Alle Arten von Materialien und Substanzen besitzen eine gewisse Art von magnetischen Eigenschaften, die weiter unten in diesem Artikel aufgelistet sind. Normalerweise wird der Begriff „magnetische Materialien“ nur für ferromagnetische Materialien (siehe Beschreibung unten) verwendet, jedoch können Materialien anhand der magnetischen Eigenschaften, die sie zeigen, in folgende Kategorien eingeteilt werden. Die zwei häufigsten Arten des Magnetismus sind Diamagnetismus und Paramagnetismus, die den größten Teil des Periodensystems bei Raumtemperatur ausmachen. Diese Elemente werden üblicherweise als nicht-magnetisch bezeichnet, während diejenigen, die als magnetisch bezeichnet werden, tatsächlich als ferromagnetisch klassifiziert sind. Die einzige andere Art des Magnetismus, die bei reinen Elementen bei Raumtemperatur beobachtet wird, ist Antiferromagnetismus. Schließlich können magnetische Materialien auch als ferrimagnetisch klassifiziert werden, obwohl dies bei reinen Elementen nicht beobachtet wird, sondern nur in Verbindungen, wie den Mischoxidverbindungen, die als Ferrite bekannt sind, woraus der Ferrimagnetismus seinen Namen ableitet. Der Wert der magnetischen Suszeptibilität fällt für jeden Materialtyp in einen bestimmten Bereich.

Die Materialien, die nicht stark von einem Magneten angezogen werden, sind als paramagnetische Materialien bekannt. Zum Beispiel: Aluminium, Zinn, Magnesium usw. Ihre relative Permeabilität ist klein, aber positiv. Zum Beispiel beträgt die Permeabilität von Aluminium: 1,00000065. Solche Materialien werden nur magnetisiert, wenn sie einem super starken Magnetfeld ausgesetzt sind, und reagieren in Richtung des Magnetfeldes.

Paramagnetische Materialien haben einzelne atomare Dipole, die zufällig ausgerichtet sind, wie unten gezeigt:

Die resultierende magnetische Kraft ist daher null. Wenn ein starkes externes Magnetfeld angelegt wird, orientieren sich die permanenten magnetischen Dipole parallel zum angelegten Magnetfeld und führen zu einer positiven Magnetisierung. Da die Orientierung der Dipole parallel zum angelegten Magnetfeld nicht vollständig ist, ist die Magnetisierung sehr gering.

Die Materialien, die von einem Magnet abgestoßen werden, wie Zink, Quecksilber, Blei, Schwefel, Kupfer, Silber, Bismut, Holz usw., werden als diamagnetische Materialien bezeichnet. Ihre Permeabilität ist etwas weniger als eins. Zum Beispiel beträgt die relative Permeabilität von Bismut 0,00083, Kupfer 0,000005 und Holz 0,9999995. Sie werden leicht magnetisiert, wenn sie in einem sehr starken Magnetfeld platziert werden, und wirken in die entgegengesetzte Richtung des angelegten Magnetfeldes.

Bei diamagnetischen Materialien sind die beiden relativ schwachen Magnetfelder, die durch die Orbitalbewegung und die axiale Rotation der Elektronen um den Kern verursacht werden, in entgegengesetzten Richtungen und heben sich gegenseitig auf. Permanente magnetische Dipole fehlen ihnen, diamagnetische Materialien haben in der Elektrotechnik kaum bis keine Anwendungen.

In einem diamagnetischen Material haben die Atome kein Nettomagnetmoment, wenn kein angelegtes Feld vorhanden ist. Unter dem Einfluss eines angelegten Feldes (H) präzedieren die drehenden Elektronen, und diese Bewegung, die eine Art elektrischen Strom darstellt, erzeugt eine Magnetisierung (M) in entgegengesetzter Richtung zum angelegten Feld. Alle Materialien zeigen einen diamagnetischen Effekt, jedoch ist es häufig der Fall, dass dieser Effekt durch den größeren paramagnetischen oder ferromagnetischen Term überdeckt wird. Der Wert der Suszeptibilität ist unabhängig von der Temperatur.

Die Materialien, die stark von einem Magnetfeld oder Magneten angezogen werden, werden als ferromagnetische Materialien bezeichnet, z. B. Eisen, Stahl, Nickel, Kobalt usw. Die Permeabilität dieser Materialien ist sehr, sehr hoch (bis zu mehreren Hundert oder Tausend).

Die entgegengesetzten magnetischen Effekte der Orbitalbewegung und des Elektronenspins heben sich in einem Atom eines solchen Materials nicht gegenseitig auf. Es gibt einen relativ großen Beitrag von jedem Atom, der bei der Entstehung eines inneren Magnetfeldes hilft, so dass sich beim Platzieren des Materials in ein Magnetfeld dessen Wert um ein Vielfaches erhöht im Vergleich zu dem Wert, der im freien Raum vorhanden war, bevor das Material dort platziert wurde.

Für die Elektrotechnik reicht es aus, die Materialien einfach als ferromagnetisch und nicht-ferromagnetisch zu klassifizieren. Letztere umfassen Materialien mit einer relativen Permeabilität, die praktisch gleich eins ist, während erstere eine relative Permeabilität aufweisen, die viele Male größer als eins ist. Paramagnetische und diamagnetische Materialien fallen in die nicht-ferromagnetischen Materialien.

3.1 Weiche ferromagnetische Materialien

Sie haben eine hohe relative Permeabilität, geringe Koerzitivkraft, lassen sich leicht magnetisieren und entmagnetisieren und weisen eine äußerst geringe Hysterese auf. Weiche ferromagnetische Materialien sind Eisen und seine verschiedenen Legierungen mit Materialien wie Nickel, Kobalt, Wolfram und Aluminium. Die Leichtigkeit der Magnetisierung und Entmagnetisierung macht sie äußerst geeignet für Anwendungen mit wechselndem magnetischem Fluss, wie bei Elektromagneten, Elektromotoren, Generatoren, Transformatoren, Induktoren, Telefonempfängern, Relais usw. Sie sind auch nützlich für magnetische Abschirmungen. Ihre Eigenschaften können durch sorgfältige Herstellung sowie durch Erhitzen und langsames Glühen erheblich verbessert werden, um einen hohen Reinheitsgrad der Kristalle zu erreichen. Eine große magnetische Moment bei Raumtemperatur macht weiche ferromagnetische Materialien äußerst nützlich für magnetische Schaltungen, aber ferromagnetische Materialien sind sehr gute Leiter und verlieren Energie durch Wirbelströme, die in ihnen erzeugt werden. Es gibt zusätzlichen Energieverlust, weil die Magnetisierung nicht reibungslos verläuft, sondern in winzigen Sprüngen. Dieser Verlust wird als magnetischer Restverlust bezeichnet und hängt ausschließlich von der Frequenz der wechselnden Flussdichte ab und nicht von ihrer Magnitude.

3.2 Hartferromagnetische Materialien

Sie haben eine relativ geringe Permeabilität und eine sehr hohe Koerzitivkraft. Diese sind schwer zu magnetisieren und zu entmagnetisieren. Typische harte ferromagnetische Materialien umfassen Kobalstahl und verschiedene ferromagnetische Legierungen aus Kobalt, Aluminium und Nickel. Sie behalten einen hohen Prozentsatz ihrer Magnetisierung bei und weisen relativ hohe Hystereseverluste auf. Sie sind hervorragend geeignet als Permanentmagnete für Lautsprecher, Messgeräte usw.

Ferrite sind eine spezielle Gruppe ferromagnetischer Materialien, die eine Zwischenstellung zwischen ferromagnetischen und nicht-ferromagnetischen Materialien einnehmen. Sie bestehen aus äußerst feinen Partikeln eines ferromagnetischen Materials mit hoher Permeabilität und werden mit einem Bindemittelharz zusammengehalten. Die in Ferriten erzeugte Magnetisierung ist groß genug, um wirtschaftlichen Wert zu haben, aber ihre magnetische Sättigung ist nicht so hoch wie die der ferromagnetischen Materialien. Wie bei Ferro-Magnetika können Ferrite weich oder hart sein.

4.1 Weiche Ferrite

Keramikmagneten, auch ferromagnetische Keramiken genannt, bestehen aus einem Eisenoxid, Fe2O3, mit einem oder mehreren zwewertigen Oxiden wie NiO, MnO oder ZnO. Diese Magnete haben eine quadratische Hystereseschleife, und hohe Widerstandswerte sowie Entmagnetisierung werden bei Magneten für Rechenmaschinen geschätzt, bei denen ein hoher Widerstand gewünscht wird. Der große Vorteil von Ferriten ist ihre hohe Widerstandsfähigkeit. Kommerzielle Magnete haben eine Widerstandsfähigkeit von bis zu 10^9 Ohm-cm. Wirbelströme, die durch wechselnde Felder entstehen, werden somit auf ein Minimum reduziert, und der Anwendungsbereich dieser magnetischen Materialien wird auf Hochfrequenzen ausgeweitet, sogar auf Mikrowellen. Ferrite werden sorgfältig hergestellt, indem pulverförmige Oxide gemischt, verdichtet und bei hoher Temperatur gesintert werden. Hochfrequenztransformatoren in Fernsehern und frequenzmodulierten Empfängern werden fast immer mit Ferritkernen hergestellt.

4.2 Hartferrite

Dies sind keramische Permanentmagnetmaterialien. Die wichtigste Familie der Hartferrite hat die Grundzusammensetzung von MO·Fe2O3, wobei M ein Barium(Ba)-Ion oder Strontium(Sr)-Ion ist. Diese Materialien haben eine hexagonale Struktur, sind kostengünstig und haben eine geringe Dichte. Hartferrite werden in Generatoren, Relais und Motoren verwendet. Elektronische Anwendungen umfassen Magnete für Lautsprecher, Telefonklingeln und Empfänger. Sie werden auch in Haltevorrichtungen für Türschließer, Dichtungen, Riegel und in verschiedenen Spielzeugdesigns eingesetzt.

Originalquelle: https://electronicspani.com/types-of-magnetic-materials/

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