Die Hysteresekurve - Marterie im Magnetfeld
Hysterese, Hystereseskurve, Magnetfeld, magnetische Flussdicht, Weisssche Bezirke, Elenebtarmagnete, Remanenz, Neukurve, Hall Sonde
Warum haben Spulen einen Eisenkern? Welche Funktion erfüllen die Kerne?
Bringt man einen Stoff in ein Magnetfeld ein, so ändert sich die magnetische Flussdichte B. Die Veränderung der magnetische Flussdichte wird mit der Permeabilitätszahl µr erfasst.
{\huge \begin{array}{l}B={{\mu }_{r}}\cdot {{B}_{0}}\\\\B={{\mu }_{r}}\cdot {{\mu }_{0}}\cdot \frac{I\cdot N}{l}\end{array}}
Alle Stoffe zeigen magnetisches Verhalten, d.h. sie beeinflussen das Magnetfeld. Nach der Größe von µr unterscheidet man in:
- ferromagnetische
- diamagnetische
- paramegnetische
Stoffe.
Ferromagnetische Stoffe verstärken das Magnetfeld. Die Permeabilitätszahl µr nimmt hier Werte von 1000 bis zu 200000 an. Die Verstärkung des Magnetfeldes erfolgt durch die Magnetisierung des eingebrachten Stoffes.
experimentelle Aufnahme
Die magnetische Flussdichte Br wächst mit der Stromstärke bzw. der magnetischen Flussdichte B0 . Br wächst jedoch nicht proportional zu I bzw. Bo. Sind alle WEISSschen Bezirke ausgerichtet, so kann keine weitere Verstärkung des Magnetfeldes mehr erfolgen. Bei Punkt A tritt eine Sättigung ein.
Zum Beginn der Messung liegen die Messwerte auf der Neukurve.
Wird der Spulenstrom wieder reduziert, so verringert sich auch die Stärke des Magnetfeldes. Fließt kein Strom mehr durch die Spule bleibt ein Magnetfeld bestehen.
⇒ BR – Remanenzflussdichte
Obwohl kein äußeres Magnetfeld mehr existiert, bleiben einige der WEISSschen Bezirke ausgerichtet.
Ihr kennt diesen Effekt aus den Klassen 5 bzw. 6, als ihr mit einem Magneten eine Stricknadel magnetisiert habt, um damit einen Kompass zu bauen.
Um die Remanenzflussdichte BR zu kompensieren, muss ein entgegen gesetztes Feld der Stärke B wirksam werden. Dieses erreicht man durch eine Umpolung der Stromquelle. (s.o.)
Bei einem noch stärkeren Gegenfeld baut sich ein Magnetfeld in entgegen gesetzter Richtung auf.
Bei C tritt analog zu Punkt A eine Sättigung ein.
Nimmt der Strom wieder ab, so nimmt auch die mag. Flussdichte BR ab. Für I = 0 bzw. B0 = 0 bleibt ein Magnetfeld bestehen. (s.o.)
Fließt der Strom wieder in die andere Richtung, so schließt sich die Kurve bei A.
Die Neukurve wird nicht wieder durchlaufen. Hierzu muss der verwendete Spulenkern entmagnetisiert sein. Dafür gibt es mehrere Möglichkeiten:
- Erwärmen über die Curie – Temperatur
- starke Erschütterung
- Anlegen einer Wechselspannung und diese langsam auf 0 reduzieren
Die farbige Darstellung verdeutlicht die Stromrichtung bzw. die Richtung des von außen angelegten Magnetfeldes B0.
magnetisch weich
Þ kleine Remanenz
magnetisch hart
Þ hohe Remanenz
Die von der Hystersekurve umschlossene Fläche ist ein Maß für die Energie, die zur völligen magnetischen Umorientierung aufgewendet werden muss. Die Energie tritt innerhalb des genutzten Materials als Wärme auf.
- Welche Materialien sind nun besser geeignet?
Das hängt vom Einsatz und der Bestimmung ab. Datenträger müssen beständig sein, sie sollen ihre Informationen lange und zuverlässig in Form magnetischer Orientierungen speichern. Transformatoren dagegen sollen ohne große Verluste ihre magnetische Orientierung bei einer Netzfrequenz von 50 Hz, 100 mal pro Sekunde ändern.