Die Coercivität ist ein zentraler Begriff im Magnetismus und beschreibt die Fähigkeit eines magnetischen Materials, seiner Entmagnetisierung zu widerstehen. Genauer gesagt handelt es sich um die Stärke des entgegengesetzten Magnetfeldes, das erforderlich ist, um die Magnetisierung eines Materials auf Null zu reduzieren.
Die Coercivität ist ein wichtiger Parameter für die Beurteilung der Stabilität und Haltbarkeit eines Magneten in verschiedenen Anwendungen.
Was bedeutet Coercivität?
In einem magnetisierten Material sind die magnetischen Momente der Atome in eine bevorzugte Richtung ausgerichtet. Wird ein externes entgegengesetztes Magnetfeld angelegt, versucht dieses, die Magnetisierung des Materials zu reduzieren. Die Coercivität ist das Maß für die Stärke dieses Feldes, die benötigt wird, um die Magnetisierung vollständig aufzuheben.
- Hohe Coercivität: Materialien mit hoher Coercivität widerstehen starken entmagnetisierenden Feldern und werden als hartmagnetisch bezeichnet (z. B. Neodym oder Ferrit).
- Niedrige Coercivität: Materialien mit niedriger Coercivität können leicht entmagnetisiert werden und gelten als weichmagnetisch (z. B. Eisen oder Siliziumstahl).
Wie wird Coercivität gemessen?
Die Coercivität eines Materials wird in der Regel in Kiloeinheiten pro Meter (kA/m) oder Oersted (Oe) angegeben und in einem Hystereseschleifen-Diagramm dargestellt.
- Hystereseschleife: Die Hystereseschleife zeigt die Beziehung zwischen der Magnetisierung eines Materials (M) und dem angelegten Magnetfeld (H). Die Coercivität (Hc) ist der Punkt auf der Achse H, an dem die Magnetisierung des Materials Null erreicht.
- Berechnung: Die Coercivität kann experimentell mit einem Vibrationsmagnetometer oder einem Hystereseschleifen-Analysator bestimmt werden.
Arten der Coercivität
- Intrinsische Coercivität (Hci):
- Misst die Stärke des Magnetfeldes, die erforderlich ist, um die Magnetisierung im Material vollständig zu zerstören.
- Relevant für die Bewertung von Permanentmagneten.
- Technische Coercivität (Hc):
- Bezieht sich auf die Stärke des Feldes, das nötig ist, um die Netto-Magnetisierung eines Materials auf Null zu bringen, ohne die Struktur zu zerstören.
- Wird oft bei weichmagnetischen Materialien gemessen.
Coercivität und Materialklassen
Die Coercivität unterscheidet Materialien in zwei Hauptgruppen:
- Hartmagnetische Materialien:
- Hohe Coercivität (>100 kA/m).
- Bleiben magnetisch stabil, selbst wenn sie starken äußeren Feldern oder hohen Temperaturen ausgesetzt sind.
- Beispiele:
- Neodym-Magnete (Hc > 800 kA/m)
- Samarium-Cobalt (Hc ≈ 500–600 kA/m)
- Ferrit-Magnete (Hc ≈ 150–300 kA/m)
- Weichmagnetische Materialien:
- Niedrige Coercivität (<10 kA/m).
- Werden leicht magnetisiert und entmagnetisiert, was sie ideal für elektromagnetische Anwendungen macht.
- Beispiele:
- Eisen
- Siliziumstahl
- Permalloy
Einflussfaktoren auf die Coercivität
- Kristallstruktur: Materialien mit einer ausgeprägten kristallinen Ausrichtung haben eine höhere Coercivität.
- Temperatur: Die Coercivität nimmt bei steigenden Temperaturen in der Regel ab, da die thermische Energie die magnetische Ordnung stört.
- Materialreinheit: Verunreinigungen können die Coercivität verringern, indem sie die Wechselwirkungen zwischen den magnetischen Momenten stören.
- Mikrostruktur: Defekte, Korngrenzen und andere strukturelle Eigenschaften beeinflussen die Stabilität der Magnetisierungsrichtung.
Technische Anwendungen der Coercivität
- Permanentmagnete: Materialien mit hoher Coercivität (z. B. Neodym, Samarium-Cobalt) werden in Permanentmagneten eingesetzt, da sie ihre Magnetisierung über lange Zeiträume auch unter extremen Bedingungen beibehalten.
- Transformatoren und Elektromotoren: Weichmagnetische Materialien mit niedriger Coercivität sind ideal, da sie Energieverluste beim Magnetisierungswechsel minimieren.
- Magnetische Datenspeicherung: In Festplatten und anderen Speichertechnologien wird die Coercivität genutzt, um Informationen sicher zu speichern und vor äußeren magnetischen Einflüssen zu schützen.
- Sensorik und Aktorik: In Sensoren und Aktoren spielt die Coercivität eine Rolle bei der Empfindlichkeit und Stabilität.
Fazit
Die Coercivität ist ein Schlüsselparameter für die Auswahl des richtigen Magnetmaterials. Materialien mit hoher Coercivität bieten Stabilität und Langlebigkeit, während solche mit niedriger Coercivität für dynamische Anwendungen wie Transformatoren und Elektromotoren optimiert sind. Die Kenntnis der Coercivität hilft, Magneten präzise auf ihre Einsatzbereiche abzustimmen und ihre Leistungsfähigkeit optimal zu nutzen.