Hysterese: Der Verlauf zwischen Magnetisierung und Entmagnetisierung

Hysterese beschreibt das Phänomen, dass ein magnetisches Material bei der Magnetisierung und Entmagnetisierung einen zeitverzögerten oder nicht-linearen Verlauf zeigt. Die Magnetisierung eines Materials hängt dabei nicht nur vom aktuellen Magnetfeld ab, sondern auch von dessen magnetischer Vorgeschichte. Dieses Verhalten wird durch die sogenannte Hysteresekurve dargestellt.

Wie funktioniert Hysterese?

Hysterese tritt in Materialien auf, die magnetische Domänen besitzen – kleine Bereiche mit einheitlicher Magnetisierung. Bei der Magnetisierung richten sich diese Domänen entlang des äußeren Magnetfeldes aus. Wenn das Feld entfernt wird, bleiben einige Domänen in der ausgerichteten Position, wodurch eine Remanenz (Restmagnetisierung) entsteht. Um das Material vollständig zu entmagnetisieren, ist ein entgegengesetztes Magnetfeld erforderlich, das als Koerzitivfeldstärke bezeichnet wird.

Die Hysteresekurve

Die Hysteresekurve ist eine grafische Darstellung des Zusammenhangs zwischen der magnetischen Feldstärke ( H ) und der magnetischen Flussdichte ( B ). Sie zeigt den Verlauf von Magnetisierung und Entmagnetisierung eines Materials. Die wichtigsten Punkte der Kurve sind:

• Remanenz (B_r): Die verbleibende Magnetisierung nach dem Entfernen des Magnetfelds.
• Koerzitivfeldstärke (H_c): Das entgegengesetzte Magnetfeld, das nötig ist, um die Magnetisierung auf null zu reduzieren.
• Sättigungsmagnetisierung: Der Punkt, an dem alle magnetischen Domänen ausgerichtet sind und keine weitere Magnetisierung möglich ist.

Eigenschaften der Hysterese

• Energieverluste: Die Schleife der Hysteresekurve zeigt die Energieverluste, die bei jedem Magnetisierungszyklus auftreten.
• Materialabhängigkeit: Die Form der Hysteresekurve hängt vom Material ab. Weichmagnetische Materialien haben eine schmale Schleife, während hartmagnetische Materialien eine breite Schleife zeigen.
• Temperaturabhängigkeit: Die Hysterese eines Materials ändert sich mit der Temperatur, insbesondere in der Nähe der Curietemperatur.

Anwendungen der Hysterese

Das Verständnis von Hysterese ist entscheidend für viele technische Anwendungen:

• Permanentmagnete: Materialien mit breiter Hysteresekurve behalten ihre Kraft dauerhaft bei. In der Industrie werden diese oft in Form von Flachgreifer Magneten eingesetzt, bei denen der Magnet in einen Stahlmantel eingebettet ist, um den magnetischen Fluss zu bündeln und die Haftkraft zu maximieren.
• Transformatoren: Weichmagnetische Materialien mit schmaler Hysteresekurve minimieren Energieverluste.
• Datenspeicherung: Magnetische Datenträger wie Festplatten nutzen Hysterese, um Daten als unterschiedliche Magnetisierungszustände zu speichern.
• Sensorik: Magnetfeldsensoren basieren oft auf dem Hystereseeffekt, um präzise Messungen durchzuführen.

Interessantes über Hysterese

Wussten Sie, dass Hysterese nicht nur im Magnetismus auftritt? Auch in anderen Bereichen wie der Elastizität von Materialien, in thermischen Prozessen und in der Biologie (z. B. bei der Reaktion von Zellen auf Reize) zeigt sich dieses nicht-lineare Verhalten.