Přídržná síla magnetů díl I.

Mezi nejžádanější informace o trvalých magnetech lze bez pochyb zařadit dotazy na přídržnou sílu . Je to pochopitelné, vždyť jednou z největších oblastí jejich použití jsou nejrůznější držáky, břemenové magnety, stojánky a fixační pomůcky. I samotné magnety často slouží k uchycení různých předmětů od papíru až po stěny a panely výstavních stánků a jiných konstrukcí.

Zároveň je tato otázka poměrně komplikovaná. Nelze na ni totiž odpovědět jediným a konstantním údajem, jako je tomu u ostatních výrobků, např. výkonu topení či svítivosti žárovky. Hodnota síly totiž závisí totiž na řadě faktorů.

Vzdálenost magnetu od podložky

Velikost síly je v první řadě velmi silně závislá na vzdálenosti magnetu od ocelové podložky. Tuto závislost popisuje Maxwellova rovnice

kde    

Obr. 1: Závislost přídržné síly magnetu na vzdálenosti od ocelové podložky

Z grafického vyjádření je dobře patrné, že již ve vzdálenosti 1 mm se ztrácí více než 70% přídržné síly magnetu. Obdobný vztah platí i pro interakci dvou permanentních magnetů.

Kromě vzdálenosti magnetu a podložky ovlivňují přídržnou sílu také další faktory. Mezi nejdůležitější patří:

• Magnetický materiál magnetu i podložky
• Demagnetizační faktor  magnetu
• Permeance „magnetická vodivost“ obvodu

Charakteristické vlastnosti materiálu

Zatímco u materiálu magnetu je pro dosažení co největší síly žádoucí co největší hodnota koercivity Hc, remanence Br a především součinu (BH)max, u podložky je potřeba dosáhnout co nejvyšší indukce nasycení Bs a nízká hodnota Hc (magneticky měkký materiál). Těmto požadavkům nejlépe vyhovuje nelegovaná nebo nízkolegovaná ocel, např. 1.0038, 1.0050 a další.

Demagnetizační faktor

Z fyzikálního principu minimalizace vnitřní energie každého uzavřeného systému vyplývá, že také magnet se „snaží“ zmenšit svoji vnitřní magnetickou energii. To se projeví porušením ideální magnetické orientace v oblasti pólů. V matematickém modelu se toto zeslabení magnetické polarizace vyjadřuje magnetickým polem, působícím proti směru polarizace.

Demagnetizační faktor je dán geometrickým tvarem magnetu: Čím je poměr délky magnetu ve směru polarizace vůči kolmému průřezu větší, tím je Kd nižší.
 

Obr. 2: Závislost reálné povrchové indukce na tvaru magnetu
 

Permeance

Magnetický obvod si lze představit jako analogii k elektrickému obvodu. Proudu je zde analogická magnetizace a elektrické vodivosti permeance. Čím je vyšší, tím větší je úroveň magnetizace a tím větší přídržná síla.

Je tedy zřejmé, že každá součást magnetického obvodu, která představuje vyšší magnetický odpor, snižuje přídržnou sílu. Takovou součástí je materiál s menší indukcí nasycení (legované oceli), případně nejsou vůbec feromagnetické (měď, hliník a jejich slitiny, plasty nebo vzduch). Z toho například vyplývá „škodlivost“ isolační podložky nebo i tenkého nátěru pro přídržnou sílu, jak je patrné již z obr. 1.. Vzduchová mezera, i když velmi malá, vzniká i u materiálu s větší drsností povrchu.

Pokračování ve II. díle

RNDr.Vladimír Šimík
ředitel ABC MAGNET s.r.o.