Modificando l'allineamento dei domini magnetici interni di un magnete, la temperatura ne influenza la forza. La forza aumenta a basse temperature e diminuisce ad alte temperature. Il campo magnetico si indebolisce e i domini magnetici si disallineano a causa del maggiore movimento degli atomi del magnete quando viene riscaldato.

Tuttavia, stabilizzando l'allineamento di questi domini, il raffreddamento del magnete può aumentarne la forza. La definizione di temperatura di Curie, il modo in cui il calore può modificare la forza magnetica e ciò che accade alla temperatura più bassa saranno trattati nella sezione dedicata agli effetti della temperatura sui magneti.

Qual è la temperatura di Curie?

La temperatura di Curie (Tc) è il punto in cui una sostanza magnetica perde tutte le sue proprietà magnetiche.

 La temperatura di Curie, che stabilisce la temperatura massima alla quale l'allineamento dei momenti magnetici può essere interrotto, è una misura della relazione tra magnetismo e temperatura. Il nome di questa temperatura è stato attribuito al fisico Pierre Curie.

Ad esempio,

• Un magnete al neodimio ha una temperatura di circa 310 gradi.
• Un magnete fritto si trova a circa 450°C.
• Magnete in cobalto di samario, circa 750°C
• ~880°C per i magneti Alnico

Un magnete perde le sue proprietà quando raggiunge il punto di Curie e il raffreddamento non lo rende di nuovo forte.

Che effetto ha il freddo sui magneti?

In generale, le temperature più basse aumentano la forza magnetica perché rallentano il movimento degli atomi, favorendo il ripristino dell'allineamento. Tuttavia, i magneti possono diventare fragili a temperature estreme, in genere quando sono realizzati con materiali come il neodimio.

 I magneti superconduttori sono spesso mantenuti a temperature criogeniche nei laboratori. In realtà, la maggior parte dei magneti è leggermente più forte e più stabile a temperature più basse; la forza magnetica diminuisce gradualmente se la temperatura scende sotto i 125 gradi Celsius.

Quando la temperatura scende a 196 gradi Celsius, la forza magnetica aumenta all'85-90%.

Che effetto ha il calore sui magneti?

I domini magnetici, che sono piccole sezioni di atomi legati, si disallineano quando la temperatura aumenta a causa dell'energia termica. Di conseguenza, la forza magnetica diminuisce gradualmente. È difficile che i magneti perdano le loro proprietà magnetiche se la temperatura aumenta troppo.

Il processo è un po' come il calore scioglie il ghiaccio. Una volta raggiunto un certo punto, è difficile invertire il cambiamento. Il calore fa sì che le molecole della cera si muovano più velocemente e con maggiore energia cinetica, rendendole più regolari.

All'aumentare della temperatura, queste molecole iniziano a disallinearsi fino a quando le loro estremità hanno cariche opposte e non sono più rivolte l'una verso l'altra in una disposizione a gabbia. Un magnete può riprendere la sua funzione originale dopo il raffreddamento se il calore fornito rimane al di sotto della sua temperatura massima di funzionamento.

I diversi materiali dei magneti reagiscono in modo diverso alla temperatura

Magneti diversi hanno un comportamento diverso a temperature e pressioni diverse. La struttura cristallina interna e la composizione delle sostanze determinano la loro reazione. Esaminiamo la risposta dei materiali magnetici più comunemente utilizzati alle variazioni di temperatura.

Alnico

Molte apparecchiature industriali e di consumo dipendono dai magneti permanenti Alnico. I magneti in Alnico sono utilizzati, tra gli altri dispositivi, nei magneti per mucche, nei tubi a onde convogliate, nei motori elettrici, nei pickup delle chitarre elettriche, nei microfoni, nei sensori e negli altoparlanti.

Tuttavia, i magneti di terre rare sono attualmente utilizzati in molti oggetti perché possono produrre un elevato BHmax e un forte campo magnetico (Br), che consente la miniaturizzazione dell'oggetto.

SmCo

Una caratteristica ben nota dei magneti al samario cobalto è la loro eccezionale stabilità al calore. Anche a temperature fino a 350°C, non si indeboliscono in modo significativo.

NdFeB

I magneti permanenti più forti sul mercato sono quelli al neodimio. Anche se sono più sensibili alla temperatura. I tipi avanzati (come N42SH o N52VH) può funzionare fino a 230°C, ma i gradi perdono potenza al di sopra degli 80°C.

Non sono adatti a condizioni estremamente calde, poiché subiscono una smagnetizzazione irreversibile oltre i loro limiti.

Ferrite

I magneti di ferrite sono poco costosi e comunemente utilizzati. Sono costituiti da ossido di ferro e bario o stronzio. Il loro magnetismo si riduce leggermente al di sotto delle temperature di congelamento.

Tuttavia, funzionano bene fino a 250°C. Tuttavia, poiché offrono un compromesso tra costo e affidabilità, sono preferiti per applicazioni quali altoparlanti e magneti per frigoriferi.

~0,11% Perdita per °C (reversibile al di sotto della temperatura massima di funzionamento)

Quando la temperatura di esercizio è inferiore al massimo, i magneti perdono in genere circa 0,11% della loro forza per ogni grado Celsius. Fortunatamente, questo danno è reversibile, quindi il magnete torna alla sua forza originale quando si raffredda.

 Tuttavia, parte del danno è irreversibile se la temperatura supera l'intervallo nominale. La scelta del tipo di magnete adatto all'applicazione è fondamentale per evitare la smagnetizzazione irreversibile.

Temperatura nominale per grado (ad esempio, VH/AH fino a ~230°C)

Ogni magnete ha una temperatura specifica, a seconda del grado e della composizione del materiale. I magneti al neodimio (NdFeB), ad esempio, sono classificati in N95, N42, N35 e gradi simili.

Ogni grado ha un intervallo di temperatura massima di funzionamento. Generalmente va da 80°C a 230°C per i tipi speciali ad alta temperatura, come ad esempio VH (Very High) e AH (Additionally High). Se questi limiti vengono superati, il magnetismo può essere perso in modo irreversibile.

Cosa succede ai magneti alle alte temperature?

Quando i magneti sono esposti a temperature elevate, si possono verificare due effetti.

Perdita reversibile:

Quando il processo di riscaldamento rimane al di sotto della temperatura operativa massima, la magnetizzazione si inverte. Ciò dimostra che il materiale è ancora meno magnetico quando viene riscaldato. I domini perdono parte del loro allineamento a causa dell'agitazione termica provocata dall'aumento della temperatura.

Un magnete può riacquistare la sua forza dopo il raffreddamento. Se la temperatura della lastra rimane al di sotto di una certa soglia, nota anche come temperatura di Curie o punto di Curie.

Il magnete può indebolirsi momentaneamente se esposto a un calore moderato. Questo fenomeno viene definito danno reversibile.

Perdita irreversibile (e perdita permanente)

Quando un magnete è esposto a temperature superiori alla sua temperatura massima di funzionamento e inferiori alla sua temperatura di Curie, si verifica una perdita irreversibile di magnetismo.

Ciò significa che:

Le prestazioni sono peggiori a freddo.

Quanto caldo è troppo caldo per i magneti al neodimio?

I magneti permanenti più forti sul mercato sono quelli al neodimio (NDFEB). Sono quindi sensibili anche alla temperatura. I gradi standard come N35 o N52 iniziano a perdere il loro magnetismo a 80°C (176°F).

Quando la temperatura supera il limite, l'efficienza del magnete si deteriora rapidamente e potrebbe non recuperare completamente quando si raffredda.

Un magnete subisce un cambiamento costante quando raggiunge la sua temperatura di Curie. È il punto in cui perde tutte le proprietà magnetiche, a seconda della composizione del materiale. Questo punto è solitamente compreso tra 310°C e 400°C (590°F e 752°F) per i magneti al neodimio.

La temperatura massima di esercizio dipende dalla forma (coefficiente di permeabilità).

La forma e il design di un magnete influenzano la quantità di calore che può sopportare. Il termine “coefficiente di permeanza” (Pc) si riferisce a questo componente.

Il suo campo magnetico è più stabile, quindi un magnete con un coefficiente di permanenza più elevato. Ad esempio, un cilindro più spesso può conservare meglio il suo magnetismo quando viene riscaldato.

D'altra parte, a temperature più elevate, i magneti più sottili o più piccoli con valori di PCO più bassi hanno maggiori probabilità di smagnetizzarsi.

Gradi per alte temperature (ad esempio, N42SH, N35AH)

Per risolvere i problemi di sensibilità al calore sono stati sviluppati speciali magneti al neodimio per alte temperature.

Anche in condizioni difficili, questi gradi possono mantenere le loro forti proprietà magnetiche grazie all'impiego di leghe e malte modificate:

• La temperatura di esercizio del N42SH è 150°C (902°F).
• Temperature fino a 200°C (392°F) possono essere gestiti dalla funzione N35EH.
• 230°C può resistere a temperature fino a 35AH (446°F).

Sebbene questi gradi ad alta temperatura non abbiano la stessa forza magnetica dei gradi normali, sono ideali per le applicazioni più esigenti, come i motori elettrici e i sensori automobilistici, perché possono mantenere il loro magnetismo quando vengono riscaldati.

È possibile ripristinare il magnetismo alla sua forza originale, ma non è economico. Una perdita irreversibile avviene una sola volta.

Conclusione

I magneti sono fortemente influenzati dalla temperatura; al di sopra del punto di Curie, i magneti permanenti come il ferro o il neodimio perdono tutta la loro forza magnetica. La loro forza di campo aumenta con la diminuzione della temperatura.

A causa della loro ridotta forza elettrica, gli elettromagneti finiscono per perdere la loro forza con il surriscaldamento. Gli elettromagneti superconduttori sono quindi potenziati dal raffreddamento a temperature molto elevate.

campi.

La temperatura deve essere gestita con attenzione. Il magnetismo si mantiene mantenendo il magnete permanente lontano da fonti di calore estreme. I forti campi magnetici sono resi possibili dal raffreddamento degli elettromagneti.

L'uso del calore e dei confini può aprire nuove applicazioni magnetiche in campo scientifico, ingegneristico e medico.

Domande frequenti