Co je permanentní magnet? Od kamene po high-tech

Permanentní magnet je magnet, který si trvale uchovává svou magnetickou sílu i bez napájení elektřinou. Na rozdíl od elektromagnetu funguje neustále a přitahuje feromagnetické materiály, jako je železo nebo ocel. Patří sem feritové, neodymové, samarium-kobaltové i AlNiCo magnety, které najdete v motorech, senzorech, reproduktorech, ale i v běžných předmětech v domácnosti.

Co je permanentní magnet

Permanentní magnet si dokáže dlouhodobě uchovat své magnetické vlastnosti. Vzniká tak, že při výrobě jeho materiál vystaví silnému magnetickému poli, čímž se magnetické domény uvnitř uspořádají a zůstanou orientované jedním směrem. Díky tomu má magnet stabilní severní a jižní pól a přitahuje feromagnetické materiály, jako je železo, ocel či nikl.

Na rozdíl od běžného kusu oceli, která se může dočasně zmagnetizovat, si permanentní magnet uchovává svůj účinek trvale. Nevyžaduje žádné napájení ani vnější zdroj energie. Proto má využití všude tam, kde je potřeba stálá magnetická síla.

Pokud vás zajímá základní vysvětlení magnetismu, podívejte se také na článek Co je magnet a jak funguje.

Matice přichycené k neodymovému magnetu.

Permanentní magnet vs. elektromagnet

Hlavní rozdíl mezi permanentním magnetem a elektromagnetem je v tom, odkud pochází jejich magnetická síla. Permanentní magnet působí neustále – jednou zmagnetizovaný materiál si uchová své magnetické vlastnosti dlouhodobě a k přitahování nepotřebuje žádnou energii.

Elektromagnet vzniká průchodem elektrického proudu cívkou. Jakmile proud vypnete, magnetismus zmizí. To má své výhody: elektromagnety lze zapínat a vypínat podle potřeby, a proto je používají například v jeřábech na šrot, ve spínačích nebo v relé. Permanentní magnet má naopak výhodu v jednoduchosti a spolehlivosti – funguje stále a bez spotřeby energie.

V některých zařízeních se oba principy doplňují. Permanentní magnety jsou například součástí elektromotorů a generátorů, kde spolupracují s elektromagnetickým polem vytvořeným proudem. K dispozici jsou také například přídržné elektromagnety s permanentním magnetem.

Permanentní magnety vs. nepermanentní magnety

Kromě permanentních magnetů, které působí trvale, a elektromagnetů, jejichž síla vzniká průchodem elektrického proudu cívkou, existují i další formy magnetismu.

Indukované magnety jsou běžné feromagnetické kovy, například železo, které se dočasně zmagnetizují vlivem blízkého magnetu, ale po odstranění vnějšího pole svou sílu rychle ztratí.

Praktický příklad: šroubovák přiložený k magnetu se na chvíli sám stane magnetickým a dokáže přitáhnout malý šroubek. Jakmile vnější vliv zmizí, šroubovák magnetickou sílu postupně ztratí. Záleží na složení oceli, ze které je šroubovák vyrobený. Některé šroubováky zůstávají slabě magnetizované dlouhodobě.

V přírodě se vyskytují i slabší projevy, jako je diamagnetismus a paramagnetismus, které jsou patrné spíš jen při měření, nikoli v běžném použití.

Vědci zkoumají také materiály, jejichž magnetické vlastnosti se mění vlivem teploty nebo světla. Tyto jevy se zatím využívají jen okrajově, ale ukazují, že magnetismus nemusí být spojený jen s permanentními magnety nebo s elektřinou.

Typy permanentních magnetů a jejich vlastnosti

Permanentní magnety mohou vznikat přirozeně v přírodě nebo jsou průmyslově vyráběné z různých materiálů.

Nejznámější přírodní magnet je minerál magnetovec (magnetit, Fe₃O₄), který se vyznačuje přirozenou magnetickou silou. Lidé jej znali už ve starověku a používali k výrobě prvních kompasů. Přestože není tak silný jako dnešní moderní vyráběné magnety, patří k historicky nejdůležitějším důkazům existence magnetismu v přírodě.

Magnetit se nachází v horninách, kde uchovává paleomagnetický záznam o změnách zemského magnetického pole. Stopy magnetitu byly objevené i v organismech, například u ptáků a ryb, a předpokládá se, že jim pomáhá při orientaci podle magnetického pole Země.

Největší permanentní magnet na Zemi

Za největší přírodní permanentní magnet lze považovat Zemi samotnou. Její magnetické pole sice nevzniká díky klasické permanentní magnetizaci, ale díky planetárnímu dynamu v tekutém železném jádru.

Přesto se Země chová jako obrovský tyčový magnet se severním a jižním magnetickým pólem. Tento „planetární magnet“ chrání naši planetu před slunečním větrem a kosmickým zářením a umožňuje vznik jevů, jako jsou polární záře.

Magnetismus ve vesmíru

Magnetická pole vesmírných objektů vznikají především z pohybu elektricky vodivého materiálu nebo nabitých částic, nikoliv působením permanentních magnetů.

Země – magnetické pole vytváří geodynamo v tekutém železném jádru planety.
Jupiter a Saturn – silná pole díky proudění kovového vodíku hluboko v nitru.
Slunce – proměnlivé magnetické pole je výsledkem pohybů ionizovaného plynu (plazmatu).
Neutronové hvězdy a magnetary – extrémně silná pole, která vznikla zhroucením hvězdy a zhuštěním její hmoty, kdy se magnetismus původní hvězdy „koncentroval“.
Galaxie – rozsáhlá, ale slabá magnetická pole vytváří pohyb ionizovaného plynu a kosmických paprsků.

Uměle vyrobené permanentní magnety

Většina magnetů, které se dnes používají v technice, je vyráběná uměle. Liší se silou, odolností i cenou a každý typ má své výhody i omezení.

Feritové magnety jsou nejběžnější a cenově nejdostupnější. Jsou odolné proti korozi i vyšším teplotám, ale jejich magnetická síla je nižší než u modernějších typů. Hodí se pro školní, kancelářské a jednoduché technické použití.

Neodymové magnety (NdFeB) patří mezi nejsilnější současné magnety. Magnety i malých rozměrů mají velmi vysokou přídržnou sílu. Jsou však citlivější na korozi a vyšší teploty, proto mívají povrchovou ochranu. Více se o nich dočtete v článku Co jsou neodymové magnety a proč jsou tak silné.

Samarium-kobaltové magnety (SmCo) mají výbornou odolnost vůči vysokým teplotám a korozi. Jsou dražší, ale spolehlivé v prostředí s velkými teplotními výkyvy.

AlNiCo magnety, vyrobené ze slitiny hliníku, niklu a kobaltu, byly hojně používané dříve. Vydrží vysoké teploty, ale jejich magnetická síla je nižší než u neodymových nebo samarium-kobaltových magnetů.

Každý z těchto typů má své využití – od hraček a kancelářských pomůcek až po špičková průmyslová zařízení.

Speciální typy permanentních magnetů

Vedle klasických feritových, neodymových, samarium-kobaltových a AlNiCo magnetů existují i speciální varianty. Plastem pojené magnety (bonded) kombinují magnetický prášek s plastem, takže je lze lisovat do složitých tvarů, i když mají nižší sílu než sintrované neodymy.

Podobně fungují i elastomagnety, kde je pojivem guma nebo pryž – výsledkem je ohebný a pružný magnet vhodný například do těsnění nebo senzorů. V technice se využívají i hybridní magnety, které spojují vlastnosti různých materiálů a přinášejí kompromis mezi výkonem, cenou a odolností.

Kde a jak permanentní magnety vyrábějí a magnetizují

Výroba permanentních magnetů začíná přípravou směsi surovin, které ve výrobně rozemelou na jemný prášek. Ten se lisuje do požadovaného tvaru a následně speče při vysokých teplotách – tento proces se nazývá sintrování.

Takto vznikají například neodymové nebo samarium-kobaltové magnety. Feritové magnety stroje vyrábějí podobným způsobem z keramického materiálu.

Aby se z materiálu stal skutečně magnet, je potřeba jej zmagnetizovat magnetizérem v silném magnetickém poli, které uspořádá magnetické domény uvnitř materiálu jedním směrem. Po tomto kroku si magnet uchovává své vlastnosti dlouhodobě – právě proto se mu říká permanentní.

Proces magnetizace může probíhat různě podle tvaru a použití magnetu. Například magnety určené do motorů mají osovou magnetizaci, zatímco ploché disky bývají magnetizovány radiálně nebo po výšce.

Více podrobností o magnetizaci najdete v článku na Magnetik.cz o výrobě magnetů a jejich magnetizaci.

Magnetické pole znázorněné železnými pilinami.

Využití permanentních magnetů

Permanentní magnety najdete v celé řadě zařízení, od drobných pomůcek po složité technologické systémy.

V technice a průmyslu mají důležité využití v elektromotorech, generátorech a senzorech. Používají se také v reproduktorech, měřicích přístrojích nebo magnetických separátorech, kde pomáhají oddělovat kovové částice od ostatního materiálu.

V každodenním životě se s nimi setkáváte na mnoha místech: magnety drží poznámky na lednici, slouží jako magnetické zapínání v kabelkách, jsou součástí magnetických držáků, hraček nebo magnetické stavebnice.

Speciální využití mají permanentní magnety i ve zdravotnictví – například v přístrojích pro magnetickou rezonanci (MRI), kde vytvářejí stabilní a silné magnetické pole.

Díky kombinaci síly, spolehlivosti a trvalých vlastností mají permanentní magnety uplatnění v oblastech, kde by jiné řešení nebylo možné nebo by bylo méně efektivní.

Trvalá síla magnetů

Permanentní magnety jsou materiály, které si dlouhodobě uchovávají svou magnetickou sílu i bez vnějšího napájení. Na rozdíl od elektromagnetů fungují neustále a bez spotřeby energie. Podle použitého materiálu mohou být levné a odolné (feritové), extrémně silné (neodymové) nebo vysoce spolehlivé v náročných podmínkách (SmCo, AlNiCo). Najdete je v průmyslu, technice, zdravotnictví i v běžných předmětech doma.

Časté otázky o magnetech (FAQ)

1. Jaký je rozdíl mezi magnetem a permanentním magnetem?

Každý permanentní magnet je magnet, ale ne každý magnet je permanentní. Permanentní si udržuje magnetismus dlouhodobě, zatímco dočasně zmagnetizované materiály svou sílu rychle ztrácejí.

2. Jak dlouho fungovat vydrží permanentní magnet?

Kvalitní permanentní magnety si uchovají svou sílu desítky let. K oslabení může dojít vlivem vysoké teploty, mechanického poškození nebo působením silného vnějšího pole.

3. Může permanentní magnet ztratit magnetismus úplně?

Ano, pokud je vystavený extrémním podmínkám – například vysokým teplotám nad mez, kterou materiál snese, anebo silnému opačně orientovanému magnetickému poli.

4. V čem se liší permanentní magnet od elektromagnetu?

Permanentní funguje stále a nepotřebuje elektřinu. Elektromagnet pracuje jen při průchodu proudu cívkou, ale má výhodu, že jej lze snadno zapínat a vypínat.