ZU DEN KURSEN!

Elektrotechnik - Magnetische Hysterese

Kursangebot | Elektrotechnik | Magnetische Hysterese

Elektrotechnik

Magnetische Hysterese

Es besteht ein Zusammenhang zwischen der magnetischen Flussdichte $ B $ und der magnetischen Feldstärke $ H $. Da diese Vorgänge äußerst umfangreich und nicht weniger kompliziert sind, werden wir Ihnen in diesem Kurstext zumindest die Grundlagen der Hysterese näher erläutern. 

Hysterese

Bei der Untersuchung von ferromagnetischen Werkstoffen hat sich herausgestellt, dass die Permeabilität $ \mu $ nicht konstant, jedoch direkt von der magnetischen Feldstärke abhängig ist.
Bleibt die Permeabilität bei einer kleinen Feldstärke noch relativ groß, so sinkt sie mit wachsender Feldstärke. Die Ursache liegt in der Sättigung, die das Material infolge der steigenden Feldstärke erfährt. 

Merke

Um die Induktion/magnetische Flussdichte $ B $ um einen gewissen Betrag zu erhöhen, muss die magnetische Feldstärke $ H $ um einen vergleichsweise weitaus höheren Betrag verstärkt werden. 

Senkt man die Feldstärke anschließend wieder auf einen Wert null, so wird man feststellen, dass ein Restmagnetismus [Remanenzinduktion $ B_r $ ] erhalten bleibt. Möchte man den Werkstoff vollständig entmagnetisieren, muss eine Feldstärke in entgegengesetzter Richtung erzeugt werden. Diese Feldstärke bezeichnet man als Koerzitivfeldstärke $ H_c $.

Restmagnetismus

Der Restmagnetismus besteht weiterhin, weil sich im Material Atom- und Molekülverbände kontinuierlich magnetisch ausrichten. Dabei entstehen Ströme welche die Feldlinien, die von außen durch das Material fließen, umschließen, und so den Magnetismus verstärken. Sind alle Bereiche des Materials vollständig ausgerichtet, so ist eine Erhöhung der Feldstärke nicht mehr möglich. Wird nun die Flussdichte auf den Wert null reduziert, so bleibt die Ausrichtung in Bereichen teilweise erhalten. Das Material weist dann einen Restmagnetismus auf. 

Hysteresekurve

Ändert man die Feldstärke zwischen zwei absolut gleichen positiven und negativen Werten, so erhält man eine Hysteresekurve, die für jedes ferromagnetische Material einen individuellen Verlauf aufweist.

Trotz der Individualität ist es möglich anhand der Hysteresekurve eine grobe Einteilung in weichmagnetische und hartmagnetische Materialien durchzuführen.

  • Weichmagnetisch: Material besitzt eine geringe Koerzitivfeldstärke $\rightarrow $ geeignet für Materialien, deren Feldstärke häufig die Polarität ändern soll.
  • Hartmagnetisch: Material besitzt eine sehr hohe Koerzitivfeldstärke $\rightarrow $ geeignet für Materialien, aus denen Dauermagnete erzeugt werden sollen. 

Nachfolgend sehen Sie zwei Hysteresekurven. Die erste Kurve stellt einen weichmagnetischen Werkstoff dar und die zweite Kurve einen hartmagnetischen Werkstoff.

Hysteresekurven
Hysteresekurven

Bei beiden Kurven wird bei null begonnen. Dabei wird der Strom so lange vergrößert, bis die Sättigung erreicht ist. Diese erste Kurve bezeichnet man als Neukurve.

Merke

Die Neukurve zeichnet aus, dass sie nie wieder erreicht werden kann.

Anschließend reduziert man den Strom und die Feldstärke sinkt. Die sich dabei ergebenden Werte sind immer höher als die Werte der Neukurve. Diesen Effekt bezeichnet man als Hysterese. Danach kehrt man die Stromrichtung um und die Feldstärke bewegt sich in den negativen Bereich. Damit beginnt die Entmagnetisierung. Auch hier erreicht die Kurve im Verlauf einen Sättigungspunkt. Danach beginnt die Hysterese erneut. 

Unabhängig wie oft man diesen Vorgang wiederholt, die zurückgelegte Strecke der Kurve wird nie deckungsgleich mit der vorangegangenen Strecke sein.