Elektromagnes może pozostać trochę namagnesowany po wyłączeniu prądu
Wyłączenie prądu w cewce usuwa pole wytwarzane bezpośrednio przez prąd, ale ferromagnetyczny rdzeń nie zawsze wraca idealnie do stanu początkowego. Ze względu na histerezę część uporządkowania domen może pozostać, tworząc namagnesowanie szczątkowe, czyli remanencję. Dlatego stalowy lub źle dobrany rdzeń może po wyłączeniu nadal lekko przyciągać elementy. W urządzeniach, które mają szybko puszczać zworę, stosuje się magnetycznie miękkie materiały o małej koercji i odpowiednią konstrukcję obwodu. „Prąd zero” nie musi więc oznaczać „magnetyzm dokładnie zero” w całym układzie.
Cewka i rdzeń robią różne rzeczy
Pole elektromagnesu pochodzi z prądu w uzwojeniu, ale rdzeń ferromagnetyczny może je wielokrotnie wzmacniać przez własne namagnesowanie. Gdy prąd rośnie, domeny w rdzeniu przesuwają granice i ustawiają się coraz bardziej zgodnie z polem. Wyłączenie prądu usuwa zewnętrzny bodziec, lecz konfiguracja domen nie musi cofnąć się dokładnie po tej samej drodze.
Histereza oznacza pamięć historii
W ferromagnetyku zależność między przyłożonym polem a namagnesowaniem nie jest jednoznaczna. Dla tej samej wartości pola stan może być inny w zależności od wcześniejszych zmian. Na pętli histerezy po zmniejszeniu pola z dużej wartości do zera pozostaje remanencja. Dopiero odpowiednio skierowane pole przeciwne może doprowadzić namagnesowanie bliżej zera.
Dlaczego przekaźnik może „kleić”
W elektromagnesie przyciągającym stalową zworę pozostałe namagnesowanie może wywierać niewielką siłę nawet po odcięciu zasilania. Jeśli konstrukcja ma małą szczelinę i bardzo gładkie powierzchnie, efekt może utrudniać szybkie odpadnięcie elementu. Projektanci dobierają materiał rdzenia, geometrię i czasem dodatkowe elementy tak, by remanencja nie zakłócała funkcji urządzenia.
Miękki magnetycznie nie znaczy miękki mechanicznie
Określenie „materiał magnetycznie miękki” dotyczy łatwości zmiany namagnesowania, a nie twardości mechanicznej. Taki materiał ma małą koercję i zwykle wąską pętlę histerezy. Może więc szybko odpowiadać na zmienne pole i tracić większość namagnesowania po jego usunięciu. To właśnie cechy pożądane w wielu rdzeniach elektromagnesów i transformatorów.
Magnes trwały potrzebuje przeciwnej własności
W magnesie trwałym zależy nam na tym, by po usunięciu zewnętrznego pola materiał zachował duże namagnesowanie i był odporny na pole przeciwne. Dlatego stosuje się materiały magnetycznie twarde o większej koercji. Ta sama histereza, która bywa wadą w szybko przełączanym elektromagnesie, jest podstawą trwałości magnesu stałego.
Można celowo rozmagnesować rdzeń
Jeśli chcemy zmniejszyć remanencję, można zastosować pole przemienne o stopniowo malejącej amplitudzie. Kolejne cykle prowadzą materiał po coraz mniejszych pętlach histerezy wokół zera. To zasada demagnetyzacji używana w różnych urządzeniach. Pokazuje, że „pozostały magnetyzm” nie jest osobną substancją, lecz stanem materiału zależnym od jego historii.
Dlaczego warto o tym pamiętać
Prosty szkolny model elektromagnesu mówi: prąd włączony — magnes działa; prąd wyłączony — magnes znika. W wielu sytuacjach jest wystarczający, lecz precyzyjna technika musi uwzględniać materiał rdzenia. Odpowiedź elektromagnesu jest połączeniem pola cewki i nieliniowej, posiadającej pamięć odpowiedzi ferromagnetyku.
Remanencja może być czasem wykorzystywana celowo. W zaworach i przekaźnikach zatrzaskowych projektuje się obwód tak, aby stan mechaniczny był podtrzymywany przez magnes trwały lub resztkowy strumień bez stałego poboru prądu, a krótki impuls przełączał urządzenie do drugiego stanu. W innych elektromagnesach dokładnie ten sam efekt jest wadą. Ocenianie remanencji wymaga więc znajomości funkcji: „pamięć” magnetyczna może być zarówno problemem opóźniającym zwolnienie, jak i sposobem oszczędzania energii.
Projektanci mogą również pozostawiać niewielką szczelinę niemagnetyczną w obwodzie, aby zmniejszyć wpływ remanencji na siłę po wyłączeniu. Szczelina zwiększa reluktancję i sprawia, że resztkowy strumień daje mniejsze przyciąganie zwory. Widać więc, że „pozostały magnetyzm” można ograniczać zarówno doborem materiału, jak i geometrią urządzenia.