Energia magnetyczna

Energia magnetyczna magnesu (czerwona krzywa), obliczona jako iloczyn indukcji magnetycznej B i natężenia pola magnetycznego H dla krzywej odmagnesowania (niebieska krzywa) przechodzącej przez punkty remanencji B_r i koercji _BH_C. Punkty B_a i H_a wyznaczają optymalny punkt pracy magnesu dla którego energia magnetyczna przyjmuje maksimum

Energia magnetyczna wyraża wartość chwilowej energii magnetostatycznej zgromadzonej w materiale magnetycznym. Energia magnetyczna jest iloczynem lokalnej indukcji magnetycznej B i natężenia pola magnetycznego H, a jej jednostką jest J/m³ (dżul na metr sześcienny)^[1][2].

Energia magnetyczna wzrasta ze wzrostem koercji i remanencji, ale nigdy nie przekroczy pewnej wartości granicznej:

${\displaystyle (BH)_{max}={\mu _{0}\cdot M_{r}^{2}}/{4}}$

gdzie: (BH)_max – maksymalna energia magnetyczna, μ₀ – stała magnetyczna^[3], M_r – remanencja magnetyzacji.

Najwyższe znane wartości energii magnetycznej, teoretycznie do 512 kJ/m³, wykazują magnesy neodymowe Nd₂Fe₁₄B a także Fe₃B-Nd.

Teoretycznie możliwe jest wykonanie nowej generacji magnesów anizotropowych zbudowanych ze szkieletu magnetycznie twardego z wbudowanymi ziarnami magnetycznie miękkimi. W przypadku takiego materiału równanie na maksymalną energię magnetyczną ma postać:

${\displaystyle (BH)_{max}={\frac {\mu _{0}\cdot M_{r}^{2}}{4}}\cdot \left(1-{\frac {\mu _{0}\cdot (M_{m}-M_{t})\cdot M_{m}}{2\cdot K_{t}}}\right)}$

gdzie: M_m, M_t – odpowiednio namagnesowania nasycenia fazy magnetycznie miękkiej i twardej, K_t – współczynnik anizotropii magnetycznej fazy magnetycznie twardej.

Obliczenia teoretyczne wykazują, że maksymalna wartość energii magnetycznej osiągalna przy użyciu obecnie dostępnych materiałów wynosiłaby ponad 1000 kJ/m³, niemniej jednak wykonanie takich magnesów nie jest jeszcze obecnie możliwe z uwagi na bariery technologiczne^[4].

Przypisy