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Koerzitivfeldstärke: Was ist damit gemeint?

Stärke des entgegengesetzten Magnetfelds, die nötig ist, um die Magnetisierung (oder Flussdichte) eines magnetisierten Werkstoffs wieder auf null zu bringen. Werkstoffe mit kleiner Koerzitivfeldstärke sind weichmagnetisch, solche mit großer hartmagnetisch.

Japanische Bezeichnung: 保磁力

„Koerzitivfeldstärke“ kommt in 6 Übungsfragen aus 2 Themen vor, darunter Magnetische Werkstoffe, Elektronische, magnetische und optische Werkstoffe.

Fachgebiet: Elektronische, magnetische und optische Werkstoffe

Selbst ausprobieren: Fragen zu Koerzitivfeldstärke

Wie ändert sich die Koerzitivfeldstärke von Teilchen eines Ferromagneten, wenn man sie von einigen µm bis auf nm-Größe verkleinert?

  1. ADie Koerzitivfeldstärke ist eine allein durch die magnetokristalline Anisotropie bestimmte Stoffgröße und daher nahezu unabhängig von der Teilchengröße
  2. BJe kleiner die Teilchen, desto weniger Domänenwände gibt es und desto schwerer kehrt sich die Magnetisierung um, sodass die Koerzitivfeldstärke bis in den nm-Bereich stetig zunimmt
  3. CSie wird in der Nähe des kritischen Durchmessers für Eindomänenteilchen maximal und geht bei weiterer Verkleinerung durch Superparamagnetismus gegen null
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Lösung: C. Sie wird in der Nähe des kritischen Durchmessers für Eindomänenteilchen maximal und geht bei weiterer Verkleinerung durch Superparamagnetismus gegen null

Große Teilchen enthalten viele Weiss-Bezirke, und ihre Magnetisierung kehrt sich durch Verschieben von Domänenwänden um, die schon in schwachen Feldern wandern; die Koerzitivfeldstärke ist daher klein. Verkleinert man die Teilchen, nimmt die Zahl der Wände ab, und unterhalb eines kritischen Durchmessers werden sie zu Eindomänenteilchen ohne Wände. Um die Magnetisierung eines Eindomänenteilchens umzukehren, muss die gesamte Magnetisierung gegen die magnetische Anisotropie gedreht werden; die Koerzitivfeldstärke wird daher in diesem Bereich maximal. Bei noch kleineren Teilchen wird die Energiebarriere der Umkehr KV klein gegenüber der thermischen Energie, die Magnetisierung kehrt sich thermisch von selbst um (Superparamagnetismus), und die Koerzitivfeldstärke geht gegen null. Die Koerzitivfeldstärke hängt nicht nur von der Anisotropie, sondern stark von Teilchengröße und Gefüge ab und ist daher nicht konstant; unterhalb des kritischen Durchmessers nimmt sie auch nicht weiter zu. Teilchen für magnetische Aufzeichnungsmedien werden zwischen dieser oberen und unteren Grenze ausgelegt.

Auf der Entmagnetisierungskurve eines Dauermagneten sei der Betrag des Gegenfelds, bei dem die Flussdichte B null wird, die Koerzitivfeldstärke HcB, und der Betrag des Gegenfelds, bei dem die Magnetisierung M null wird, die intrinsische Koerzitivfeldstärke HcJ. Welche Größenbeziehung zwischen beiden folgt aus B = µ₀(H + M)?

  1. AHcJ ≥ HcB
  2. BHcJ ≤ HcB
  3. CUnabhängig vom Werkstoff stets HcJ = HcB
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Lösung: A. HcJ ≥ HcB

Ist B bei einem Gegenfeld H = −HcB null geworden, folgt aus B = µ₀(H + M) M = HcB > 0; die Magnetisierung ist also noch positiv. Um M auf null zu bringen, ist ein noch stärkeres Gegenfeld nötig, daher gilt HcJ ≥ HcB. Die Aussagen HcJ ≤ HcB und stets gleiche Werte sind somit falsch. Außerdem wird M im Gegenfeld nicht größer als die remanente Magnetisierung, sodass HcB den Wert Br/µ₀ nicht übersteigen kann. Bei Werkstoffen mit sehr großem HcJ wie Neodym-Magneten bleibt HcB nahe dieser Obergrenze Br/µ₀ stehen. Ob ein Magnet bei hoher Temperatur oder in einem starken Gegenfeld schwer entmagnetisiert wird, beurteilt man nach HcJ, das angibt, ob sich die Magnetisierung selbst umkehrt. Bei weichmagnetischen Werkstoffen mit kleiner Koerzitivfeldstärke ist der Unterschied zwischen beiden vernachlässigbar klein.

„Koerzitivfeldstärke“ in den Erläuterungen

Fragen, in denen „Koerzitivfeldstärke“ vorkommt (6)

  1. Wie ändert sich die Koerzitivfeldstärke von Teilchen eines Ferromagneten, wenn man sie von einigen µm bis auf nm-Größe verkleinert?
  2. Auf der Entmagnetisierungskurve eines Dauermagneten sei der Betrag des Gegenfelds, bei dem die Flussdichte B null wird, die Koerzitivfeldstärke HcB, und der Betrag des Gegenfelds, bei dem die Magnetisierung M null wird, die intrinsische Koerzitivfeldstärke HcJ. Welche Größenbeziehung zwischen beiden folgt aus B = µ₀(H + M)?
  3. Was ist der wichtigste stoffliche Grund dafür, dass Neodym-Magnete mit Nd₂Fe₁₄B als Hauptphase eine große Koerzitivfeldstärke haben können?
  4. Welche Aussage über die Eigenschaften eines für Transformatorkerne geeigneten weichmagnetischen Werkstoffs trifft zu?
  5. An einen entmagnetisierten Ferromagneten wird ein äußeres Magnetfeld angelegt und allmählich verstärkt. Welche Aussage beschreibt richtig, wie die Magnetisierung abläuft?
  6. Was ist der Hauptzweck der Zugabe von Dy oder Tb zu Neodym-Magneten, die bei hohen Temperaturen eingesetzt werden, etwa in Motoren von Elektroautos?

Verwandte Begriffe

Weichmagnetischer Werkstoff Sättigungsmagnetisierung Weiss-Bezirk Domänenwand (Bloch-Wand) Magnetokristalline Anisotropie Superparamagnetismus Wirbelstromverluste Curie-Temperatur Maximales Energieprodukt Indirekter Halbleiter

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