Permanent en remanent magnetisme

Bij de bistabiele vermogensrelais uit de 30-serie van Kissling blijft 'de laatste positie staan op basis van remanent magnetisme’. Om van dit remanent magnetisme gebruik te kunnen maken, is het noodzakelijk te werken met zogenaamde ferromagnetisch materiaal. 

Wat is ferromagnetisch materiaal?

Ferromagnetische materialen kenmerken zich door het feit dat zij in staat zijn een sterk magnetisch veld te geleiden of vast te houden. In principe zijn er maar vier ferromagnetische elementen (ijzer, nikkel, kobalt en gadolinium) maar er bestaat ook een groot aantal ferromagnetische legeringen. Ook andere materialen hebben magnetische eigenschappen maar de krachten die hierbij optreden zijn veel kleiner en vallen derhalve niet onder ferromagnetisme maar onder paramagnetisme.

Magnetiseren

Het magnetisch maken van ferromagnetische materialen is mogelijk door een magnetisch veld aan te leggen. In bepaalde gevallen gebeurt dit onbewust en is de magnetisering onwenselijk. Zo kunnen ferromagnetische materialen zelf een magneet worden wanneer zij magnetisme opnemen van magnetische bronnen zoals hefmagneten, opspantafels, luidsprekers of transportsystemen. Ook kan het magnetisme afkomstig zijn van magneetvelden rondom transformatoren, laskabels of als gevolg van bewerkingen zoals boren, slijpen, schuren en zagen.

In andere gevallen is de eigenschap van ferromagnetisch materiaal om zelf magnetisch te worden (en te blijven) juist gunstig. Bijvoorbeeld in de eerder genoemde relais.

Het blijvende magnetisme (remanent magnetisme) is grafisch weergegeven in bovenstaande grafiek. Hierbij is de magnetische veldsterkte uitgezet op de x-as en de mate van magnetisering op de y-as. De blauwe lijn geeft aan hoe een puur, ‘maagdelijk’ materiaal wordt gemagnetiseerd door een magnetisch veld aan te leggen. Duidelijk is dat hierbij op een gegeven moment een verzadiging optreedt; met andere woorden; ook al wordt de veldsterkte opgevoerd, het magnetisme loopt niet verder op (H_s). 

Bij het verlagen van de veldsterkte zal het magnetisme weer afnemen (bovenste groene lijn) waarbij een hysterese effect ontstaat. Het magnetisme neemt dus minder sterk af dan het op de heenweg toenam. Dit leidt tot een situatie dat er bij een veldsterkte van 0 (nul) een restmagnetisme overblijft hetgeen het remanent magnetisme wordt genoemd (B_R). Pas wanneer het magnetisch veld negatief wordt gemaakt zal het magnetisme uiteindelijk afnemen tot nul (-H_c) en zich vervolgens weer opbouwen maar met een tegengestelde richting. 

Wanneer het veld vanaf dit punt weer wordt opgebouwd zal de veldsterkte juist weer ruim boven nul moeten komen om een neutraal materiaal te verkrijgen. De oppervlakte van deze hysterese lus is enerzijds een maat voor de verliezen en zal in bepaalde gevallen zo klein mogelijk moeten zijn. Wanneer gebruik moet worden gemaakt van het remanent magnetisme is een groter oppervlak juist wenselijk omdat het remanent magnetisme dan langer blijft bestaan. 

Curietemperatuur

Het magnetisme van ferromagnetisch materiaal is niet alleen te verlagen door het magneetveld te verkleinen, maar tevens door de temperatuur te verhogen. De temperatuur waarbij ferromagnetische materialen ophouden een permanent magneetveld om zich heen te bezitten wordt de Curietemperatuur genoemd. Boven deze temperatuur gedraagt het materiaal zich paramagnetisch (zwak magnetisch). De Curietemperatuur is moeilijk exact te meten omdat het permanent magneetveld rond het materiaal maar gedeeltelijk verdwijnt. Daarnaast is deze temperatuur ook sterk afhankelijk van kleine verontreinigingen in het materiaal.