Ztráty magnetického toku magnetu s časem

V praxi se často setkáváme s problémem snížení magnetizace trvalého magnetu v průběhu času. Otázka zní, jak tomuto úbytku „síly“ magnetu předcházet nebo alespoň tento nepříjemný jev co nejvíce zmírnit.

Pro odpověď na tuto otázku musíme krátce nahlédnout do teorie magnetismu, abychom porozuměli mechanismům, které vedou k odmagnetování. Zmagnetovaný permanentní magnet mají elementární magnetické dipóly (na úrovni atomů) vysoký stupeň uspořádanosti, nebo přesněji určitosti jejich směru. Proto je na jedné straně magnetu „sever“ a na opačné „jih“ jako makroskopické projevy tohoto uspořádání. Takový stav má vysokou vnitřní energii a nízkou entropii. Obecné fyzikální zákony však hovoří o tom, že každá izolovaná soustava má tendenci ke snižování vnitřní energie a zvyšování entropie. Proto má každý zmagnetovaný materiál přirozenou tendenci k odmagnetování.

Důvod, proč se zmagnetovaný stav neztratí ihned nebo alespoň velmi rychle, leží ve speciální struktuře materiálů, ze kterých se trvalé magnety vyrábějí. Proto se také nazývají trvalé neboli permanentní. Přesto tato trvalost neznamená úplnou neměnnost. Existují různé mechanismy, které překonávají překážky a pozvolna uspořádaný stav přeměňují na neuspořádaný. Podrobný popis těchto mechanismů na úrovni mikrostruktury není s ohledem na stručnost možný, ale ani potřebný. Užitečné ale bude říci si, jaké faktory tyto procesy ovlivňují, případně jak jim předcházet.

Čas

Každý magnet ztrácí časem část své původní magnetizace. Tento jev nelze odstranit a závisí na druh materiálu. Nejvýraznější je u magnetů Alnico, menší u magnetů FeNdB a SmCo, nejmenší u feritů. Samozřejmě toto hrubé rozdělení lze dále zpřesnit podle konkrétních tříd materiálů v jednotlivých skupinách.

Naštěstí je tento efekt obecně velmi malý a s časem se stále zpomaluje.

Pokud by přesto bylo postupné snižování magnetizace s časem na závadu (např. u etalonů, měřicích přístrojů aj.), lze mu předejít tzv. teplotní stabilizací (viz dále), kdy dojde ke ztrátě jisté části magnetizace ihned a pak už se s časem prakticky nemění.

Teplota

Daleko výraznější vliv na magnetizaci má pracovní teplota magnetu. V zásadě se ztráty magnetizace rozdělují na vratné a nevratné. U nevratných ještě rozlišujeme ty, které lze obnovit opětovným zmagnetováním a neobnovitelné. Z hlediska fungování magnetu však není rozdílu.

Při vratných změnách se úroveň magnetizace se vrátí na původní hodnotu, jakmile se magnet ochladí na referenční, zpravidla pokojovou teplotu.

Vratné změny se odehrávají v oblastech teplot pod maximální pracovní teplotou konkrétního typu magnetu. Záleží ovšem také na reluktanci (magnetickém odporu) celého magnetického obvodu. S vyšší hodnotou reluktance se maximální pracovní teplota (tj. kritická teplota) snižuje.

V grafu jsou vybrané materiály „průměrných vlastnost“,  jemnější rozdělení podle tříd materiálů v jednotlivých skupinách je pochopitelně možné.

Nad oblastí vratných změn nastávají změny také změny nevratné. při ochlazení magnetu je pak úroveň magnetizace nižší, než před jeho ohřátím.

Pro eliminaci nevratných změn je důležité pohybovat se v oblasti pod kritickou teplotou. Toho lze dosáhnout jak vhodným výběrem magnetického materiálu, tak úpravou magnetického obvodu (snížením reluktance), tak i např. vhodným chlazením.
Částečně může pomoci i tzv. teplotní stabilizace magnetu. Je to proces, při kterém se  magnet vystaví opakovaným cyklům zvýšené teploty a ochlazení. To vede nejen k vyšší odolnost vůči ztrátám, ale i k rovnoměrnějším vlastnostem magnetů jednoho druhu materiálu.

Změny reluktance

Pokud dojde ke změně reluktance obvodu s trvalým magnetem, např. vytvořením nebo rozšířením vzduchové mezery, dochází k posouvání pracovnímu bodu na demagnetizační křivce směrem k bodu Hc. K nevratným změnám dochází při překročení „kolena“ křivky podobně jako při působení zvýšené teploty (viz výše).

Externí magnetické pole

Stejně jako silné magnetické pole způsobí zmagnetování materiálu, tj. orientaci magnetických dipólů v materiálu do jednoho směru, tak zase působení stejně pole stejné nebo větší intenzity v jiném směru způsobí změnu orientaci těchto dipólů. U anizotropních materiálů (většina dnes používaných magnetů) se však nevytvoří plně uspořádaný stav, což se navenek projeví ztrátou magnetizace. Intenzita externího pole, která může tyto změny způsobit, však musí dosáhnout 2- až 3-násobku koercivity Hcj.

Radiace

V běžných podmínkách nebývá tento vliv významný. Existují ale speciální aplikace, kde je nutno ho brát v úvahu. Ukazuje se, že magnety SmCo mají mnohem lepší odolnost vůči radiaci než magnety FeNdB, u kterých při dávkách 104 až 105 Gy dochází k jejich úplnému odmagnetování.