Dauer des Magnetismus von Permanentmagneten

[Fischermanns]

Wie lange hält die Magnetisierung eines Permanentmagneten an; kann mann diese Zeit berechnen?

[wilfried]

Lieber Fischermanns

ersteinmal ein herzliches Willkommen bei uns im Forum.

Gleich aber muss ich Dich aufmerksam darauf machen, dass dieses Forum jetzt umzieht. Schau mal auf der ersten Seite...nicht dass Du was schreibst und unser Admin hat das Forum gesperrt.

Wird aber, denke ich nicht lange dauern.

ok, zu Deiner Fragenwelt:

Über Lebensdauer habe ich keine Daten. Aber ich kann Dir eine Menge erzählen über Lade- und Entlade- Mechanismen. Es gint natürlich Formeln dafür.

Als Beispiel sei die schwingende, entmagnetisiernede Entladung genannt:

In einem Impulsmagentisierer wird der erzeugte Strum durch eine Kondensatorentladung hervorgerufen und erfasst (von einem Rechner beispielsweise).
Das Magentfeld ist proportional zum Strom und hängt vomn Aufbau der Magnetisiervorrichtung ab,

Die Diode wird über einen Schalter parallel zur Spulke zu oder abschaltbar gemacht.

1. Schalter ist offen
I = U_0 sqrt (C/L) * (omega tau/omega_0) * sin(omega t) exp(-t/tau)

dabei ist:
U_0 die Spannung über dem Kondensator
C die Kapazität des Kos
L die Induktion der Spule
omega die Kreisfrequenz = sqrt(1/(LC) -1/tau^2)
omega_0 = 1/sqrt(LC) Kresifreq für tau = infinity
omega tau = sqrt((4*L)/(R^2*C)-1)
tau = "L/R ist die Zeitkonstante

Damit kannst Du dann die Hysteresekurven nachrechnen

Es gibt auch die nichtschwingende, magnetisierende Entladung, heisst
2. Schalter ist geschlossen

Der Strom und das zur Magnetisierung benötigte Feld werden aufrechterhalten durch eine Diode D die sich parallel zur Spule befindet

I = U_0 sqrt(C/L) * exp^-((atan (omega tau))/(omega tau))

Eine der wichtigsten Formeln für die Magnetisierung ist:

A_I/A_C = exp^-(2*atan (omega tau))/(omega tau))

A_I ist die magnetische Energie
A_C die elektrische Energie

Das Verhältnis A_I/A_C nennt man den Wirkungsgrad

Das war es fürs erte...mehr???


Gruß

Wilfried

[Fischermanns]

Danke für Deine Antwort.
Im engeren Sinne wollte ich wissen, wie lange die Magnetisierung (Energie) eines Magneten anhält. In der Schule wurde bei einem Hufeisenmagnet ein Verbindungseisen zwischen den Polen gelegt, damit die Magnetisierung erhalten bleibt (eine Erklärung, die man uns so gab )?
Wenn ich den Magnetisierung-Vorgang anschaue, der ja erhalten bleibt, dann könnte man denken, dass er unter normalen Umständen für "immer" bestehen bleibt. Unter normalen Umständen meine ich hier, um ein Blatt an einer Tafel mit einem Magneten befestigt wird. Hierüber wurde im Studium nicht gesprochen, zumindest kann ich mich nicht erinnern.

Paul

[wilfried]

Guten Tag Paul

ich habe keine Lebensdauer Angaben von Magenten.
Aber noch einige Infos, die Dir Anhaltspunkte geben können:

Dass der magentische Fluss in einem Magenten erhelten bleibt = Dauermagnet- wird durch eine charakteristische Kurve dargestellt:

Die Phi - H oder von mir aus B-H Charakteristik. Ersteres ist die wietaus schärfere Bezeichnung. Dies zeichnet den magnetischen Fluss in Abhängigkeit des magnetischen Felds H. B = PHI/A soll heissen in B steckt die geometrische Dimension. Deshalb ist PHI die schärfere Massgröße, da sie von der geometrie unbelastet ist.

Dir Flussdichte B ist die Summe der Polarisation J inklusive seiner Materialeigenschaft mueh_r.
Bessser geschrieben ist B: B = J + muh_0 mueh_r H

Ist diese Hysterese genannte Kurve (Hysterese, da die Kennlinie wegabhängig ist, steil genug, so wird eine sehr große Energie benötigt um die magnetische Stärke zu ändern. Je größer eben diese Energie gefordert ist, je haltbarer der Magnet.

Grenzfall positiv (ultimativer magnet wie Cobald-Samarium...wird bei Wanderfeldröhren zur Strahlfokussierung eingesetzt): Rechteckverlauf

Grenzfall negativ (kein haltbarer Magent): Gerade durch den Nullpunkt

Ich weiss nicht genau, was Dein Lehrer so getrieben hat mit seinem Magneten, aber ich nehme mal an der hatte ein Hufeisen. Wenn er die Pole mit einem Metall überbrückt so passiert nur eines:
die magentischen Feldlinien bleiben innerhalb des Stahls. Die Eisenplatte wird magnetisch Nord-zu-Süd aufgebracht. Andernfalls wird sie entweder abspringen oder sich selber richtig drehen.
Grund:
Ist der Hufeisenmagnet offen, so sind die magnetischen Feldlinien bogenförmig von einem zum anderen Pol zu sehen. Die Ausdehnung ist recht groß, so dass in der Nähe befindliche Materialien mangetisiert werden können.
Durch diesen magnetischen Kurzschluss wird das verhindert, denn die Feldlinien werden innerhalb des Materials bleiben. Grund: die molekulare Ausrichtung der inneren "Mikromagnete". Das externe Feld ist nahezu Null.

Verstanden oder willst Du noich Gleichungen dazu...aber dann wird es aufwendig und dauert ein wenig.

Gruß

Wilfried

[Fischermanns]

Hallo Wilfried,

danke für Deine ausführliche Antwort. Ich werde vielleicht später evt. auf Dein Angebot mit der Darstellung von Formeln zurück
kommen. Die Frage entstand in einer Pause einer Besprechung. Es war für mich sehr ärgerlich, dass meine Kollegen wie auch ich, keine genaue Antwort wussten.
Wenn man einen Nagel an einem Hufeisenmagnet reibt, entsteht ein neuer Magnet. Wenn ich x-Nägel reibe, habe ich x-Magnete.
Ein Hufeisen- Magnet entsteht z. B. in einem elektro-magnetischem Feld. Dazu ist Energie notwendig, die aufgebracht werden muss, welche dann im Huf-Magneten erhalten bleibt und die auf neuen Magneten (=Nagel) "übertragen" werden kann.
Und hier komme ich nicht weiter (Energie verschwindet??)! Nach meinen Kenntnissen muss die Energiedichte (BHmax.; =kJ/m3) abnehmen, die magnetische Flussdichte (Vs/m2) soll aber dauerhaft permanent erhalten bleiben (nur mit reduziertem V( meiner Meinung))
So weit waren wir auch in der Besprechung.

Paul

[gravi]

Hallo Paul,

auch ich sage nochmals willkommen hier!

Ich glaube, Dein Problem steckt tief in der Mikrowelt. Jedes Atom in einer Substanz stellt einen kleinen Minimagneten dar, denn alle Elektronen besitzen neben der elektrischen Ladung auch ein magnetisches Moment.

Wenn nun ein Stoff paramagnetisch ist, so können durch äußere Magnetfelder alle kleinen Einzelmagnete in eine bestimmte Richtung ausgerichtet werden - das Teil ist dann magnetisch. Normalerweise heben sich die magnetischen Momente gegenseitig auf, weil sie ungerichtet sind.

Dieser Magnetismus steckt also in der Substanz selbst, es ist eine Eigenschaft, die eigentlich nicht verloren geht, wenn keine äußeren Einflüsse anliegen.

Du kannst also 100 000 Nägel am Magneten reiben, dabei wird keine Energie übertragen, sondern es werden nur die Minimagnete ausgerichtet.

Netten Gruß
gravi

[Fischermanns]

Hallo gravi,

zunächst vielen Dank für die freundliche Begrüssung. Du hast mein Problem erkannt, indem ich die Ausrichtung der "Magnete" mit einer Reduzierung der "Kapazität" des Ursprungsmagneten verbinde. Meine Überlegung ist die: Für die Ausrichtung eines Systems (also das was ungerichtet war) muss Energie aufgewendet werden. Oder anders formuliert: Wenn ich einen Permanentmagneten vollständig entlade, benötige ich Energie.
Liege ich damit vollständig falsch? Wenn es so ist, liegt es an meiner Tätigkeit; indem ich seit 25Jahren nur mit Energie (Nutzung, Verwendung etc.) zu tun habe.

Paul

[wilfried]

Lieber Mann der Fische und auch Werner

vorsicht vorsciht vorsicht...alles braucht Energie. Wenn Ihr Eisenstäbe an Mangeten reibt geschieht das nicht ohne Energie. Es wird zumindest mal Reibungswärme frei.

Die Fragen des Mikroorganismusses der Magnete lass ich absichtlich hier einmal weg.

Allein dass ein neuer Magnet ensteht benötigt bereits Energie. Wenn Du also ganz vile Magnet erzeugst aus einem, dann wird der "Muttermagnet" geschwächt und zwar solange bis die Restenergie nicht mehr ausreicht andere Teilchen selber zu magnetisieren.

Schau auf die Hysterese:

diese wird im Zuge der Zeit dauernd schwächer, heisst sie nähert sich immer weiter der Geraden und auch der Fluss wird nicht mehr so groß sein.

Dies ist eine ganz natürliche Feldschwächung.

Das siehst Du auch, wenn Dein Hufeisenmagnet lange irgendwo liegt, dann werden Gegenstände in der Nähe, die magnetisch sensitiv sind einen gewissen Magentismus annehmen.

Und woher kommt die Energie?
Na von dort wo energetischer Überschuss vorhanden ist.

@Werner:

klar das hat im Grunde alles mit der Mikrowelt zu tun, nur darin kann ich einen Magnetismus physikalisch beschreiben. Jedoch führt das auf etwas kompliziertere Erklärungen und Gleichungen. Im Grunde aber ist der Effekt das, worauf es unserem Fischermann snkommt.

Ist doch so oder?

Gruß

Wilfried

[gravi]

Na klar Wilfried,

da hast Du völlig Recht. Ich wollte jetzt auch keinen Vortrag über Dia- und Paramagnetismus halten oder die magnetische Suszeptibilität (Preisfrage: wer weiß, was das ist ), die Details liegen stets im Kleinen.

Sicherlich wird beim Reiben Energie verbraucht/aufgewendet, aber ich denke unser Fischer wollte auf anderes hinaus. Ich kann doch mit einem Permanentmagneten Zehntausend Nägel magnetisieren, ohne dass die Magnetstärke des Muttermagneten leidet.

Wenn durch magn. Anziehung die Feldstärke verringert würde, dann wäre auch unser Sonnensystem längst auseinander geflogen, denn mit der Gravitation verhält es sich doch ebenso.
Ich kann einem magnetischen Körper durch Anziehung niemals seine Kraft entziehen, ebenso wenig wie ich der Erde ihre Gravitation durch Wechselwirkung mit einem anderen Körper nehmen kann.

So meine ich das, mit einfachen Worten ausgedrückt

Also lieber Paul: nach meiner Ansicht dürfte ein Permanentmagnet (ohne äußere Einflüsse!) seine Eigenschaften nie verlieren!

Schönen Gruß
gravi

[gravi]

Na, einen kleinen Rückzieher mache ich dann doch noch, mir fällt nämlich gerade ein, dass die Entropie auch noch ein Wörtchen mitreden könnte.

Also vielleicht ist doch nichts auf ewig...

Gruß
gravi

[Fischermanns]

Hallo gravi,

ob ich will oder auch nicht, Du hast Recht mit Deiner Begründung. Entropie lassen wir außen vor. Problem ist gelöst.

Zum Kondensstreifen am Himmel habe ich noch eine Frage:
Dass ein Schatten vor dem Flieger zu sehen ist verstehe ich noch, dass ein Schatten vor dem Flieger zu sehen war, ist mir noch nicht ganz klar. Spielt die Krümmung eine Rolle?

Paul

[wilfried]

Hallo Ihr zwei

eine kleine Stellungnahme nochmals:

@Werner:

Du schriebst:

Wenn durch magn. Anziehung die Feldstärke verringert würde, dann wäre auch unser Sonnensystem längst auseinander geflogen, denn mit der Gravitation verhält es sich doch ebenso.

das hat zu tun mit Feldern: ein sich zeitlich änderndes elektrisches Feld influenziert ein magenetisches und umgekehrt.
Es gibt keinen "Stabmagneten" in Himmelskörpern, der sich als "Makromagnet" bemerkbar macht. Unser van-Allen wird durch einen tordierenden Kern gebildet; das Erdmagnetfeld hat ich weiß nicht genau wieviele Pole und diese ändern sich dauernd.
Sollte unser Magnetfeld kippen, so wird in der Boullevardpresse bestimmt der Teufel an die Wand gemalt, welch fürchterlichen Dinge passieren, aber wir hier im Forum kennen ja Maxwell Glechungen: es passiert nicht viel, wenn unser Feld tatsächlich "zusammenbricht" ...bitte erkläre uns doch einer wie das passieren soll (ich meine nicht Umpolung!!)- dann wird das Sonnenfeld ein magnetisches Feld automatisch erzeugen.


Dann zu unseren Festmagneten:

Dauermagnete sind Festkörper, die einen sehr großen magnetischen Fluss behalten. Vorher wurden sie einem enorm hohen magnetischen Feld ausgesetzt, welches diese Eigenschaft eingeprügt hat. Hier spricht man von hartem Magentismus.
Weichmagnetische Stoffe, z.B, Nägel richten ihren Fluss sehr schnell auch geringen äußeren Feldern aus. Ein Nagel kann nach 2 oder 3 Tagen leigen bereits die magnetische Ausrichtung des Erdfelds so stark aufgenommen haben (Fluss), dass er magenetisch wurde. Das wurde im Mittelalter bereits erkannt.

Seitens der Magnete kennen wir:

AlNiCo-Legierungen
Eisen wird legiert mit Alu, Nickel und Kupfer...Verhältnisse kenne ich nicht

Ferrite
keramische Verbindungen aus Eisen-, Barim-, Strontium Oxiden

Seltene-Erden
Legierungen it Samarium, Kobaltm, Neodym, Eisen, Bor

Mit den letzteren hatte ich einmal beruflich zu tun. 1982 war ich beteiligt in der Entwicklung der Fernseh-*bertragungs-Leistung Wanderfeldröhre des Satelliten: TV-Sat. Diese Röhre macht 260W Dauerleistung und der Elektronenstrahl, der die HF moduliert wurde mit Hilfe von Co-Sm Magneten fokussiert.

Ein kleines Experiment damit:
Ein halbrundes Magnetstück groß wie eine Daumenspitze ca. 1m über dem Boden gehalten, denn ein Stück Eisen mit dem Gewich von so etwa 50 bis 100g am Magnet vorbei fallen gelassen.
Was passiert:

Das Eisen beschrieb fast eine 270 Grad Wende und flog in einer mustergültigen Wurfparabel auf den Boden!
Das schafft kein normaler Magnet!

Wenn Ihr aber Millionen von Näglen mit einem Dauermagneten magnetisieren wollt, dann könnt ihr sicher sein, dass auch der Dauermagnet in die Knie gehen wird.

Er wird seinen magnetischen Fluss auf jeden Nagel übertragen, dass zwar nur ein bischen Energie, was er dazu verbraucht...nahezu unmerklich für den Dauermagnet, aber die Menge macht es.

Das Produkt B*H ist die Energie


Anderes Beispiel:

Schüttelt mal einen Dauermagneten....es wird nichts passieren oder?

Was ist denn schütteln? Das ist Aufbringen einer Beschleunigung. Dann bringt das mal ins Extreme: haut einen Magneten kräftig auf einen Stein.
Er wird, wenn ihr kräftig genug haut seine Megnetkraft verlieren oder zumindest verringern.

Oder macht ein Feuer, werft den Magneten rein. Er wrd ebenfalls seine Magentkraft verlieren.

Was ist passiert?
Ihr habt dem Mangenten Energie zugeführt, die van-Leuvenhooksche Molekularbewegung hat die Blochwände (das sind die "Magnetträger") haben sich beleibig angeordnet...Werner hier ist Deine Entropie zu finden.... und die magnetische Eigenschaft ist flöten oder zumindest verringert.

Lebensdauer Zahlen kenne ich keine, ich sagte das schon einmal.

Gruß

Wilfried

[gravi]

Danke für Deine Erklärungen, lieber Wilfried, das war wieder sehr informativ!

Du hast da ganz schön interessante Sachen angeführt - eine Röhre, die 260 Watt macht? Alle Achtung!!!
Aus Zeitmangel fasse ich mich aber kurz.

@Fischermanns:

Dass ein Schatten vor dem Flieger zu sehen ist verstehe ich noch, dass ein Schatten vor dem Flieger zu sehen war, ist mir noch nicht ganz klar.

Das verstehe ich irgendwie nicht. Der Schatten ist einfach dem Flieger vorausgeeilt...vielleicht erklärst Du nochmals genauer, was Du meinst.

Gruß
gravi

[Fischermanns]

Hallo gravi,

da ist etwas schiefgelaufen. Ich wollte folgendes sagen: Dass ein Schatten zu sehen ist verstehe ich; den Schatten vor dem Flieger nicht vollständig.Sorry, dass da was doppelt geschrieben wurde.

Paul

[gravi]

Macht doch nichts

Den Schatten vor dem Flieger kann man - wie Wilfried es so schön im betreffenden posting beschrieben hat - nur unter ganz bestimmten Bedingungen sehen, Cirrus- Wolken, Winkel der einfallenden Sonnenstrahlen usw.

Gruß
gravi