MAGNETI PERMANENTI
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Introduzione alla teoria dei magneti permanenti: la polarizzazione o magnetizzazione intrinseca.
La
caratteristica di un magnete permanente di creare un campo magnetico intorno a
se, senza l’intervento di un avvolgimento di corrente elettrica, è dovuta
alla sua strutture a livello atomico dove i momenti magnetici degli elettroni
dei singoli atomi interagiscono e si compongono in modo di creare, in
microscopiche regioni del materiale, una magnetizzazione uniforme spontanea, o
polarizzazione. Queste regioni, chiamate domini di Weiss, sono separate
fra loro dalle pareti di Bloch. La loro dimensione, forma e
orientamento della loro polarizzazione dipendono dalla struttura del materiale
a livello cristallino (reticolo, difetti) e dalle condizioni esterne
(temperatura, campi elettromagnetici).
Nei
magneti permanenti la polarizzazione dei domini di Weiss ha una forte
predilezione a mantenersi orientata secondo una o più direzioni privilegiate
del reticolo cristallino. Questi domini agiscono all’interno del materiale
come minuscoli magneti permanenti: nello stato di smagnetizzazione del magnete
che segue per esempio l’agitazione di un riscaldamento ad alta temperatura,
le polarizzazioni dei singoli domini sono orientate a caso, disordinatamente;
sotto l’effetto di un campo magnetico esterno le polarizzazioni si orientano
e, alla saturazione, si dispongono parallelamente e nello stesso senso del
campo magnetico applicato. Se si annulla il campo esterno, le polarizzazioni
dei domini di Weiss tornano nella direzione e nel verso prediletto più vicino
a quello del campo applicato alla saturazione, dando origine ad una
distribuzione di frequenza con un massimo nella direzione e verso il campo di
saturazione ed un minimo prossimo a zero, nel verso opposto.
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Glossario dei termini magnetici
Ampere
spira. Unità di forza
magnetomotrice. E’ il prodotto tra il numero di spire di una bobina e gli
Ampere passanti attraverso la bobina.
Magnete
anisotropo. Materiale con
orientamento preferenziale su un asse piuttosto che su un altro asse.
Sistema
CGS. Sistema di misura in cui il
centimetro, grammo e il secondo, sono unità di misura fondamentali.
Forza
coercitiva Hc. La forza di
smagnetizzazione corrispondente al valore uguale a zero dell’induzione
magnetica in un materiale magnetico dopo la saturazione.
Forza
coercitiva intrinseca JHC. Forza di
smagnetizzazione in Oersted corrispondente ad una induzione intrinseca zero in
un materiale magnetico dopo saturazione. E’ una misura di resistenza alla
smagnetizzazione.
Smagnetizzazione.
La riduzione parziale o completa della induzione.
Curva
di smagnetizzazione. Quella
porzione del ciclo di isteresi normale, situata nel secondo quadrante, che
mostra l’induzione di un materiale magnetico in relazione alla forza di
magnetizzazione.
Rapporto
dimensionale L/D. E’ il rapporto
tra la lunghezza di un magnete, nella direzione di magnetizzazione, e il suo
diametro; è anche il rapporto tra la lunghezza di un magnete e il diametro di
un cerchio che ha ha area uguale all’area della sezione trasversale del
magnete.
Curva
di densità energia. E’ la
rappresentazione grafica dell’energia esterna prodotta da un magnete ed è
il prodotto della densità di flusso e la forza di smagnetizzazione. Il valore
massimo raggiunto da questo prodotto è conosciuto come (Bd Hd) max.
Ferromagnetico.
Materiale che dà generalmente fenomeni d’isteresi e la cui permeabilità
dipende dalla forza magnetizzante.
Flusso
magnetico Ø . E’ la
manifestazione fisica di una certa codizione che si verifica in un materiale
sottoposto a magnetizzazione. La quantità è caratterizzata dal fatto che una
forza elettromotrice è indotta in un conduttore sottoposto ad un flusso per
un certo tempo in cui il flusso stesso varia. L’unità di misura espressa
nel sistema CGS è il MAXWELL.
Densità
di flusso. Il numero di linee o
Maxwell per unità d’area in una sezione normale alla direzione del flusso.
Traferro.
Quella porzione di circuito magnetico che non contiene materiale
ferromagnetico, es: aria, bachelite, gomma etc.
Gauss.
Unità di densità di flusso Gauss= Flusso totale in Maxwell ÷ Area in cm².
Gilbert.
Unità di forza magnetomotrice espressa nel sistema CGS. 1 Gilbert = 0,4
Isteresi magnetica. Proprietà di un materiale magnetico per la quale l'induzione magnetica, per una stabilità di forza magnetizzante, dipende dalle condizioni di magnetizzazione.
Ciclo di isteresi. E' la rappresentazione grafica della relazione tra la forza magnetizzante e la risultante magnetizzazione indotta di un materiale ferromagnetico quando la forza magnetizzante in un ciclo completo raggiunge valori uguali e opposti.
Induzione intrinseca Br. L'accesso dell'induzione in un materiale magnetico sull'induzione in vuoto, per un dato valore della forza magnetizzante. L'espressione analitica è: Bi = B - µH.
Induzione magnetica B. Il flusso magnetico per unità di area misurato in una sezione normale alla direzione del flusso. L'unità di misura per la densità di flusso nel sistema CGS è il Gauss.
Magnete isotropo. Materiale avente le stesse caratteristiche magnetiche lungo qualsiasi asse o direzione.
Dispersione di flusso. Porzione di campo magnetico che non è utile.
Fattore di dispersione T. Rapporto tra il flusso totale prodotto in una sezione neutra del magnete e il flusso utile.
Linea di flusso. Termine usato per indicare il Maxwell.
Forza di magnetizzazione M. La forza magnetomotrice per unità di lunghezza in un dato punto di un circuito magnetico. Nel sistema CGS la sua unità è chiamata Oersted e definita nella equazione: Forza di magnetizzazione = Forza di magnetomotrice di Gilbert ÷ Lunghezza in centimetri.
Maxwell. Unità di flusso magnetico nel sistema CGS.
Oersted. Unità di forza magnetizzante nel sistema CGS.
Permeabilità µ. Rapporto tra l'induzione magnetica in un dato mezzo e l'induzione che potrebbe essere prodotta in vuoto con la medesima forza di magnetizzazione. Nel sistema CGS la permeabilità è data dall'equazione: Permeabilità= Induzione magnetica in Gauss
Permeanza P. Rapporto tra il flusso attraverso una sezione trasversale di una porzione tubolare di un circuito magnetico delimitata dalle linee di forza e da due superfici equipotenziali e la differenza di potenziale magnetico tra le superfici contenute nella porzione considerata.. La definizione nel sistema CGS è: Flusso magnetico in Maxwell ÷ Forza magnetomotrice in Gilbert.
Coefficiente di Permeanza Pc. Rapporto tra l'induzione magnetica Bd e la sua forza smagnetizzante Hd. Pc=Bd/Hd.
Riluttanza R. Reciproco della permeanza.
Fattore di riluttanza rf. Rapporto tra la forza magnetomotrice prodotta dal magnete e la forza magnetomotrice nel traferro.
Rimanenza Bd. Induzione magnetica che rimane in un circuito magnetico dopo la rimozione di una forza magnetomotrice applicata. Se c'è traferro nel circuito magnetico la rimanenza sarà più bassa dell'induzione residua.
Induzione residua Br. Induzione magnetica corrispondente al valore zero della forza di magnetizzazione in un materiale magnetico dopo saturazione in un circuito chiuso ( senza traferro).
Saturazione. Condizione in cui tutti i momenti magnetici elementari sono orientati nella medesima direzione. Un materiale magnetico è nello stato di saturazione quando a un qualsiasi incremento della forza magnetizzante applicato, non corrisponde alcun incremento di induzione intrinseca.
Sistema S.I..Sistema internazionale per unità di misura in cui metro, chilogrammo, secondo e ampere sono le unità fondamentali (MKSA).
Stabilizzazione. Processo per cui un magnete sottoposto a condizioni diverse di temperatura o a campi smagnetizzanti può essere portato in condizioni di produrre un campo magnetico stabile.
Forza di attrazione. La forza che il magnete permanente esercita su oggetti ferromagnetici.
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MAGNETI ALNI - ALNICO - MAXALCO C.O
Si tratta di leghe Fe, Al, Ni per la lega ALNI e Fe, Al, Ni, Co per la lega ALNICO e MAXALCO C.O. ed altri elementi in piccole percentuali. Si ottengono per fusione in forni a media frequenza e quindi colate in forme di sabbia agglomerata a caldo. Le caratteristiche magnetiche finali si ottengono dopo particolari trattamenti termici in presenza, nel caso dei tipi ANISOTROPI, di forti campi magnetici. L'effetto di questi campi è di orientare la fase magnetica nella direzione della linea di flusso del campo, esaltando le caratteristiche magnetiche in quella direzione che dovrà corrispondere a quella della magnetizzazione finale. I magneti per i quali non tutte le direzioni di magnetizzazione sono possibili si dicono appunto ANISOTROPI od ORIENTATI. I magneti ALNI e ALNICO hanno una rimanenza (Br) ed un prodotto di energia elevato, unitamente ad un basso coefficiente di temperatura che li rende particolarmente adatti ad applicazioni in apparecchiature di alta precisione e prestazione. L'ALNICO V è la lega più diffusa e utilizzata nel campo audio di alto livello, è della classificazione ISOTROPO e i suoi cristalli non sono orientati. Il MAXALCO C.O. è essenzialmente un ALNICO V ma a cristalli orientati (ANISOTROPO). All'anisotropia del trattamento termomagnetico, unisce una struttura cristallina orientata che permette di ottenere i più alti valori di rimanenza e di prodotto d'energia.
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MAGNETI in FERRITE
Questo materiale ceramico a base di ossidi di Ba, Sr e Fe della stessa natura delle antiche pietre "calamite" e del minerale "magnetite", è stato inventato negli anni 50. E' utilizzato per la produzione di massa di magneti permanenti a basso costo. La produzione avviene mediante calcinazione delle materie prime per ottenere il composto magnetico che viene prima macinato e pressato, con o senza orientamento, mediante appositi stampi multipli, quindi sinterizzato in forno, per ottenere la massima densità e resistenza, infine rettificato, con tolleranze strette, sulle superfici polari. Presenta una elevata coercitività quindi un'elevata resistenza alla smagnetizzazione ed una resistenza elettrica altissima.
FERROXDURE I (ISOTROPO) - (ISOTROPIC)
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FERROXDURE II (ANISOTROPO) - (ANISOTROPIC)
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FERROXDURE III (ANISOTROPO) - (ANISOTROPIC)
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MAGNETI IN SAMARIO - COBALTO
I magneti permanenti in Samario-Cobalto sono ottenuti mediante sinterizzazione in atmosfera controllata di polveri ottenute dalla frantumazione di una lega fusa Samario-Cobalto. L'uso del Samario, terra rara, conferisce al magnete elevato prodotto specifico di energia (BHmax), una buona rimanenza (Br) ed un'ottima resistenza alla smagnetizzazione (JHc); Il Cobalto garantisce la stabilità delle caratteristiche nel tempo. Nonostante la resistenza alla temperatura non sia elevatissima, le caratteristiche magnetiche ne consentono l'utilizzo, in condizioni normali, specialmente dove è necessario contenere le dimensioni.
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Simboli e unità di misura
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