온도가 자석의 강도에 미치는 영향

온도는 자석의 내부 자기 영역의 정렬을 변화시켜 자석의 강도에 영향을 미칩니다. 강도는 저온에서 증가하고 고온에서 감소합니다. 가열되면 자석의 원자가 더 많이 움직이기 때문에 자기장이 약해지고 자기 영역이 잘못 정렬됩니다.

그러나 이러한 영역의 정렬을 안정화함으로써 자석을 냉각하면 자력의 강도를 높일 수 있습니다. 퀴리 온도의 정의, 열이 자력을 변화시키는 방법, 가장 낮은 온도에서 일어나는 일은 모두 온도가 자석에 미치는 영향 섹션에서 다룰 것입니다.

퀴리 온도는 얼마인가요?

퀴리 온도(Tc)는 자성 물질이 모든 자성을 잃는 지점을 말합니다.

 퀴리 온도는 자기 모멘트의 정렬이 파괴될 수 있는 최대 온도를 설정하는 것으로, 자성과 온도 사이의 관계를 측정하는 척도입니다. 물리학자 피에르 퀴리가 이 온도의 이름을 붙인 것으로 알려져 있습니다.

예를 들어,

• 네오디뮴 자석의 온도는 섭씨 310도 정도입니다.
• 튀긴 자석의 온도는 약 450°C입니다.
• 사마륨 코발트 자석, 약 750°C
• 알니코 자석의 경우 ~880°C

자석은 퀴리점에 도달하면 그 특성을 잃게 되며, 자석을 식힌다고 해서 다시 강해지지는 않습니다.

추위는 자석에 어떤 영향을 미치나요?

일반적으로 온도가 낮아지면 원자 움직임이 느려져 정렬을 회복하는 데 도움이 되기 때문에 자기 강도가 높아집니다. 그러나 자석은 일반적으로 네오디뮴과 같은 재료로 만들어진 경우 극한의 온도에서 부서지기 쉽습니다.

 초전도 자석은 실험실에서 극저온으로 유지되는 경우가 많습니다. 실제로 대부분의 자석은 더 낮은 온도에서 약간 더 강하고 안정적이며, 온도가 섭씨 125도 이하로 떨어지면 자력이 서서히 감소합니다.

온도가 섭씨 196도까지 떨어지면 자기 강도는 85~90%까지 증가합니다.

열은 자석에 어떤 영향을 미치나요?

결합된 원자의 작은 부분인 자기 영역은 열 에너지로 인해 온도가 상승하면 정렬이 어긋납니다. 그 결과 자기 세기가 점차 감소합니다. 자석은 온도가 너무 많이 올라가도 자성을 거의 잃지 않습니다.

이 과정은 열이 얼음을 녹이는 것과 비슷합니다. 특정 지점에 도달하면 변화를 되돌리기가 어렵습니다. 열은 왁스 분자를 더 빠르고 더 많은 운동 에너지로 움직이게 하여 더 규칙적으로 만듭니다.

온도가 높아지면 분자의 끝이 서로 반대 전하를 띠고 더 이상 서로 마주보지 않을 때까지 정렬이 흐트러지기 시작합니다. 자석에 공급되는 열이 최대 작동 온도 이하로 유지되면 냉각 후 원래의 기능을 다시 시작할 수 있습니다.

자석 재질에 따라 온도에 다르게 반응하는 자석

자석은 온도와 압력에 따라 서로 다른 거동을 보입니다. 물질의 내부 결정 구조와 구성에 따라 반응 방식이 결정됩니다. 가장 일반적으로 사용되는 자성 물질의 온도 변화에 대한 반응을 살펴봅니다.

Alnico

많은 소비자 및 산업용 장비가 알니코 영구 자석에 의존하고 있습니다. 알니코 자석은 소 자석, 트래블링 웨이브 튜브, 전기 모터, 일렉트릭 기타 픽업, 마이크, 센서, 스피커 등 다양한 장치에 사용됩니다.

하지만 희토류 자석은 높은 BHmax와 강한 자기장(Br)을 생성할 수 있어 물체의 소형화가 가능하기 때문에 현재 많은 물체에 사용되고 있습니다.

SmCo

사마륨 코발트 자석의 잘 알려진 특징은 뛰어난 열 안정성입니다. 최대 350°C의 온도에서도 크게 약화되지 않습니다.

NdFeB

시중에 나와 있는 영구 자석 중 가장 강력한 자석은 네오디뮴 자석입니다. 하지만 온도에 가장 민감합니다. 고급 유형(예 N42SH 또는 N52VH) 는 최대 230°C까지 작동할 수 있지만 80°C 이상에서는 전력이 손실됩니다.

한계를 넘어서는 비가역적인 자화 현상을 겪기 때문에 극도로 더운 환경에는 적합하지 않습니다.

페라이트

페라이트 자석은 저렴하고 일반적으로 사용됩니다. 산화철과 바륨 또는 스트론튬으로 구성됩니다. 자성은 영하의 온도에서 약간 감소합니다.

하지만 최대 250°C까지 잘 작동합니다. 그럼에도 불구하고 비용과 신뢰성 사이에서 타협점을 제공하기 때문에 라우드 스피커나 냉장고 자석과 같은 애플리케이션에 선호됩니다.

~0.11%당 손실 °C (최대 작동 온도 이하에서 가역적)

작동 온도가 최대 온도보다 낮을 때 자석은 일반적으로 섭씨 1도당 약 0.11%의 강도를 잃습니다. 다행히도 이러한 손상은 되돌릴 수 있으므로 자석이 식으면 원래의 강도로 돌아갑니다.

 그러나 온도가 정격 범위를 초과하면 일부 손상은 되돌릴 수 없습니다. 돌이킬 수 없는 자화를 방지하려면 애플리케이션에 적합한 자석 등급을 선택하는 것이 중요합니다.

등급별 온도 등급(예: 최대 ~230°C의 VH/AH)

각 자석은 등급과 재료 구성에 따라 특정 온도 등급이 있습니다. 예를 들어 네오디뮴 자석(NdFeB)은 N95, N42, N35 및 이와 유사한 등급으로 나뉩니다.

각 등급마다 최대 작동 온도 범위가 있습니다. 일반적으로 다음과 같은 특수 고온 유형의 경우 80°C~230°C 범위입니다. VH(매우 높음) 및 AH(추가로 높음)h). 이 한계를 초과하면 자성이 돌이킬 수 없을 정도로 손실될 수 있습니다.

고온에서 자석은 어떻게 되나요?

자석이 고온에 노출되면 두 가지 영향이 발생할 수 있습니다.

가역적 손실:

가열 공정이 최대 작동 온도 이하로 유지되면 자화가 역전됩니다. 이는 가열 시 재료의 자성이 여전히 낮다는 것을 보여줍니다. 온도 상승으로 인한 열 교반으로 인해 도메인의 정렬이 일부 손실됩니다.

자석은 냉각 후 다시 강도를 회복할 수 있습니다. 시트 온도가 특정 임계값(퀴리 온도 또는 퀴리점이라고도 함) 이하로 유지되는 경우입니다.

자석은 적당한 열에 노출되면 순간적으로 약해질 수 있습니다. 우리는 이 현상을 가역적 손상이라고 부릅니다.

되돌릴 수 없는 손실(및 영구 손실)

자석이 최대 작동 온도보다 높거나 퀴리 온도보다 낮은 온도에 노출되면 돌이킬 수 없는 자성 손실이 발생합니다.

이는 곧

● 추울 때 성능이 저하됩니다.

네오디뮴 자석에 너무 뜨거운 온도는 어느 정도인가요?

시중에 나와 있는 영구 자석 중 가장 강력한 자석은 네오디뮴 자석(NDFEB)입니다. 따라서 온도에도 민감합니다. N35 또는 N52와 같은 표준 등급은 일반적으로 80°C(176°F)에서 자성을 잃기 시작합니다.

온도가 한계를 초과하면 자석의 효율이 급격히 저하되어 냉각 시 완전히 회복되지 않을 수 있습니다.

자석은 퀴리 온도에 도달하면 일정한 변화를 겪습니다. 이 온도는 재료 구성에 따라 모든 자기 특성을 잃는 지점입니다. 이 지점은 일반적으로 네오디뮴 자석의 경우 310°C에서 400°C(590°F에서 752°F) 사이에 해당합니다.

최대 작동 온도는 모양(투과율 계수)에 따라 다릅니다.

자석의 모양과 디자인은 자석이 견딜 수 있는 열의 양에 영향을 미칩니다. “투과율 계수(Pc)”라는 용어는 이 구성 요소를 나타냅니다.

자기장이 더 안정적이므로 영구 계수가 더 높은 자석이 됩니다. 예를 들어, 두꺼운 실린더는 가열할 때 자성을 더 잘 유지할 수 있습니다.

반면, 온도가 높을수록 PCO 값이 낮은 더 얇거나 작은 자석은 자성을 잃을 가능성이 높습니다.

고온 등급(예: N42SH, N35AH)

열 민감성 문제를 해결하기 위해 특수 고온 네오디뮴 자석 등급이 개발되었습니다.

이러한 등급은 열악한 조건에서도 변형된 합금과 모르타르를 사용하여 강력한 자기 특성을 유지할 수 있습니다:

• 의 작동 온도는 N42SH는 150°C(902°F)입니다.
• 최대 온도 200°C(392°F) 에 의해 처리될 수 있습니다. N35EH.
• 230°C 까지의 온도를 견딜 수 있습니다. 35AH(446°F).

이러한 고온 등급은 일반 등급만큼 자성이 강하지는 않지만 가열해도 자성을 유지할 수 있기 때문에 전기 모터 및 자동차 센서와 같은 까다로운 애플리케이션에 이상적입니다.

자성을 원래의 강도로 복원하는 것은 가능하지만 경제적이지는 않습니다. 돌이킬 수 없는 손실은 한 번만 발생합니다.

결론

자석은 온도에 큰 영향을 받는데, 퀴리점 이상에서는 철이나 네오디뮴과 같은 영구 자석의 자력이 모두 사라집니다. 온도가 낮을수록 자기장의 세기가 증가합니다.

전자석은 전기적 강도가 감소하기 때문에 과열되면 결국 그 힘을 잃게 됩니다. 따라서 초전도 전자석은 매우 높은 온도로 냉각하여 강도를 향상시킵니다.

필드.

온도를 주의 깊게 관리해야 합니다. 영구 자석은 극심한 열로부터 멀리 떨어져 있어야 자성이 유지됩니다. 강한 자기장은 냉각 전자석을 통해 가능합니다.

열과 경계를 이용하면 과학, 공학, 의학 분야에서 새로운 자기 응용 분야를 개척할 수 있습니다.

자주 묻는 질문