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Temperatura de funcionamiento
Los imanes permanentes tienen una temperatura máxima de funcionamiento, por lo que no pueden soportar cualquier temperatura. Esto se debe a que las altas temperaturas hacen que los imanes elementales, que proporcionan el campo magnético cuando están alineados en paralelo, se mezclen de nuevo. Por tanto, el campo magnético desaparece a altas temperaturas. Esto da lugar a una temperatura máxima de funcionamiento para cada imán, que especifica el fabricante, normalmente en forma de letra en la descripción de calidad. Magnetización Los materiales con propiedades ferromagnéticas se magnetizan mediante un campo magnético externo. La permanencia que queda una vez retirado el campo magnético externo garantiza que el material siga siendo magnético. Por tanto, puede actuar como un imán. A altas temperaturas, esta remanencia desaparece, provocando la desaparición de la magnetización. Para evitar la desmagnetización, no debe superarse una determinada temperatura de funcionamiento. Si se supera esta temperatura, existe una alta probabilidad de que el material o el imán se desmagneticen. En ese caso, el imán debe volver a magnetizarse una vez que se haya enfriado. Antecedentes físicos de la remanenciaPara entender el efecto de la magnetización de un material ferromagnético, lo mejor es analizar el trasfondo físico de la remanencia. La remanencia puede explicarse fácilmente observando un átomo y su magnetización al microscopio: En cada átomo existe un momento magnético causado por el espín de un electrón no planificado. Este momento actúa como un imán con un pequeño campo magnético. Tiene un polo norte y un polo sur. Los espines de los electrones no apareados de muchos átomos giran debido al campo magnético externo y a la fuerza que éste ejerce sobre el momento magnético. Se alinean en paralelo al campo magnético externo. Debido a la llamada interacción de intercambio entre los espines individuales de los electrones, esta alineación se estabiliza tras la alineación de los momentos magnéticos. Esto sólo ocurre en materiales ferromagnéticos o con propiedades ferromagnéticas. El trasfondo de la interacción de intercambio es el bajo nivel de energía en la posición paralela de todos los espines de los electrones. Sin embargo, la interacción tiene una fuerza limitada, ya que los electrones son móviles. Los espines de los electrones pueden realinearse por una influencia externa. Es lógico que el sistema alineado de espines de electrones pueda volver a mezclarse mediante una fuerte perturbación. Basta con superar la interacción de intercambio entre los espines individuales.
Esto puede ocurrir de tres formas distintas:
Un campo magnético externo: si se aplica un campo magnético que se opone a los espines de los electrones, éstos pueden cambiar su orientación. Sin embargo, el campo magnético debe ser lo suficientemente fuerte para que esto ocurra.
- Impacto mecánico: también es posible desmagnetizar un imán aplicando una fuerza fuerte y repentina.
Energía térmica: como ya se ha explicado en detalle, la tercera forma de anular la magnetización consiste en calentar el material ferromagnético. A medida que el imán se calienta, aumenta la temperatura y, por tanto, la energía cinética de cada átomo. Esto también aumenta el movimiento de los espines de los electrones. A pesar de la interacción de intercambio, un espín de electrón puede abandonar la alineación paralela a los demás. La probabilidad de este efecto aumenta con la temperatura. En cuanto la energía térmica supera la interacción de intercambio, todos los espines de electrones realmente alineados se reorganizan rápida y aleatoriamente. El umbral de temperatura para la rápida transformación se denomina temperatura de Curie e indica el punto en el que un ferromagneto se convierte repentinamente en un paramagneto. Por encima de esta temperatura, la remanencia desciende a 0. Al igual que la interacción de intercambio, la temperatura de Curie depende del material: Para el hierro es de 769 °C, para el níquel de 358 °C y para el cobalto de 1127 °C.
En principio, la temperatura máxima de funcionamiento no debe superar la temperatura de Curie. Sin embargo, también se ha explicado que, incluso antes de que se alcance la temperatura de Curie, existe la probabilidad de que los espines individuales de los electrones se reorganicen. Para evitarlo, la temperatura de funcionamiento especificada suele ser ligeramente inferior a la temperatura de Curie. Sin embargo, esto no sólo se debe a la probabilidad de desmagnetización: la probabilidad de que se produzcan distorsiones o inestabilidades en el material también aumenta con el aumento de la temperatura. Por este motivo, la temperatura máxima de funcionamiento se selecciona de modo que, por un lado, no se produzca la desmagnetización del imán y, por otro, no se produzcan grietas u otros defectos de la red.
La temperatura máxima de funcionamiento de un imán se caracteriza por una letra en el grado. „50M“ por ejemplo , significa un producto energético con 50 MegaGaussOersted (de ahí el 50) a una temperatura máxima de funcionamiento de 100 °C (de ahí la M). „N“a su vez, significa 80 °C, „H“ para 120, „SH“ para 150 und „UH“ para 180 °C. „EH“ es incluso sinónimo de 200 °C.