Il fenomeno della densità di flusso B in ritardo rispetto alla forza magnetizzante H in un materiale magnetico è noto come isteresi magnetica. La parola isteresi deriva dalla parola greca Hysterein che significa restare indietro.
In altre parole, quando il materiale magnetico viene magnetizzato prima in una direzione e poi nell’altra direzione, completando un ciclo di magnetizzazione, si trova che la densità di flusso B resta indietro rispetto alla forza di magnetizzazione applicata H.
Ci sono vari tipi di materiali magnetici come i materiali paramagnetici, diamagnetici, ferromagnetici, ferromagnetici e antiferromagnetici. I materiali ferromagnetici sono principalmente responsabili della generazione del ciclo di isteresi.
Quando il campo magnetico non è applicato il materiale ferromagnetico si comporta come un materiale paramagnetico. Questo significa che nella fase iniziale i dipoli del materiale ferromagnetico non sono allineati, sono posizionati in modo casuale.
Non appena il campo magnetico viene applicato al materiale ferromagnetico, i suoi momenti di dipolo si allineano in una direzione particolare come mostrato nella figura sopra, con conseguente campo magnetico molto più forte.
Contenuti:
- Magnetismo residuo
- Forza coercitiva
- Materiale magnetico morbido
- Materiale magnetico duro
- Applicazioni dell’isteresi magnetica
Per capire il fenomeno dell’isteresi magnetica, consideriamo un anello di materiale magnetico avvolto uniformemente con solenoide. Il solenoide è collegato a una sorgente DC attraverso un interruttore reversibile a doppio polo e doppio tiro (D.P.D.T) come mostrato nella figura seguente:
Inizialmente, l’interruttore è in posizione 1. Diminuendo il valore di R il valore della corrente nel solenoide aumenta gradualmente determinando un graduale aumento dell’intensità di campo H, anche la densità di flusso aumenta fino a raggiungere il punto di saturazione a e la curva ottenuta è ‘oa’. La saturazione si verifica quando, aumentando la corrente, il momento di dipolo o le molecole del materiale magnetico si allineano in una direzione.
Ora, diminuendo la corrente nel solenoide a zero, la forza magnetizzante si riduce gradualmente a zero. Ma il valore della densità di flusso non sarà zero perché ha ancora il valore ‘ob’ quando H=0, quindi la curva ottenuta è ‘ab’ come mostrato nella figura sottostante. Questo valore ‘ob’ della densità di flusso è dovuto al magnetismo residuo.
Magnetismo residuo
Il valore della densità di flusso ob trattenuto dal materiale magnetico è chiamato magnetismo residuo, e il potere di trattenerlo è conosciuto come Retentività del materiale.
Ora per smagnetizzare l’anello magnetico, la posizione dell’interruttore reversibile D.P.D.T viene cambiata in posizione 2 e quindi, la direzione del flusso della corrente nel solenoide viene invertita con conseguente forza di magnetizzazione inversa H.
Quando H viene aumentato in direzione inversa, la densità di flusso inizia a diminuire e diventa zero (B=0) e la curva mostrata sopra segue il percorso bc. Il magnetismo residuo del materiale viene rimosso applicando la forza magnetizzante nota come forza coercitiva nella direzione opposta.
Forza coercitiva
Il valore della forza magnetizzante oc richiesto per cancellare il magnetismo residuo ob è chiamato forza coercitiva mostrata dal colore rosa nella curva di isteresi mostrata sopra.
Ora per completare il ciclo di isteresi la forza magnetizzante H viene ulteriormente aumentata in direzione inversa fino a raggiungere il punto di saturazione d ma in direzione negativa, la curva traccia il percorso cd. Il valore di H è ridotto a zero H=0 e la curva ottiene il percorso de, dove oe è il magnetismo residuo quando la curva è in direzione negativa.
La posizione dell’interruttore è cambiata di nuovo a 1 dalla posizione 2 e la corrente nel solenoide è nuovamente aumentata come nel processo di magnetizzazione e a causa di questo H è aumentato in direzione positiva tracciando il percorso come ‘efa’, e infine, il ciclo di isteresi è completo. Nella curva ancora ‘di’ è la forza magnetizzante, conosciuta anche come la forza coercitiva richiesta per rimuovere il magnetismo residuo ‘oe’.
Qui la forza coercitiva totale richiesta per cancellare il magnetismo residuo in un ciclo completo è indicata da ‘cf’. Dalla discussione di cui sopra, è chiaro che la densità di flusso B è sempre in ritardo rispetto alla forza magnetizzante H. Quindi il ciclo ‘abcdefa’ è chiamato ciclo di isteresi magnetica o curva di isteresi.
L’isteresi magnetica porta alla dissipazione di energia sprecata sotto forma di calore. L’energia sprecata è proporzionale all’area del ciclo di isteresi magnetica. Principalmente ci sono due tipi di materiale magnetico, materiale magnetico morbido e materiale magnetico duro.
Materiale magnetico morbido
Il materiale magnetico morbido ha un ciclo di isteresi magnetica stretto come mostrato nella figura sottostante che ha una piccola quantità di energia dissipata. Sono costituiti da materiali come ferro, acciaio al silicio, ecc.
- È utilizzato nei dispositivi che richiedono campi magnetici alternati.
- Ha una bassa coercitività.
- Bassa magnetizzazione
- Bassa ritentività
Materiale magnetico duro
Il materiale magnetico duro ha un ciclo di isteresi più ampio come mostrato nella figura sottostante e risulta in una grande quantità di dissipazione di energia e il processo di smagnetizzazione è più difficile da raggiungere.
- Ha un’alta retentività
- Alta coercività
- Alta saturazione
Applicazioni dell’isteresi magnetica
- Il materiale magnetico con un ciclo di isteresi più ampio è usato in dispositivi come il nastro magnetico, hard disk, carte di credito, registrazioni audio perché la sua memoria non si cancella facilmente.
- I materiali magnetici che hanno un ciclo di isteresi stretto sono usati come elettromagneti, solenoidi, trasformatori e relè che richiedono una minima dissipazione di energia.