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Sättigungsmagnetisierung

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Unter Sättigungsmagnetisierung versteht man jene magnetische Flussdichte (historisch bedingt auch als Magnetisierung bezeichnet), bei der ein dieser Flussdichte ausgesetzter, meist ferromagnetischer Stoff seine gegenüber dem Vakuum stärkere magnetische Leitfähigkeit (auch Permeabilität genannt) reduziert bzw. gänzlich verliert. Ein magnetisch gesättigter Stoff verhält sich im Grenzfall für den magnetischen Fluss daher wie der leere Raum (Vakuum).

Bild:Hysteresiskurve.png
Die Steigungsrate im Kurvenverlauf stellt die magnetische Leitfähigkeit eines magnetischen Werkstoffes dar. Das Abflachen der Kurve im rechten oberen und linken unteren Bereich stellt den Beginn der für diesen Werkstoff typischen Sättigungsmagnetisierung dar.

Eine besonders gute Leitfähigkeit für den magnetischen Fluss ist die wesentliche Eigenschaft vor allem ferromagnetischer Werkstoffe wie beispielsweise Weicheisen oder bestimmte Ferrite. Dies begründet den Einsatz dieser Werkstoffe wo es auf die räumliche Führung von magnetischen Flüssen ankommt wie beispielsweise in Transformatorkernen. Durch eine zu starke Steigerung der magnetischen Flussdichte in diesen Materialen kommt es bei der Sättigungsmagnetisierung zu einem Zusammenbruch dieser Eigenschaft. Die magnetische Sättigung ist bei diesen Anwendungen daher meist unerwünscht.

Mathematisch wird dies dadurch ausgedrückt, dass sich die Permeabilität des ferromagnetischen Stoffes μ = μ0μr dem Wert μ0 annähert, d.h. μr = 1 wird.

Der leere Raum (Vakuum) kann nach derzeitigem Wissensstand auch durch beliebig hohe magnetische Flussdichten nicht magnetisch gesättigt werden und behält seine magnetische Leitfähigkeit von μ0 konstant bei.

Trägt man bei einem Werkstoff die magnetische Flussdichte B gegenüber der von außen aufgebrachten magnetischen Feldstärke H in einem Diagramm auf, ergibt sich eine Hysteresekurve. Die Abflachung der Steigung kennzeichnet dabei anschaulich den Beginn der Sättigungsmagnetisierung: Eine zusätzliche Steigerung der magnetischen Feldstärke H führt dann nur zu einer geringen Steigerung der magnetischen Flussdichte im Material, ident wie im leeren Raum. Im Bereich des Ursprungs, wo keine magnetische Sättigung des Materials vorliegt, ist dagegen eine sehr starke Änderung der magnetischen Flussdichte bei kleinen Änderungen der magnetischen Feldstärke gegeben. Dies ist durch die hohe magnetische Leitfähigkeit des verwendeten magnetischen Werkstoffes verursacht.

Werte

Material Sättigungsmagnetisierung
in Tesla
Silicium-Eisen
Fe mit 3 bis 4 % Si
1,5 bis 2
Nickel-Eisen
Fe mit 30 bis 50 % Ni
1,2 bis 1,5
Ferrit (Mn - Zn) 0,4
Ferrit (Ni - Zn) 0,2

Anwendung

  • Geophysik: Identifizierung von Materialien durch Ermittlung der spezifischen Curie-Temperatur, indem man die Abhängigkeit der Sättigungsmagnetisierung von der Temperatur bestimmt.
  • In den technischen Anwendungen wie Transformatoren oder beim Elektromotor ist die magnetische Sättigung des Kerns unerwünscht und führt zu einem massiven Leistungsabfall. Deswegen müssen magnetische Kerne in Transformatoren und Elektromotoren einen entsprechenden Querschnitt aufweisen um eine Sättigung zu vermeiden.
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