Die Temperatur beeinflusst die Stärke eines Magneten, indem sie die Ausrichtung seiner inneren magnetischen Domänen verändert. Die Stärke nimmt bei niedrigen Temperaturen zu und bei hohen Temperaturen ab. Das Magnetfeld wird schwächer, und die magnetischen Domänen werden falsch ausgerichtet, da sich die Atome des Magneten beim Erhitzen stärker bewegen.

Durch die Stabilisierung der Ausrichtung dieser Domänen kann jedoch die Stärke des Magneten durch Kühlung erhöht werden. Die Definition der Curie-Temperatur, die Frage, wie Wärme die Magnetkraft verändern kann und was bei der niedrigsten Temperatur passiert, wird im Abschnitt über die Auswirkungen der Temperatur auf Magnete behandelt.

Was ist die Curie-Temperatur?

Die Curie-Temperatur (Tc) ist der Punkt, an dem eine magnetische Substanz ihre gesamten magnetischen Eigenschaften verliert.

 Die Curie-Temperatur, die die maximale Temperatur angibt, bei der die Ausrichtung der magnetischen Momente gestört werden kann, ist ein Maß für die Beziehung zwischen Magnetismus und Temperatur. Pierre Curie, einem Physiker, wird die Benennung dieser Temperatur zugeschrieben.

Zum Beispiel,

• Ein Neodym-Magnet ist etwa 310 Grad Celsius heiß.
• Ein gebratener Magnet hat eine Temperatur von etwa 450°C.
• Samarium-Kobalt-Magnet, etwa 750°C
• ~880°C für Alnico-Magnete

Ein Magnet verliert seine Eigenschaften, wenn er seinen Curie-Punkt erreicht, und eine Abkühlung macht ihn nicht wieder stark.

Wie wirkt sich Kälte auf Magnete aus?

Im Allgemeinen erhöhen kältere Temperaturen die magnetische Stärke, da sie die Bewegung der Atome verlangsamen, was zur Wiederherstellung der Ausrichtung beiträgt. Allerdings können Magnete bei extremen Temperaturen spröde werden, vor allem wenn sie aus Materialien wie Neodym bestehen.

 Supraleitende Magnete werden in Labors oft bei kryogenen Temperaturen gehalten. Tatsächlich sind die meisten Magnete bei kälteren Temperaturen sogar etwas stärker und stabiler; die Magnetkraft nimmt allmählich ab, wenn die Temperatur unter 125 Grad Celsius sinkt.

Wenn die Temperatur auf 196 Grad Celsius sinkt, steigt die Magnetstärke auf 85 bis 90 Prozent.

Wie wirkt sich Wärme auf Magnete aus?

Magnetische Domänen, d. h. kleine Abschnitte gebundener Atome, werden bei einem Temperaturanstieg aufgrund von Wärmeenergie falsch ausgerichtet. Infolgedessen nimmt die Magnetkraft allmählich ab. Magnete können ihre magnetischen Eigenschaften kaum verlieren, wenn die Temperatur zu stark ansteigt.

Der Prozess ist ein bisschen so, wie wenn Hitze Eis zum Schmelzen bringt. Sobald ein bestimmter Punkt erreicht ist, ist es schwierig, die Verschiebung rückgängig zu machen. Die Wärme bewirkt, dass sich die Wachsmoleküle schneller und mit mehr kinetischer Energie bewegen, wodurch sie gleichmäßiger werden.

Mit steigender Temperatur beginnen sich diese Moleküle zu verschieben, bis ihre Enden entgegengesetzte Ladungen aufweisen und sich nicht mehr in einer Käfiganordnung gegenüberstehen. Ein Magnet kann nach dem Abkühlen seine ursprüngliche Funktion wieder aufnehmen, wenn die ihm zugeführte Wärme unter seiner maximalen Betriebstemperatur bleibt.

Verschiedene Magnetmaterialien reagieren unterschiedlich auf die Temperatur

Verschiedene Magnete verhalten sich bei unterschiedlichen Temperaturen und Drücken unterschiedlich. Die innere Kristallstruktur und die Zusammensetzung der Stoffe bestimmen, wie sie reagieren. Wir untersuchen die Reaktion der am häufigsten verwendeten magnetischen Materialien auf Temperaturschwankungen.

Alnico

Viele Verbraucher- und Industriegeräte sind auf Alnico-Dauermagnete angewiesen. Alnico-Magnete werden unter anderem in Kuh-Magneten, Wanderfeldröhren, Elektromotoren, E-Gitarren-Tonabnehmern, Mikrofonen, Sensoren und Lautsprechern verwendet.

Seltene Erdmagnete werden jedoch derzeit in vielen Objekten verwendet, da sie eine hohe BHmax und ein starkes Magnetfeld (Br) erzeugen können, was eine Miniaturisierung der Objekte ermöglicht.

SmCo

Ein bekanntes Merkmal von Samarium-Kobalt-Magneten ist ihre außergewöhnliche Hitzestabilität. Selbst bei Temperaturen von bis zu 350°C werden sie nicht wesentlich schwächer.

NdFeB

Die stärksten Dauermagnete auf dem Markt sind Neodym-Magnete. Sie sind allerdings sehr temperaturempfindlich. Fortgeschrittene Typen (wie z. B. N42SH oder N52VH) können bis zu 230°C arbeiten, verlieren aber oberhalb von 80°C an Leistung.

Sie sind nicht für extrem heiße Bedingungen geeignet, da sie über ihre Grenzen hinaus irreversibel entmagnetisiert werden.

Ferrit

Ferritmagnete sind kostengünstig und werden häufig verwendet. Sie bestehen aus Eisenoxid und Barium oder Strontium. Bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt lässt ihr Magnetismus leicht nach.

Dennoch funktionieren sie bis zu 250°C gut. Da sie jedoch einen Kompromiss zwischen Kosten und Zuverlässigkeit bieten, werden sie für Anwendungen wie Lautsprecher und Kühlschrankmagnete bevorzugt.

~0,11% Verlust pro °C (Unterhalb der maximalen Betriebstemperatur umkehrbar)

Wenn die Betriebstemperatur unter dem Höchstwert liegt, verlieren Magnete in der Regel etwa 0,11% ihrer Stärke pro Grad Celsius. Glücklicherweise ist dieser Schaden reversibel, so dass der Magnet beim Abkühlen seine ursprüngliche Stärke wiedererlangt.

 Ein Teil der Schäden ist jedoch irreversibel, wenn die Temperatur den Nennbereich überschreitet. Die Wahl der richtigen Magnetsorte für Ihre Anwendung ist entscheidend, um eine irreversible Entmagnetisierung zu verhindern.

Temperatureinstufung nach Klasse (z. B. VH/AH bis ~230°C)

Jeder Magnet hat eine bestimmte Temperaturklasse, die von seiner Qualität und Materialzusammensetzung abhängt. Neodym-Magnete (NdFeB) werden zum Beispiel in N95, N42, N35 und ähnliche Klassen eingeteilt.

Jede Sorte hat einen maximalen Betriebstemperaturbereich. Im Allgemeinen reicht er von 80°C bis 230°C für spezielle Hochtemperaturtypen wie VH (sehr hoch) und AH (zusätzlich hoch)h). Wenn diese Grenzen überschritten werden, kann der Magnetismus unwiderruflich verloren gehen.

Was passiert mit Magneten bei hohen Temperaturen?

Wenn Magnete hohen Temperaturen ausgesetzt werden, gibt es zwei mögliche Auswirkungen.

Reversibler Verlust:

Wenn der Erhitzungsprozess unter der maximalen Betriebstemperatur bleibt, kehrt sich die Magnetisierung um. Dies zeigt, dass das Material bei Erwärmung immer noch weniger magnetisch ist. Die Domänen verlieren einen Teil ihrer Ausrichtung als Folge der thermischen Bewegung, die durch die steigende Temperatur verursacht wird.

Ein Magnet kann nach dem Abkühlen seine Stärke wiedererlangen. Wenn die Temperatur des Blechs unter einer bestimmten Schwelle bleibt, die auch als Curie-Temperatur oder Curie-Punkt bezeichnet wird.

Der Magnet kann kurzzeitig schwächer werden, wenn er mäßiger Hitze ausgesetzt wird. Wir nennen dieses Phänomen reversible Schäden.

Unumkehrbarer Verlust (und dauerhafter Verlust)

Wenn ein Magnet Temperaturen ausgesetzt wird, die über seiner maximalen Betriebstemperatur und unter seiner Curie-Temperatur liegen, kommt es zu einem irreversiblen Verlust des Magnetismus.

Dies bedeutet, dass:

● Bei Kälte wird die Leistung schlechter.

Wie heiß ist zu heiß für Neodym-Magnete?

Die stärksten Dauermagnete auf dem Markt sind Neodym-Magnete (NDFEB). Sie sind also auch temperaturabhängig. Standardsorten wie N35 oder N52 verlieren in der Regel bei 80°C (176°F) ihren Magnetismus.

Wenn die Temperatur den Grenzwert überschreitet, verschlechtert sich der Wirkungsgrad des Magneten schnell und erholt sich möglicherweise nicht mehr vollständig, wenn er abkühlt.

Ein Magnet unterliegt einer ständigen Veränderung, wenn er seine Curie-Temperatur erreicht. Dies ist der Punkt, an dem er, je nach Materialzusammensetzung, alle magnetischen Eigenschaften verliert. Bei Neodym-Magneten liegt dieser Punkt in der Regel zwischen 310°C und 400°C (590°F und 752°F).

Die maximale Betriebstemperatur hängt von der Form (Permeationskoeffizient) ab.

Die Form und das Design eines Magneten beeinflussen, wie viel Wärme er aushalten kann. Der Begriff “Permeanzkoeffizient” (Pc) bezieht sich auf diese Komponente.

Sein Magnetfeld ist stabiler, daher hat ein Magnet einen höheren Permanenzkoeffizienten. Zum Beispiel kann ein dickerer Zylinder seinen Magnetismus bei Erwärmung besser beibehalten.

Andererseits ist es bei höheren Temperaturen wahrscheinlicher, dass dünnere oder kleinere Magnete mit niedrigeren PCO-Werten entmagnetisiert werden.

Hochtemperatursorten (z. B. N42SH, N35AH)

Es wurden spezielle Hochtemperatur-Neodym-Magnetsorten entwickelt, um das Problem der Wärmeempfindlichkeit zu lösen.

Durch die Verwendung modifizierter Legierungen und Mörtel können diese Sorten auch unter rauen Bedingungen ihre starken magnetischen Eigenschaften beibehalten:

• Die Betriebstemperatur des N42SH ist 150°C (902°F) heiß.
• Temperaturen bis zu 200°C (392°F) kann von der N35EH.
• 230°C kann Temperaturen von bis zu 35AH (446°F).

Diese Hochtemperatursorten sind zwar magnetisch nicht so stark wie normale Sorten, eignen sich aber ideal für anspruchsvolle Anwendungen wie Elektromotoren und Kfz-Sensoren, da sie ihren Magnetismus auch bei Erwärmung beibehalten können.

Es ist möglich, den Magnetismus in seiner ursprünglichen Stärke wiederherzustellen, aber es ist nicht wirtschaftlich. Ein irreversibler Verlust tritt nur einmal auf.

Schlussfolgerung

Magnete sind stark temperaturabhängig; oberhalb des Curie-Punktes verlieren Dauermagnete wie Eisen oder Neodym ihre gesamte Magnetkraft. Ihre Feldstärke nimmt mit sinkender Temperatur zu.

Aufgrund ihrer geringeren elektrischen Stärke verlieren Elektromagnete bei Überhitzung schließlich ihre Stärke. Supraleitende Elektromagnete werden daher durch Kühlung auf sehr hohe Temperaturen verbessert.

Felder.

Die Temperatur muss sorgfältig kontrolliert werden. Der Magnetismus bleibt erhalten, wenn der Dauermagnet von extremer Hitze ferngehalten wird. Starke Magnetfelder werden durch die Kühlung von Elektromagneten ermöglicht.

Durch die Nutzung von Wärme und Grenzen können neue magnetische Anwendungen in Wissenschaft, Technik und Medizin erschlossen werden.

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