البقايا، والقوة القسرية، والقوة القسرية الجوهرية، وحاصل الطاقة المغناطيسية القصوى هي المعايير الأربعة الأكثر شيوعًا لقياس أداء المواد المغناطيسية. بالإضافة إلى ذلك، غالبًا ما نلاحظ معيارين آخرين في المغناطيسات النهائية: المغناطيسية السطحية والتدفق المغناطيسي (يُسمى أيضًا التدفق المغناطيسي).
المغناطيسية السطحية
تُعرف مغناطيسية السطح ببساطة بأنها شدة الحث المغناطيسي للسطح، والتي تُعرّف بأنها التدفق المغناطيسي المار عبر وحدة مساحة، ولذلك تُسمى أيضًا كثافة التدفق السطحي. وحدتها هي جاوس جي إس أو تسلا تي. جهاز القياس هو مقياس جاوس أو جهاز اختبار مزود بشريحة هول.
تشير المغناطيسية السطحية إلى نقطة قياس، أو بالأحرى، قيمة مساحة قياس صغيرة. ويتغير توزيع المجال المغناطيسي للمغناطيس، لذا تختلف المغناطيسية السطحية عند نقاط مختلفة. في مجالات التطبيق التي تتطلب استخدام المجالات المغناطيسية المكانية، تُعتبر المغناطيسية السطحية أو قيمة شدة الحث المغناطيسي لنقطة محددة عادةً متطلبًا فنيًا مهمًا.
مخطط محاكاة المجال المغناطيسي
ترتبط مغناطيسية السطح بنسبة أبعاد المغناطيس (نسبة الارتفاع إلى قطره، حيث يُفترض أن يكون الارتفاع أو السُمك هو اتجاه مغناطيسيته). كلما زادت نسبة الأبعاد، زادت مغناطيسية السطح، أي كلما زادت مساحة السطح العمودية على اتجاه المغناطيسية، انخفضت مغناطيسية السطح؛ وكلما زاد الحجم في اتجاه المغناطيسية، زادت مغناطيسية السطح. بالإضافة إلى ذلك، تختلف عناصر هول في أجهزة قياس غاوس من مختلف الشركات المصنعة، كما تختلف مغناطيسية السطح المقاسة لنفس المغناطيس اختلافًا طفيفًا.
التدفق المغناطيسي Φ
تعريف فيزياء التدفق المغناطيسي هو عدد خطوط القوة المغناطيسية المارة عموديًا عبر مساحة معينة. ببساطة، نفهمه ككمية فيزيائية تقيس المقدار المغناطيسي الكلي. وحدته هي Wb، ويُعبر عنه بـ Φ، Φ=B×S، حيث B تمثل شدة الحث المغناطيسي، وS تمثل مساحة القطب المغناطيسي، أي أن مقدار التدفق المغناطيسي يعتمد على مساحة القطب المغناطيسي وشدة الحث المغناطيسي.
جهاز قياس التدفق المغناطيسي هو مقياس التدفق. باستخدام ملف هلمهولتز، لا يقتصر الأمر على قياس التدفق المغناطيسي فحسب، بل يحسب أيضًا عزمه المغناطيسي، لأن قيمة التدفق المغناطيسي المقاسة تتغير بتغير معاملات مقياس التدفق وملف هلمهولتز. يشبه التدفق المغناطيسي والعزم المغناطيسي الفرق بين الوزن والكتلة. يتأثر الوزن بثابت الجاذبية. يختلف وزن الجسم نفسه على الأرض والمريخ، لكن كتلته ثابتة. قد يختلف التدفق المغناطيسي لنفس المغناطيس المقاس بمقاييس تدفق وملفات مختلفة، وذلك باختلاف عدد دورات الملف، ولكن يجب أن يكون العزم المغناطيسي ثابتًا.
عندما يكون المغناطيس في حالة دائرة مفتوحة، يمكن حساب قيمة المغناطيسية المتبقية الفعلية Bdi (وتسمى أيضًا كثافة التدفق المغناطيسي الجوهري) المقابلة لنقطة العمل عن طريق تحويل التدفق المغناطيسي إلى عزم مغناطيسي، Bdi = Φ * ثابت الملف / حجم المغناطيس.
المغناطيسية المتبقية، والمغناطيسية السطحية، والتدفق المغناطيسي، ثلاثة مفاهيم يسهل الخلط بينها. دعونا نوضحها هنا:
المغناطيسية المتبقية هي الخاصية الأساسية للمادة. وبافتراض عدم فقدان المغناطيسية ذاتيًا، تبقى المغناطيسية المتبقية للمغناطيس ثابتة. ويتم تحديدها من خلال تركيبة المادة الخام وطريقة تحضيرها. ويُجرى الاختبار في دائرة مغلقة تمامًا.
المغناطيسية السطحية هي قيمة شدة الحث المغناطيسي للموضع المقاس (مساحة صغيرة) عندما يكون المغناطيس أو المكون المغناطيسي في حالة دائرة مفتوحة أو شبه مفتوحة. المغناطيسية السطحية هي متجه اتجاهي. تختلف بيانات المغناطيسية السطحية على أسطح المغناطيس المختلفة اختلافًا كبيرًا. عادةً ما نتحدث عن القيمة المغناطيسية السطحية العمودية على سطح القطب المغناطيسي. تصل المغناطيسية السطحية لمغناطيس واحد إلى نصف المغناطيسية المتبقية. تجدر الإشارة إلى أنه "مغناطيس واحد". في بعض المكونات المغناطيسية ومصفوفات المغناطيس، يمكن تحسين المغناطيسية السطحية للمغناطيس من خلال تصميم دائرة مغناطيسية خاصة، ويمكن أن تتجاوز قيمتها المغناطيسية المتبقية.
التدفق المغناطيسي هو المقدار المغناطيسي للمغناطيس بأكمله، المُقاس بطريقة اختبار الملف. عادةً، لا تُناسب المكونات المغناطيسية اختبار التدفق المغناطيسي. كما أن للتدفق المغناطيسي متطلب اتجاه افتراضي. بالطبع، يُمكن قياس قيمة التدفق المغناطيسي الكلي باستخدام ملف هلمهولتز ثلاثي الأبعاد في القياس الفعلي. يجب إيلاء اهتمام خاص لاتجاه الاختبار عند قياس كلٍّ من مغناطيسية السطح والتدفق المغناطيسي.
المعرفة الموسعة – الدائرة المغناطيسية
الدائرة المغناطيسية هي مُكوّن ذو مجال مغناطيسي مُحدد بفجوة هوائية عاملة، يتشكل من خلال دمج مغناطيس دائم واحد أو أكثر مع مواد موصلة مغناطيسيًا ذات شكل وحجم مُحددين. تلعب المواد الموصلة المغناطيسية دورًا في التحكم في اتجاه تدفق الفيض المغناطيسي، وزيادة شدة الحث المغناطيسي المحلي، ومنع التسرب أو تقليله، وتحسين المتانة الميكانيكية للمكون بأكمله في الدائرة المغناطيسية.
تُسمى الحالة المغناطيسية لمغناطيس مفرد مستقل تمامًا (بدون مواد موصلة مغناطيسيًا أو مواد مغناطيسية دائمة أخرى لتغيير اتجاه الدائرة المغناطيسية) عادةً بحالة الدائرة المفتوحة. المثال الأكثر شيوعًا هو وضع مغناطيس على منصة خالية تمامًا من أي جاذبية مغناطيسية، وبدون أي مواد موصلة مغناطيسية أو مغناطيسات أخرى حوله. في هذه الحالة، يكون المغناطيس في حالة دائرة مفتوحة.
إذا كان المسار المغناطيسي للمغناطيس محصورًا تمامًا في حيز مدمج ولا يُظهر مغناطيسية للخارج، فإن المغناطيس يكون في حالة دائرة مغلقة. المثال الأكثر شيوعًا هو مغناطيس يقيس منحنى إزالة المغناطيسية، والذي يُظهر انعدامًا شبه تام للمغناطيسية للخارج.
باستثناء حالة الدائرة المفتوحة والدائرة المغلقة، يمكن تسمية الباقي بالدائرة شبه المفتوحة.