Hvad er magneter lavet af? En omfattende guide til magnetiske materialer

Af Karen G. Blaettler
Opdateret 24. marts 2022

Magnetisme er et subtilt, men kraftfuldt fænomen, der driver alt fra kompasser til moderne elektronik. At forstå de materialer, der skaber magnetfelter, hjælper med at afmystificere de usynlige kræfter, der tiltrækker og frastøder genstande omkring os.

Definition af magneter og magnetisme

En magnet er ethvert objekt, der genererer et magnetfelt og kan interagere med andre magnetiske felter. Hver magnet har to poler - nord (positiv) og syd (negativ) - og feltlinjerne bevæger sig fra nordpolen til sydpolen. Modsatte poler tiltrækker, mens lignende poler frastøder.

Tre brede kategorier af magneter

• Permanente magneter bevarer deres magnetisme på ubestemt tid under normale forhold.
• Midlertidige magneter (blødt jern) bliver kun magnetiseret, mens de udsættes for et magnetfelt.
• Elektromagneter generere et magnetisk felt kun, mens elektrisk strøm løber gennem en spole.

Permanente magneter og deres sammensætning

Permanente magneter kan klassificeres efter de materialer, de indeholder. De mest almindelige omfatter:

1. Magnetit (Fe₃ O₄ )

Naturlig lodestone, magnetit er den svageste permanente magnet endnu den første brugt til navigation. Dens magnetiske styrke er beskeden, men den spillede en afgørende rolle i den tidlige kompasudvikling.

2. Alnico (aluminium-nikkel-kobolt) legering

Alnico blev udviklet i 1930'erne og er sammensat af omkring 35% aluminium, 35% nikkel, 15% kobolt, med spormængder af kobber, titanium og yderligere aluminium. Alnico-magneter udmærker sig i miljøer med høje temperaturer (op til 540°C) og modstår korrosion, hvilket gør dem ideelle til lydudstyr og industrielle applikationer. De er dog mindre kraftige end moderne sjældne jordarters magneter og kan afmagnetisere, hvis de udsættes for stærke eksterne felter.

3. Keramiske (ferrit) magneter

Ferritmagneter kombinerer jernoxid med enten bariumoxid (BaO·6Fe₂ O₃ ) eller strontiumoxid (SrO·6Fe₂ O₃ ). De er billige, korrosionsbestandige og meget modstandsdygtige over for afmagnetisering, men deres skørhed begrænser nogle anvendelser.

4. Samarium-koboltmagneter

Disse sjældne jordarters magneter blev først introduceret i 1967 og har en basissammensætning af SmCo₅ og siden 1976 en legering Sm₂ (Co,Fe,Cu,Zr)₁₇ . De bevarer ydeevnen ved temperaturer op til ~500°C og forbliver stabile under fugtige forhold, men deres høje omkostninger og skørhed begrænser udbredt brug.

5. Neodym-jern-bor (NdFeB) magneter

Opfundet i 1983, NdFeB magneter indeholder omkring 70% jern, 5% bor og 25% neodym. De er de stærkeste kommercielt tilgængelige permanente magneter, der tilbyder exceptionelle kraft-til-vægt-forhold (op til 1.300×). På grund af deres lave Curie-temperatur (~350°C) og følsomhed over for korrosion er de typisk belagt med nikkel, aluminium, zink eller epoxy.

Midlertidige magneter

Bløde jernmaterialer - såsom søm og papirclips - bliver magnetiserede, når de placeres i et magnetfelt. Justeringen af ​​atomare magnetiske momenter er midlertidig; når først fjernet fra feltet eller udsat for varme, stød eller tid, forsvinder magnetismen. I nogle tilfælde kan stærk nok eksponering endda fremkalde permanent magnetisering.

Elektromagneter

Når elektrisk strøm løber gennem en trådspole, forstærkes det resulterende magnetfelt af en blød jernkerne. Øget strømstyrke booster feltet; at skære strømmen slukker magneten øjeblikkeligt. Elektromagneter er uundværlige i applikationer lige fra MRI-maskiner til industrielle løftemagneter.

Jorden:Vores planets kæmpemagnet

Planetens magnetfelt stammer fra en dynamo-effekt:en roterende ydre kerne af flydende jern-nikkel, der omgiver en solid indre kerne. Denne bevægelse genererer et felt, der kan sammenlignes med en stangmagnet, der hælder ca. 11° fra rotationsaksen. Jordens magnetiske poler er det modsatte af dens geografiske poler, hvilket forklarer, hvorfor en kompasnål peger mod det geografiske nord. Dette geomagnetiske felt danner magnetosfæren, afleder solvinden og skaber nordlys. Desuden præger feltet sig på kølende lava og tilbyder afgørende beviser for pladetektonik og magnetfeltvendinger.

Ved at udforske de forskellige materialer, der producerer magnetiske felter, får vi indsigt i videnskaben bag dagligdags teknologi og de dynamiske kræfter, der former vores planet.