Wat is magnetisme ?

Wat is het aantrekkelijke, fysische principe van magneetkracht?

Magnetisme is het fysieke principe dat wij gebruiken om producten te ontwerpen die uw problemen oplossen, zoals het handlenheffen of transporteren van metalen. Of het filteren van ferroverontreinigingen uit uw productstromen. Maar ook het recyclen of sorteren van afval- of grondstofstromen.

Over magnetisme | Goudsmit Magnetics

Magnetiet

Alternatieve namen: loodsteen, magnetisch ijzererts

Al in de oudheid ontdekte men dat magnetietkristallen elkaar aantrekken of afstoten, afhankelijk van de oriëntatie. Dit natuurkundige verschijnsel noemen we magnetisme. Magnetiet is, evenals magnesium genoemd naar Magnesia, een gebied in Thessalië in het oude Griekenland, waar veel magnetisch gesteente voorkomt.

 

Verantwoordelijk voor het magnetisme van magnetiet is het aanwezige ijzer. Veel ijzerlegeringen vertonen magnetisme. Naast ijzer vertonen ook nikkel, kobalt en gadolinium magnetische eigenschappen.

Magnetiet en paperclip | Goudsmit Magnetics

Ferromagnetische materialen

'Hard' of 'zacht' magnetisch?

Van alle magnetische materialen zijn ferromagnetische materialen de enige materialen die sterk genoeg zijn om door een magneet te worden aangetrokken of om zelf als magneetmateriaal te worden gebruikt.

 

We verdelen ferromagnetische materialen in magnetisch zachte materialen, zoals gegloeid ijzer, die te magnetiseren zijn, maar niet magnetisch blijven en magnetisch harde materialen die wél magnetisch blijven. 

 

Terug naar boven

Permanent magnetisme

Ferromagnetisch harde materialen kunnen magnetisch blijven

Een permanente magneet is een ferromagnetisch hard materiaal. Het behoudt zijn permanente magnetische eigenschappen na magnetisatie gedurende lange tijd, en heeft voldoende weerstand tegen demagnetisatie.

 

Alle magneten hebben 2 polen die we noordpool (N) en de zuidpool (S) noemen. Noord- en zuidpolen trekken elkaar aan, waarbij de aantrekking afneemt met het kwadraat van de afstand ertussen.

 

De noordpool van een magneet stoot de noordpool van een andere magneet af, en trekt de zuidpool van een andere magneet aan. 2 Zuidpolen stoten elkaar ook af.

 

Magnetische veldlijnen

Veldlijnen zijn denkbeeldige lijnen die de richting van het magnetisch veld op een bepaald punt aangeven. Ze worden zichtbaar door een blad papier op een magneet en zijn magneetveld te leggen, en daar wat fijn ijzervijlsel op te strooien. Het ijzervijlsel zal zich groeperen langs de veldlijnen waardoor ze te zien zijn. Een kompasnaald richt zich ook naar de veldlijnen, waardoor u ze ook op die manier kunt volgen.

 

De veldlijnen definiëren zowel pad als richting: buiten de magneet gaan ze van noord naar zuid en binnen de magneet van zuid naar noord. De dichtheid van de magnetische veldlijnen geeft de sterkte van het magneetveld of fluxdichtheid weer.

 

Terug naar boven

Magnetisch veld N-S met veldlijnen | Goudsmit Magnetics

Goudsmit permanente magneten

Verschillende magneetmaterialen en kwaliteiten beschikbaar

Goudsmit magneten zijn van zo'n hoge kwaliteit dat ze in de tijd nauwelijks verlies van magneetkracht hebben. Voorwaarde is wel dat u ze toepast binnen de opgegeven specificaties zoals temperatuurbereik en externe magneetvelden.

 

Wij leveren en gebruiken magneten in 4 soorten legeringen in onze systemen. Elke legering dient een bepaald doel. De belangrijkste verschillen zitten in de sterkte en weerstand tegen demagnetiseren. De weerstand tegen demagnetiseren is afhankelijk van het materiaal/kwaliteit en de verhouding tussen de afmetingen.

 

Bij alle magneten neemt de magneetkracht af bij het verhogen van de temperatuur. Sommige materialen hebben hier meer last van dan andere. De weerstand tegen demagnetiseren neemt over het algemeen af bij verhogen van de temperatuur. Uitzondering is ferriet, waarbij de weerstand tegen demagnetiseren juist afneemt bij het verlagen van de temperatuur.

 

Klik op een magneetmateriaal voor meer informatie over de legering, zijn verschillende kwaliteiten en specifieke toepassingen.

Terug naar boven

Goudsmit permanent magneten | Goudsmit Magnetics

De aarde is een magnetisch veld

Geografische noord- en zuidpool

De aarde heeft ook een magneetveld: een magnetische zuidpool vlak bij de geografische noordpool en een magnetische noordpool vlakbij de geografische zuidpool. Daarom zal een vrij ronddraaiende magneet altijd de noord-zuidrichting aannemen. De poolnamen van een magneet zijn hiervan afgeleid. Verwarrend is wel dat we de zuidpool van de aardemagneet magnetische noordpool noemen en de noordpool van de aardemagneet de magnetische zuidpool.

 

Terug naar boven

Kompas | Goudsmit Magnetics

Invloed van magnetisme

De reactie van verschillende materialen op magnetisme

Ferromagnetische materialen zijn de enige materialen zijn die sterk genoeg zijn om door een magneet te worden aangetrokken (dus om gezien te worden als magnetisch). Maar ook alle andere stoffen reageren zwakjes op een magnetisch veld, via een of meerdere andere soorten van magnetisme.

 

Als we materiaal blootstellen aan een magnetisch veld, dan kan het daarop op verschillende manieren reageren. We onderscheiden de volgende soorten magnetisme:

  • Diamagnetisme
  • Ferromagnetisme
  • Anti-ferromagnetisme
  • Ferrimagnetisme
  • Paramagnetisme
    • Pauli-paramagnetisme
    • Superparamagnetisme
  • Spinglas-magnetisme

Als we spreken van magnetisch materiaal, dan bedoelen we dat het ferro- of ferrimagnetisch gedrag vertoont. De krachten die bij dia- en paramagnetisch gedrag optreden, zijn veel kleiner en hierbij vertoont het materiaal geen eigen spontaan magnetisch veld. Wij beschouwen ze daarom als niet-magnetisch. Diamagnetische materialen hebben de neiging de veldlijnen uit hun binnenste te verdringen, terwijl ze zich binnen ferro-, ferri- en paramagnetische materialen juist concentreren.

 

Een praktijkvoorbeeld van diamagnetisme: water is zwak diamagnetisch, ongeveer 40 keer minder diamagnetische dan bijvoorbeeld pyrolytische koolstof. Maar dit is voldoende om lichte voorwerpen die veel water bevatten, te kunnen laten zweven als ze zich in een sterk magnetisch veld bevinden.

 

Deze kikker ging bijvoorbeeld zweven met behulp van een 16 tesla elektromagneet op het High Field Magnetic Laboratorium van de Radboud Universiteit Nijmegen in Nederland.

 

Terug naar boven

Kikker magnetisch zwevend | Goudsmit Magnetics

Magnetiseren van magneten

Magnetisatierichting - anisotroop - isotroop

De meest gebruikte permanente magneten zijn anisotroop. Dat betekent dat de magneet een voorkeursrichting heeft en uitsluitend over één as gemagnetiseerd kan worden. Het is wel mogelijk de magneet om te polen, zodat de noord- en zuidpool wisselen van plaats. Goudsmit heeft hele sterke magnetiseerapparatuur die permanente magneten maximaal (tot verzadigdsniveau) kunnen magnetiseren.

 

Het magnetiseren van magneten doen we door de magneet in een spoel te plaatsen. Met een pulsgenerator sturen we vervolgens gedurende een hele korte tijd een hoge stroom door de spoel. Hierdoor wekt de spoel heel kort een heel sterk magnetisch veld op, en neemt de magneet de richting van dat magneetveld over.

 

Ferriet magneten zijn ook leverbaar in isotroop uitvoering. Deze magneten zijn niet in een magneetveld geperst en zijn daardoor later nog in alle richtingen te magnetiseren.

 

Ook zijn segmentvormige ferriet en Neoflux® magneten leverbaar die radiaal anisotroop zijn, en dus uitsluitend radiaal te magnetiseren.

 

Terug naar boven

(De-) Magnetiseercurve

Hysterese in ferromagnetische materialen - BH curve = hysteresecurve

In ferromagnetisch materiaal is sprake van 'hystere'. Dit ziet u in onderstaande figuur. Op de x-as staat de "magnetische veldsterkte H en op de y-as de mate van magnetisatie (magnetische fluxdichtheid). Als er geen magnetisch veld is, is er in het begin ook geen magnetisatie, en zijn we in de oorsprong van de grafiek.

 

Zodra we een magnetisch veld aangeleggen, wordt de ferromagneet magnetisch. Dit gaat door totdat alle 'Weissgebieden' in het materiaal dezelfde kant op staan. Het materiaal is nu maximaal gemagnetiseerd en verhoging van het magnetisch veld heeft geen invloed meer op de mate van magnetisatie. Als we het magnetisch veld verlagen, blijven de meeste Weissgebiedjes op hun plek.

 

Als het veld negatiever wordt, verandert de totale magnetisering ook van richting. Dit gaat door totdat alle spins de andere kant op staan en de magnetisatie volledig is omgedraaid. Dan is het product gedemagnetiseerd.

 

Hysteresecurve (BH curve)

Als we een periodiek wisselend extern magneetveld aanleggen, dan doorloopt de magnetisering van een ferromagnetisch materiaal een magnetiseringscurve. Uitgaand van 'maagdelijk' materiaal zonder netto magnetisering wordt bij de eerste keer dat we dit doen de blauwe curve doorlopen. Als we de verzadigingsfluxdichtheid bereiken - bij magnetische veldsterkte Hs - neemt de magnetisering niet verder toe.

 

Als we vervolgens het veld omkeren, dan is de magnetisering bij veldsterkte H = 0 nog niet geheel tot nul afgenomen. Er blijft dan een remanente veldsterkte BR over, ten gevolge van het nog niet weer in de oorspronkelijke toestand komen van de 'gebiedjes van Weiss'.

 

Pas als de extern opgelegde veldsterkte een tegengesteld gerichte waarde - de coërcitieve veldsterkte Hc - heeft bereikt, wordt magnetisering B = 0. Het product is gedemagnetiseerd. De oppervlakte van de doorlopen lus bij wisselende magnetisering is een maat voor het verlies. Materialen met lage waardes van Hc en dus kleine hystereselussen noemen we zacht magnetische materialen. Als Hc zeer groot is, dan spreken we van hard magnetisch materiaal.

 

Remanentie, Br

Remanentie is de magnetische inductie in magneetmateriaal bij veldsterkte nul (H=0) en ná volledige verzadiging.

 

Terug naar boven

 

Hysteresecurve (BH curve)

Hysteresecurve / BH curve | Goudsmit Magnetics

Ferrometalen

Metalen met magnetische eigenschappen

IJzer, kobalt en nikkel behoren tot de ferrometalen. Op grond van zijn magnetische eigenschappen wordt gadolinium soms ook tot de ferrometalen gerekend. Alle overige metalen noemen we non-ferrometalen.

 

Ferrometalen spelen een belangrijke economische rol. Dit komt niet door hun schaarste, maar eerder door hun overvloed. Die heeft geleid tot de ontwikkeling van ontelbare technische toepassingen. Daarom bepaalt de kwantiteit van ferrometalen hun economische waarde. Non-ferrometalen komen veel minder voor, waardoor juist de kwaliteit hun waarde bepaalt: er is weinig beschikbaar en de vraag is groot.

 

In de afvalverwerking is het onderscheid tussen de ferro-metalen en de non-ferrometalen economisch belangrijk. Daarom is het aantrekkelijk om deze twee materialen al in een vroeg stadium van de recycling te scheiden. Dit kunt u doen met recycling & sorting magneten.

 

Terug naar boven

Ongewenst magnetisme

Ongewenst magnetisch worden van ferromagnetische materialen

Ferromagnetische - of magnetisch geleidende - materialen zoals ijzer en staal kunnen erg gemakkelijk magnetisch worden. Afhankelijk van het soort materiaal of legering blijft het product magnetisch; dit noemen we remanent magnetisme. Ook niet-ferritisch roestvast staal kan door bijvoorbeeld vervormen of lassen magnetisch worden.

 

Het magnetisme dat wordt opgenomen is vaak afkomstig van andere magnetische bronnen, zoals hefmagneten, opspantafels, luidsprekers of magnetische transportsystemen. Maar ook magneetvelden rond transformatoren, laskabels en lasprocessen kunnen een magnetische bron vormen. Daarnaast kunnen bepaalde bewerkingen, zoals boren, slijpen, zagen en schuren van het materiaal voor remanent magnetisme zorgen. Dat kan dus zelfs bij roestvast staal optreden.

 

De gevolgen van restmagnetisme kunnen vervelend of zelfs zeer kostbaar zijn. Een moertje dat aan een schroevendraaier blijft kleven is handig. Twee plakkende producten in een matrijs leggen de productie stil en kosten geld. Verdere mogelijke gevolgen van ongewenst magnetisme: een ruw oppervlak na galvaniseren, lasnaden die eenzijdig vastzitten, hoge slijtage bij lagers, of spanen die blijven kleven.

 

Door het materiaal te demagnetiseren voorkomt u deze gevolgen.

 

Terug naar boven

Ongewenst magnetism - demagnetiseren | Goudsmit Magnetics

Verlies van magnetische eigenschappen

Irreversibel verlies

Als we de temperatuur verhogen tot de Curietemperatuur, dan verliest de magneet permanent zijn magnetisme. De atomen trillen dan zo intens dat er geen globale oriëntatie meer is, waardoor de magneet demagnetiseert. Hetzelfde kan gebeuren als gevolg van mechanische schokken, oxidatie of blootstelling aan zeer sterke externe velden.

 

Dit verlies is onherstelbaar = irreversibel.

 

Daartegenover staat reversibel verlies: tijdelijk verlies van magnetisme door bijvoorbeeld verandering van temperatuur. Dit verlies is herstelbaar door afkoeling en/of opnieuw magnetiseren.

 

Terug naar boven

Elektromagnetisme

Magnetisme, gegenereerd door een elektrische stroom

Elektromagnetisme ontstaat door een elektrische stroom. Eigenlijk ontstaat alle magnetisme door roterende en ronddraaiende elektrische ladingen in kringstromen.

 

Fysica van elektromagnetisme

Als we een elektrische stroom laten lopen door een geleidende draad, dan wekken we rondom die draad een magnetisch veld op. De opgewekte magnetische fluxdichtheid B geven we weer in tesla (T), gauss (G = Vs/m2) of weber (Wb/m2):

 

Φ = L * I

B = ΔΦ/ΔS   , met ΔS als oppervlakte [m2].

waarin:

Φ   de magnetische flux in weber (Wb)
L    de zelfinductie in henry (H)
I     de stroomsterkte in ampère (A)

 

We krijgen een sterk magnetisch veld door hoge stromen of een hoge zelfinductie. Hoge stromen zijn niet altijd toepasbaar of wenselijk; ze kunnen gevaarlijk zijn en warmte opwekken. Daarom wekken we een hoge zelfinductie op door een draad rond een ijzeren kern te winden, ook wel 'spoel' genoemd. De velden die bij elke wikkeling worden gegenereerd, werken samen, wat resulteert in een sterk en onschadelijk magnetisch veld.

 

Terug naar boven

Elektromagnetisme - BI - rechterhandregel | Goudsmit Magnetics

Elektromagneten

Magnetisme door elektrische stroom

Elektromagneten worden pas magnetisch onder invloed van een elektrische stroom.

 

Ze hebben vaak de voorkeur boven permanente magneten als er een heel sterk en diep magnetisch veld nodig is. Een belangrijk voordeel van een elektromagneet ten opzichte van een permanente magneet, is dat u het magnetisch veld snel kunt uitschakelen of veranderen door het regelen van de hoeveelheid elektrische stroom in de wikkelingen.

 

Elektromagneten bestaan in het algemeen uit een kern van ferromagnetisch materiaal, bijvoorbeeld weekijzer, waaromheen een spoel is gewikkeld. De kern is alleen magnetisch zolang er een elektrische stroom door de spoel loopt.

 

Terug naar boven

Elektro potmagneet & grote elektromagnetische spoel | Goudsmit Magnetics

Magnetische fluxdichtheid B

Een maat voor de magneetsterkte

De fluxdichtheid is de hoeveelheid magnetische veldlijnen die op een bepaald punt door een oppervlak lopen. De SI-eenheid is T (tesla), wat gelijk staan aan weber per vierkante meter (Wb/m2). De eenheid in het CGS-systeem is G (gauss). 1 tesla is gelijk aan 10.000 gauss.

 

Op elk punt in een magnetisch veld kunt u de magnetische fluxdichtheid zien als een vector in de veldrichting, met een grootte gelijk aan de Lorentzkracht die een stroomdraad ondervindt als deze loodrecht op de veldlijnen staat.

 

Hoe hoger de fluxdichtheid, hoe sterker de magneet op dat punt is, en des te beter hij op dit punt ijzerdeeltjes kan vasthouden.

 

Goudsmit kan de fluxdichtheid berekenen met de Eindige Elementen Methode (FEM berekening). Dit zorgt ervoor dat we sneller en beter de juiste magneet kunnen ontwikkelen voor een nieuw of bestaand product of toepassing. Hier leest u meer over magneetberekeningen en -simulaties.

 

Terug naar boven

Wervelstroom / Eddy current / Foucaultstroom

Inductiestromen, opgewekt door een wisselend magneetveld

Een eddy current is een inductiestroom, opgewekt door een wisselend magneetveld om een stroomgeleidend materiaal.

 

Andere termen voor wervelstromen zijn eddy currentsFoucaultstromen of Foucaultse stromen. Het zijn elektrische stromen die bedoeld of onbedoeld geïnduceerd worden in een platte geleider. Het is een natuurkundig verschijnsel dat optreedt wanneer bijvoorbeeld in een metalen plaat zich een veranderlijk magnetisch veld bevindt. Dit kan een wisselend veld van een elektrische spoel zijn, maar ook een beweging waarbij de plaat de veldlijnen snijdt. Als een geleider magnetische veldlijnen snijdt, dan ontstaat een stroom in de geleider.

 

Voor onze eddy current scheiders maken we gebruik van dit principe om non-ferrometalen te scheiden van materiaalstromen voor recycling doeleinden.

 

Terug naar boven

Magnetisme meten

Gauss- of teslameter

De eenvoudigste manier om magnetisme vast te stellen is met een paperclip. Door deze aan een dun touwtje dicht boven het oppervlak te bewegen kunt u ontdekken waar deze magnetisch is. Als het product de paperclip aantrekt, en ook nog blijft plakken, dan is de magnetische fluxdichtheid minstens 20 gauss. Lager dan 20 gauss laat de paperclip los en boven de 40 gauss zit hij stevig vast.

 

IJzervijlsel wordt al vastgehouden vanaf 10 gauss. Dit is erg weinig, omdat het aardmagnetisme (afhankelijk van de plaats op aarde) ongeveer 0,5 gauss is.

 

Met een gauss- of teslameter, ook wel magneetveldmeter genoemd, kunnen we de exacte veldsterkte of richting van het veld meten.

 

Terug naar boven

Magnetisme / gaussmeter / teslameter | Goudsmit Magnetics

Gevaar voor magnetisme

Gevaar voor magneetveld

Neodymium-ijzer-borium of Nd-Fe-B magneten zijn bij Goudsmit ook bekend onder de merknaam Neoflux®. Deze magneten zijn zeer sterk. Neodymium magneten kleiner dan een cent kunnen 10 kilo tillen!

 

Deze magneten zijn daardoor ook gevaarlijk, want vingers en huid kunnen beklemd raken wanneer ijzer/staal en magneet elkaar aantrekken.

 

Neodymium magneten zijn vervaardigd met speciale poeders en coatings en zijn daardoor bros en breekbaar. Ze kunnen gemakkelijk breken bij temperaturen boven de 150 ºC of wanneer zij tegen elkaar klappen. Wanneer zij breken, gebeurt dit zo plotseling en heftig dat rondvliegende deeltjes oog- of ander letsel kunnen veroorzaken.

 

Neodymium magneten dient u bovendien altijd ver van elektrische apparaten, magnetische (bank)passen, oude (diepe) monitoren, pacemakers, horloges, en dergelijke te houden, omdat zij anders blijvende schade aan deze apparaten kunnen aanrichten.

 

Terug naar boven

 

Enkele magneetgerelateerde waarschuwings- en verbodstekens die u kunt aantreffen of zelf aanbrengen:

Gevaar voor magneetveld | Goudsmit Magnetics