente indicata con μ0 H e una seconda componente indicata con μ0M dovuta a fenomeni microscopici che avvengono nel mezzo, come tipicamente un determinato allineamento degli spin atomici. È la grandezza che evidenzia lo stato di magnetizzazione di un materiale magnetico.
È il valore di induzione Br che il magnete conserva quando viene annullato il campo magnetizzante; ossia è l’induzione magnetica o la densità di flusso magnetico che rimane in un magnete dopo che questo è stato magnetizzato. Tanto più elevato è questo valore, tanto più il magnete è potente.Questo è il punto in cui il ciclo di isteresi attraversa l’asse B a forza di magnetizzazione zero e rappresenta la massima uscita di flusso dal materiale magnetico dato. Per definizione, questo punto si verifica a vuoto d’aria zero, e quindi non può essere misurato nell’uso pratico di materiali magnetico con strumenti basici quali il gaussometro.
Si definiscono grandezze estensive della materia quelle grandezze che dipendono dalle dimensioni del campione.
Guida al Magnetismo
La legge che regola i circuiti magnetici si chiama legge di Hopkìnson ed e’ analoga alla legge di Ohm. La legge di Hopkinson dice che in un circuito magnetico la forza magnetomotrice NI e’ uguale alla somma delle riluttanze di tutto il circuito moltiplicata per il flusso Æ. In formu N . I = Æ S Â dove il simbolo S (sommatoria) indica che dobbiamo fare la somma delle riluttanze di tutto il circuito per ottenere la riluttanza totale.
Le linee di forza del campo magnetico sono delle linee immaginarie che servono a rappresentare il campo magnetico nello spazio. Lo spettro magnetico è l’insieme delle linee di campo dovuto a un magnete ed è reso visibile dalla limatura di ferro su un foglio di carta.
Per magnetizzare un magnete permanente viene impiegato un campo esterno di intensità di alcune volte superiore alla forza coercitiva del materiale stesso.
La durata della magnetizzazione è in genere molto breve, da pochi microsecondi a pochi secondi. Per questa operazione si utilizzano i Magnetizzatori, apparecchiature di vario tipo in grado di generare campi magnetici di elevata intensità, che, convogliati in particolari bobine di magnetizzazione, magnetizzano il magnete nella direzione del campo applicato.
Un magnete è un corpo che genera un campo magnetico nello spazio circostante e si definisce permanente se questa caratteristica perdura nel tempo.
Il magnete permanente è composto da atomi che magnetizzati si dispongono in microscopiche unità formate da milioni di particelle chiamate Domini Magnetici.
Ciascun dominio è un magnetino elementare con un suo campo magnetico, una volta magnetizzato i domini si orientano nella stessa direzione, maggiore è l’ordine di allineamento, maggiore è il campo magnetico generato dal magnete permanente.
Il momento magnetico è una proprietà magnetica essenziale. Per un campione a magnete permanente, il momento magnetico Μ è il prodotto della sua polarizzazione magnetica J (nel punto di lavoro) e il suo volume V.
La polarizzazione magnetica è un fenomeno che si manifesta in alcuni materiali in presenza di un campo magnetico, e attraverso questo è possibile descrivere il magnetismo all’interno della materia.
La polarizzazione magnetica si verifica quando un campo magnetico esterno viene applicato a un materiale con magneti elementari. Poiché i momenti magnetici si sommano, il campo magnetico esterno H viene amplificato dalla costante del campo magnetico μ (corrisponde alla permeabilità magnetica). A questo punto viene stabilita una densità di flusso magnetico B che è maggiore di μ rispetto a un vuoto, ovvero: B= μ μ0H0. I materiali ferromagneti aumentano la densità del flusso magnetico.
Nel campo magnetico esterno, la polarizzazione magnetica è ora determinata dalla suscettibilità χ: J= χ* μ0*H0.
Il polietilene clorurato (CPE) è una gomma sintetica con eccellenti proprietà chimiche. È noto per la sua resistenza all’invecchiamento causato dall’ossigeno e dall’ozono, nonché per la sua capacità di resistere agli acidi e agli alcali. Grazie a queste caratteristiche, il CPE è utilizzato come legante plastico, ovvero come componente gommosa, nella produzione di materiali magnetici come la plasto-ferrite e il plato-neodimio.
Queste applicazioni beneficiano delle proprietà del CPE, che contribuisce a migliorare la durabilità e l’efficacia dei prodotti finali.
È l’energia magnetica (o energia potenziale magnetica) associata al campo magnetico.
È comunemente indicata come intensità di campo magnetico e ci indica quanto un campo magnetico è più forte.
Perdite delle proprietà del magnete ad elevata temperatura, proprietà successivamente non più recuperabili al valore iniziale con il ritorno alla temperatura di partenza (normalmente quest’ultima è la temperatura ambiente). Nel caso della ferrite l’induzione residua decade all’abbassarsi della temperatura.
È il rapporto tra l’induzione magnetica B ed il campo magnetico H. Può essere interpretata come una sorta di “conducibilità” magnetica. Nel vuoto è una costante: (µo = 1,256 H/m (T / A/m). Viene spesso usata la definizione di permeabilità relativa µr data dalla relazione µr=µ / µo =B / µo H.
Si distinguono materiali diamagnetici (µr<1), materiali paramagnetici (µr>1), e materiali ferromagnetici (µr>>1) da 102 a 106).
Rapporto tra l’induzione B e il prodotto tra µoH in una parte del circuito magnetico. Tanto maggiore è il modulo della permeanza, tanto più si è vicini alla condizione di circuito chiuso.
Superficie di un magnete permanente attraverso la quale il flusso magnetico esce o entra nel magnete: può essere Nord o Sud.
Reversibile o ripetibile. Un comportamento magnetico termicamente reversibile significa che un magnete, dopo riscaldamento e successivo raffreddamento alla temperatura iniziale, riprende i suoi valori magnetici iniziali.
Condizione nella quale nel materiale si ha un aumento di induzione B all’aumentare di H con una pendenza pari a µo. Raggiungendo la condizione di saturazione del magnete si ottengono i massimi valori delle varie proprietà.
Processo di compattamento delle polveri ad alta pressione e alta temperatura, al fine di ottenere materiale compattato ed omogeneizzato. Le temperature di sinterizzazione sono indicativamente: per la ferrite dura circa 1200°C – 1250°C, per magneti in terre rare circa 1050°C – 1200°C.
Diminuzione della condizione di magnetizzazione di un magnete e quindi delle sue prestazioni, mediante un’intensità di campo H opposta alla direzione di magnetizzazione iniziale del campione.
Per ottenere una completa smagnetizzazione è necessario un campo oscillante.
La smagnetizzazione parziale o totale può avvenire anche in seguito ad un’elevata temperatura: sarà parziale ma irreversibile quando si supera la temperatura massima di lavoro (caratteristica del materiale, ma legata anche alla geometria del campione e al circuito magnetico in cui è inserito), totale quando si supera la temperatura di Curie Tc (caratteristica solo del materiale).
Elemento chimico del II gruppo (metalli alcalino-terrosi). Proviene dai minerali stronzianite e celestina.
Lo stronzio viene aggiunto sotto forma di carbonato di stronzio al posto del bario e conferisce ai magneti in ferrite dura una forza coercitiva particolarmente elevata.
I magneti flessibili con componente plastico (pasto-ferrite e plasto-neodimio) possono essere facilmente tagliati o forati.
I magneti sinterizzati (Terre rare, Ferriti) richiedono tecniche e attrezzature speciali pertanto è assolutamente sconsigliato farlo se non con il supporto di personale specializzato.
La temperatura alla quale un materiale da ferromagnetico diventa paramagnetico e quindi perde molte delle sue proprietà magnetiche.
Il nome deriva da M. Curie, fisico e chimico dei primi del 900.
La temperatura più elevata alla quale un magnete può essere mantenuto senza che si abbiano perdite di flusso irreversibili (quindi permanenti).
La temperatura di lavoro dipende anche dal circuito magnetico nel quale il magnete è impiegato: essa genera più facilmente effetti di smagnetizzazione nel caso in cui la permeanza ha valori bassi, ovvero nel caso in cui il circuito magnetico si avvicina alla condizione di circuito è aperto.
Il caso più sfavorevole sarà dunque quello di un magnete singolo con rapporto dimensionale (L/D) molto piccolo.
Spazio occupato da materiale amagnetico posto tra gli elementi di un circuito magnetico: costituisce un ostacolo al passaggio del flusso magnetico quindi spesso si tenta di evitare di generare dei traferri in un dispositivo magnetico.
L’induzione magnetica nel traferro è tanto maggiore quanto minore è il valore del traferro.
Due magneti sovrapposti, per esempio dischi o blocchi, si può ritenere che sviluppino le stesse caratteristiche di uno unico delle stesse dimensioni.
Nel caso in cui il magnete della grandezza desiderata non sia disponibile, si può perciò considerare l’alternativa di utilizzare una combinazione di più magneti per ottenere le dimensioni del magnete unico richiesto.
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