Glossario

Glossario 2018-08-31T09:54:43+00:00

Fino alla metà del diciannovesimo secolo si considerava il magnetismo un fenomeno fisico separato dai fenomeni elettrici. In realtà i processi che regolano il magnetismo nei materiali sono legati a quelli elettrici mediante le equazioni di Maxwell. Per una migliore comprensione del comportamento dei magneti, riportiamo qui di seguito alcuni termini tecnici descritti in modo preciso, ma comprensibili anche a chi si avvicina per la prima volta a questo argomento.

Anistropia

È la direzione preferenziale lungo la quale può essere orientato un magnete permanente. Alcuni materiali ne sono dotati e quindi detti “anisotropi”, altri no (“isotropi”). Tale orientamento preferenziale può essere dovuto al processo produttivo oppure alla struttura del materiale magnetico. Lungo la direzione di anisotropia si ottengono i maggiori valori delle proprietà del magnete anisotropo.

B

(vedi Induzione Magnetica)

Bario

Elemento chimico del II° gruppo (alcalino terrosi). Il minerale più importante è la barite. Viene aggiunto sotto forma di carbonato di bario nella produzione dei magneti all’ossido di ferro; durante la sinterizzazione produce il composto BaFe12O19 (ferrite di bario).

(B•H)max

È il massimo prodotto di energia ottenibile da una tipologia di magnete permanente. Quindi il massimo dei valori del prodotto B • H nella curva di smagnetizzazione (2° quadrante del ciclo di isteresi). Il prodotto B • H rappresenta una densità di energia per unità di volume. Genericamente possiamo affermare che tanto maggiore è il valore di (B • H)max, tanto minore potrà essere, a parità di rapporti geometrici, il volume di magnete necessario per una determinata applicazione.

Calibratura (magnetica)

È un procedimento con il quale è possibile minimizzare le tolleranze delle proprietà magnetiche di un magnete permanente. Viene sempre più richiesta per poter regolare il flusso magnetico con una tolleranza più stretta dell’usuale (ad esempio in alcuni motori elettrici, sensori magnetici o relè).

Ciclo di isteresi

Si ottiene tracciando l’induzione magnetica B al variare dell’intensità di campo magnetizzante H, per H prima positivo, magnetizzazione, e poi negativo, smagnetizzazione. Può essere realizzato per B o per J.

Circuito magnetico

Percorso del flusso magnetico attraverso le parti ferromagnetiche dolci (equiparabili ai conduttori in un’analogia con un circuito elettrico), non magnetiche (traferri: equiparabili a resistenze di un circuito elettrico) e i magneti permanenti (equiparabili a generatori di un circuito elettrico) del dispositivo magnetico da analizzare.

Coefficiente di temperatura

Nei materiali magnetici è la variazione della induzione residua Br o della forza coercitiva Hc che si ottiene al variare della temperatura: è un coefficiente molto importante in quanto i magneti permanenti possono avere comportamenti diversi a diverse temperature.

Curva di smagnetizzazione

Parte del ciclo di isteresi relativa al secondo quadrante, laddove il valore del campo H è negativo. Le principali proprietà deducibili da questa curva sono Br (rimanenza), Hc (forza coercitiva) e il massimo prodotto di energia (BH max). La designazione secondo DIN 17410 consiste in due cifre, ad es. 28/26: la prima è il valore minimo del prodotto d’energia (B • H)max in kj/m3 e la seconda il valore minimo della forza coercitiva jHc in kA/m, divisa per 10, nel sistema di misura SI. Esempio: 28/26 significa (B • H)max minimo 28 kj/m3 − jHc minimo 26 • 10 − 260 KA/m

Densità

Peso specifico dato in Kg/m3, in g/cm3 o Kg/dm3 (1 g/cm3 = 1 Kg/dm3 =103 Kg/m3)

Densità di flusso

Densità di flusso dell’induzione magnetica B. Nel caso in cui B sia uniforme nell’attraversare una superficie A, è pari al rapporto tra il flusso e la superficie A.

Direzione preferenziale di magnetizzazione

La direzione di magnetizzazione lungo la quale il magnete raggiunge i migliori valori in termini di Br, Hc e BHmax (si veda anche “anisotropia”) ed è legata alle caratteristiche del magnete; è ottenuta mediante un pre-orientamento magnetico del materiale. Spesso nei magneti a simmetria circolare è assiale. Nei magneti a sezione rettangolare viene richiesta frequentemente lungo lo spessore minimo. Nei segmenti di arco la direzione è diametrale (cioè per linee parallele al diametro) o radiale.

Energia immagazzinata (B•H)

Moltiplicando i valori di induzione B e della intensità di campo H si ottiene una grandezza legata alla densità di energia per unità di volume. Vedasi anche valore (B • H)max.

Fattore di smagnetizzazione (N)

È un coefficiente che dipende dalla sola geometria del magnete ed esprime la possibilità di ottenere buone prestazioni dalla geometria del magnete o del circuito magnetico. Se si unisce il punto di lavoro del magnete con l’origine del sistema di coordinate B-H, si ottiene la retta di lavoro o retta di carico. N è adimensionale ed assume valori tra 0 (circuito magnetico chiuso) e 1 (circuito magnetico completamente aperto). È legato alla permeanza dalla relazione: P=1−1/N

Ferrite dura

Ferrite di bario, di stronzio o di piombo, con formula chimica MeO • 6Fe2O3, dove MeO rappresenta un ossido metallico. Tutti i magneti permanenti in ferrite dura sono esagonali ad es. BaO • 6Fe2O3 oppure SrO • 6Fe2O3. La formula completa è del tipo MeFel2Ol9.

Ferromagnetismo

Materiale con permeabilità relativa di molto superiore a 1, il cui comportamento può essere descritto mediante l’azione congiunta di domini magnetici dotati ciascuno di momenti magnetici elementari. I magneti permanenti hanno permeabilità di poco superiore a uno, mentre i materiali ferromagnetici dolci (es. il ferro) hanno permeabilità relativa molto superiori a uno (da 10^2 a 10^6).

Flusso magnetico

Flusso dell’induzione magnetica B attraverso una data superficie A. È pari, in caso di omogeneità di B sulla superficie A, a B • A, altrimenti è pari all’integrale matematico di B sulla superficie A. La sua unità di misura nel sistema SI è il Wb (Weber) equivalente al Vs (Volt secondo).

Flussometro

Strumento di misura del flusso magnetico: la misura si ottiene integrando elettronicamente o per via digitale i valori di tensione ai capi della spira con la quale si misura il flusso.

Flusso utile

Parte del flusso magnetico totale che attraversa il traferro utile del circuito magnetico analizzato. La parte restante del flusso viene detta flusso disperso.

Forza coercitiva

È il valore di intensità di campo magnetizzante H che consente di annullare la densità di flusso B nel ciclo di isteresi. Si distinguono le forze coercitive intrinseca, HcJ, ed estrinseca, HcB. Questa distinzione è tecnicamente importante per tutti i magneti con grande forza coercitiva. La forza coercitiva HcJ si rileva dal ciclo di isteresi di J, il valore di HcB dal ciclo di isteresi di B. L’unità di forza coercitiva viene data in KA/m, oppure in A/m, o in Oersted.

Gaussmetro

Strumento di misura della densità di flusso B: normalmente sfrutta l’effetto Hall dei semiconduttori; indica direttamente, senza movimento della sonda di misura, la densità di flusso magnetico.

H

Intensità del campo magnetico: questa grandezza stabilisce come viene sollecitato magneticamente un materiale. H dipende strettamente dalla corrente circolante in un avvolgimento in prossimità del materiale sottoposto ad una determinata intensità di magnetizzazione H.

Induzione magnetica (B)

È la grandezza che evidenzia lo stato di magnetizzazione di un materiale magnetico: la sua definizione primaria si basa sull’effetto che ha un campo di induzione pari a 1 Wb/m2 su un conduttore percorso da corrente. Unità Tesla (T=Wb/m2). B = µoH+J.

Magnetizzazione

Per magnetizzare un magnete permanente viene impiegato un campo esterno di intensità di alcune volte superiore alla forza coercitiva del materiale stesso. La durata della magnetizzazione è in genere molto breve, da pochi microsecondi a pochi secondi.

Maxwell

Unità di misura del flusso magnetico nel sistema CGS (vedasi anche flusso magnetico) ed è pari a 10−8 Tesla • m2.

Oersted

Unità di misura della intensità di campo coercitivo H in CGS. Il nome deriva dal fisico danese Hans Christian Oersted.

Perdite irreversibili

Perdite delle proprietà del magnete ad elevata temperatura, proprietà successivamente non più recuperabili al valore iniziale con il ritorno alla temperatura di partenza (normalmente quest’ultima è la temperatura ambiente). Nel caso della ferrite l’induzione residua decade all’abbassarsi della temperatura.

Permeabilità (μ)

È il rapporto tra l’induzione magnetica B ed il campo magnetico H. Può essere interpretata come una sorta di “conducibilità” magnetica. Nel vuoto è una costante: (µo = 1,256 H/m (T / A/m). Viene spesso usata la definizione di permeabilità relativa µr data dalla relazione µr=µ / µo =B / µo H.
Si distinguono materiali diamagnetici (µr<1), materiali paramagnetici (µr>1), e materiali ferromagnetici (µr>>1) da 102 a 106).

Permeabilità di recoil (µp)

È la permeabilità di un magnete permanente nel secondo  quadrante del ciclo di isteresi.

Permeanza

Rapporto tra l’induzione B e il prodotto tra µoH in una parte del circuito magnetico. Tanto maggiore è il modulo della permeanza, tanto più si è vicini alla condizione di circuito chiuso.

Polarizzazione magnetica (J)

Contributo del materiale alla densità di flusso: J =B – µo H.

Polo magnetico

Superficie di un magnete permanente attraverso la quale il flusso magnetico esce o entra nel magnete: può essere Nord o Sud.

Punto di lavoro

Punto della curva di smagnetizzazione che rappresenta i valori della densità di flusso B e del campo coercitivo H nello stato di lavoro. Maggiore è la lunghezza del magnete nella direzione di magnetizzazione, tanto più vicino a Br sarà la B nel punto di lavoro. In un circuito magnetico chiuso, il punto di lavoro corrisponde al valore di Br.

Rapporto dimensionale h/D

In un magnete cilindrico è il rapporto tra l’altezza di un magnete (h) e il suo diametro (D), rapporto molto importante in quanto da esso dipendono le prestazioni che si possono ottenere dal magnete. Nelle curve di smagnetizzazione talvolta appaiono i valori h/D in modo tale da indicare il rendimento del magnete.

Reversibile

Reversibile o ripetibile. Un comportamento magnetico termicamente reversibile significa che un magnete, dopo riscaldamento e successivo raffreddamento alla temperatura iniziale, riprende i suoi valori magnetici iniziali.

Rimanenza o induzione residua (Br)

È il valore “Br” pari alla induzione magnetica che si ottiene in un campione di materiale ferromagnetico non sottoposto a campo H, purchè il campione si trovi a circuito magnetico chiuso (senza traferri).

Saturazione

Condizione nella quale nel materiale si ha un aumento di induzione B all’aumentare di H con una pendenza pari a µo. Raggiungendo la condizione di saturazione del magnete si ottengono i massimi valori delle varie proprietà.

Sinterizzazione

Processo di compattamento delle polveri ad alta pressione e alta temperatura, al fine di ottenere materiale compattato ed omogeneizzato. Le temperature di sinterizzazione sono indicativamente: per la ferrite dura circa 1200°C – 1250°C, per magneti in terre rare circa 1050°C – 1200°C.

Smagnetizzazione

Diminuzione della condizione di magnetizzazione di un magnete e quindi delle sue prestazioni, mediante una intensità di campo H opposta alla direzione di magnetizzazione iniziale del  campione; per ottenere una completa smagnetizzazione è necessario un campo oscillante. La smagnetizzazione parziale o totale può avvenire anche in seguito ad un’elevata temperatura: sarà parziale ma irreversibile quando si supera la temperatura massima di lavoro (caratteristica del materiale, ma legata anche alla geometria del campione e al circuito magnetico in cui è inserito), totale quando si supera la temperatura di Curie Tc (caratteristica solo del materiale).

Stabilizzazione magnetica

Per stabilizzare le prestazioni di un magnete è possibile portarlo ad una temperatura definita, vicina a quella massima alla quale il magnete stesso si pensa possa lavorare, oppure immergerlo in un campo magnetico oscillante e generare così una leggera smagnetizzazione del magnete stesso, prevenendo eventuali smagnetizzazioni dovute a cause interne ed esterne.

Stronzio

Elemento chimico del II gruppo (metalli alcalino-terrosi). Proviene dai minerali stronzianite e celestina. Lo stronzio viene aggiunto sotto forma di carbonato di stronzio al posto del bario e conferisce ai magneti in ferrite dura una forza coercitiva particolarmente elevata.

Suscettività magnetica

Descrive la dipendenza tra magnetizzazione e campo magnetico coercitivo.
Relazione: M = X • µtH e µr = X + 1

Temperatura di Curie

La temperatura alla quale un materiale da ferromagnetico diventa paramagnetico e quindi perde molte delle sue proprietà magnetiche. Nome derivato da M.me Curie, fisico e chimico dei primi del 900.

Temperatura di lavoro

La temperatura più elevata alla quale un magnete può essere mantenuto senza che si abbiano perdite di flusso irreversibili (quindi permanenti). La temperatura di lavoro dipende anche dal circuito magnetico nel quale il magnete è impiegato: essa genera più facilmente effetti di smagnetizzazione nel caso in cui la permeanza ha valori bassi, ovvero nel caso in cui il circuito magnetico si avvicina alla condizione di circuito è aperto. Il caso più sfavorevole sarà dunque quello di un magnete singolo con rapporto dimensionale (L/D) molto piccolo.

Tesla

Unità di misura della densità di flusso magnetico o induzione magnetica. 1 T = 1 Vs/m2 = oppure 10.000 Gauss. Nome derivato da Nicola Tesla (1856-1943), fisico serbo.

Traferro

Spazio occupato da materiale amagnetico posto tra gli elementi di un circuito magnetico: costituisce un ostacolo al passaggio del flusso magnetico quindi spesso si tenta di evitare di generare dei traferri in un dispositivo magnetico. L’induzione magnetica nel traferro è tanto maggiore quanto minore è il valore del traferro.

Weber

Unità di misura del flusso magnetico 1 Wb = 1 V s = 108 Maxwell. Nome derivato da Wilhelm Weber.