كيف يؤثر الوقت ودرجة الحرارة على استقرار المغناطيس الدائم

تعود قدرة المغناطيس الدائم على دعم المجال المغناطيسي الخارجي إلى التباين البلوري داخل المادة المغناطيسية التي "تقفل" المجالات المغناطيسية الصغيرة في مكانها.بمجرد إنشاء المغنطة الأولية، تظل هذه المواضع كما هي حتى يتم تطبيق قوة تتجاوز المجال المغناطيسي المقفل، وتختلف الطاقة المطلوبة للتداخل مع المجال المغناطيسي الناتج عن المغناطيس الدائم لكل مادة.يمكن للمغناطيس الدائم أن يولد قوة قسرية عالية للغاية (Hcj)، مما يحافظ على محاذاة المجال في وجود مجالات مغناطيسية خارجية عالية.

يمكن وصف الاستقرار بأنه الخصائص المغناطيسية المتكررة للمادة تحت ظروف محددة على مدى عمر المغناطيس.تشمل العوامل التي تؤثر على استقرار المغناطيس الوقت ودرجة الحرارة والتغيرات في التردد والمجالات المغناطيسية المعاكسة والإشعاع والصدمة والإجهاد والاهتزاز.

الوقت ليس له تأثير يذكر على المغناطيس الدائم الحديث، والذي أظهرت الدراسات أنه يتغير مباشرة بعد مغنطته.تحدث هذه التغييرات، المعروفة باسم "الزحف المغناطيسي"، عندما تتأثر المجالات المغناطيسية الأقل استقرارًا بتقلبات الطاقة الحرارية أو المغناطيسية، حتى في البيئات المستقرة حرارياً.يتناقص هذا الاختلاف مع انخفاض عدد المناطق غير المستقرة.

من غير المرجح أن تواجه المغناطيسات الأرضية النادرة هذا التأثير بسبب قوتها العالية للغاية.أظهرت دراسة مقارنة للوقت الأطول مقابل التدفق المغناطيسي أن المغناطيس الدائم الممغنط حديثًا يفقد كمية صغيرة من التدفق المغناطيسي بمرور الوقت.لأكثر من 100.000 ساعة، يكون فقدان مادة كوبالت السماريوم صفرًا، في حين يكون فقدان مادة النيكو منخفضة النفاذية أقل من 3%.

تنقسم تأثيرات درجة الحرارة إلى ثلاث فئات: خسائر يمكن عكسها، وخسائر لا رجعة فيها ولكنها قابلة للاسترداد، وخسائر لا رجعة فيها وغير قابلة للاسترداد.

الخسائر القابلة للعكس: هذه هي الخسائر التي يتم استردادها عندما يعود المغناطيس إلى درجة حرارته الأصلية، ولا يمكن لتثبيت المغناطيس الدائم إزالة الخسائر القابلة للعكس.يتم وصف الخسائر القابلة للعكس بواسطة معامل درجة الحرارة العكسية (Tc)، كما هو موضح في الجدول أدناه.يتم التعبير عن Tc كنسبة مئوية لكل درجة مئوية، وتختلف هذه الأرقام حسب الدرجة المحددة لكل مادة، ولكنها تمثل فئة المادة ككل.وذلك لأن معاملات درجة الحرارة Br وHcj تختلفان بشكل كبير، وبالتالي فإن منحنى إزالة المغناطيسية سيكون له "نقطة انعطاف" عند درجة حرارة عالية.

خسائر لا رجعة فيها ولكنها قابلة للاسترداد: يتم تعريف هذه الخسائر على أنها إزالة المغناطيسية الجزئية للمغناطيس بسبب التعرض لدرجات حرارة عالية أو منخفضة، ولا يمكن استرداد هذه الخسائر إلا عن طريق إعادة التمغنط، ولا يمكن استعادة المغناطيسية عندما تعود درجة الحرارة إلى قيمتها الأصلية.تحدث هذه الخسائر عندما تكون نقطة تشغيل المغناطيس أقل من نقطة انعطاف منحنى إزالة المغناطيسية.يجب أن يحتوي تصميم المغناطيس الدائم الفعال على دائرة مغناطيسية يعمل فيها المغناطيس بنفاذية أعلى من نقطة انعطاف منحنى إزالة المغناطيسية عند درجة الحرارة المرتفعة المتوقعة، مما سيمنع تغيرات الأداء عند درجة حرارة عالية.

خسارة لا يمكن تعويضها ولا يمكن تعويضها: تخضع المغناطيسات المعرضة لدرجات حرارة عالية للغاية لتغيرات معدنية لا يمكن استعادتها عن طريق إعادة المغناطيسية.يوضح الجدول التالي درجة الحرارة الحرجة لمختلف المواد، حيث: Tcurie هي درجة حرارة Curie التي يتم عندها اختيار العزم المغناطيسي الأساسي بشكل عشوائي وإزالة مغنطة المادة؛Tmax هي درجة حرارة التشغيل العملية القصوى للمادة الأولية في الفئة العامة.

يتم جعل درجة حرارة المغناطيس مستقرة عن طريق إزالة مغناطيس المغناطيس جزئيًا عن طريق تعريضه لدرجات حرارة عالية بطريقة يمكن التحكم فيها.يؤدي الانخفاض الطفيف في كثافة التدفق إلى تحسين استقرار المغناطيس، نظرًا لأن المجالات الأقل توجيهًا هي أول من يفقد اتجاهه.ستظهر مثل هذه المغناطيسات المستقرة تدفقًا مغناطيسيًا ثابتًا عند تعرضها لدرجات حرارة متساوية أو أقل.بالإضافة إلى ذلك، ستظهر الدفعة المستقرة من المغناطيسات تباينًا أقل في التدفق عند مقارنتها ببعضها البعض، نظرًا لأن الجزء العلوي من منحنى الجرس بخصائص التغير الطبيعي سيكون أقرب إلى قيمة تدفق الدفعة.


وقت النشر: 07 يوليو 2022