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Die magnetische Einheit |
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Definition: magnetische
Flussdichte Tesla T = 1Vs/m² oder Gauss G = 10-4Vs/m² (Voltsekunde pro Quadratmeter) |
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Coulombsches Gesetz = Abstandsgesetz E=1/r² (Die Energie reduziert sich im Quadrat zum Abstand) |
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Natürliche Magnetfelder |
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Künstliche Magnetfelder |
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Magnetische Sättigung von Materialien |
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Gruppierungen des Magnetismus |
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Diamagnetismus |
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| Abstoßender Magnetismus: Ein diamagnetisches Material weicht einem Magnetfeld aus. Dabei spielt die Polung des Magneten keine Rolle. | |
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Paramagnetismus |
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| Neutraler Magnetismus: Ein paramagnetische Material bewirkt nur eine leichte Verstärkung des an ihm angeleten Magnetfeldes. | |
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Ferromagnetismus |
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| Anziehender Magnetismus: Die bekannteste Form des Magnetismus. Ein angelegtes Magnetfeld bewirkt eine parallele Ausrichtung der Struktur (Weiss-Bezirke) eines Materials, dadurch wird das Material selbst magnetisch. Die Gleichrichtung bleibt auch nach dem Entfernen des angelegten Magnetfeldes teilweise bestehen (Remanenz). | |
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Ferrimagnetismus |
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| Untergruppe des Ferromagnetismus: Ähnliches Verhalten wie beim Ferromagnetismus, jedoch richtet sich die Struktur (Weiss-Bezirke) des Materiales nicht geschlossen in eine Richtung aus. Einige Strukturteilchen wirken ihr genau entgegen und schwächen damit das gesamte Magnetfeld. | |
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Antiferromagnetismus |
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| Untergruppe des Ferromagnetismus: Wie beim Ferrimagnetismus, jedoch gleich großen Anteilen an ausgerichteten Strukturen. Somit hebt sich das Magnetfeld komplett auf. Mit steigender Temperatur (Néel-Temperatur) wird die Struktur gestört und es dominiert eine Richtung, dadurch verhält sich das Material wieder Ferrimagnetisch. | |
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Metamagnetismus |
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| Sonderform des Magnetismus: Verhält sich bei schwach angelegten Magnetfeld antiferromagnetisch und bei einen starken äußeren Magnetfeld ferromagnetisch. Eisen(II)-chlorid ist ein Beispiel für Metamagnetismus. | |
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Permeabilitätszahlen μr verschiedener Stoffe |
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Diamagnetische Stoffe μr<1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Supraleiter | 0,000 000 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Pyrolytisches Graphit | 0,999 600 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Bismut (Levitation) | 0,999 832 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Gold (Au) | 0,999 971 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Quecksilber (Hg) | 0,999 971 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Silber (Ag) | 0,999 977 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Diamant | 0,999 979 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Blei (Pb) | 0,999 982 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Graphit | 0,999 984 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Zink (Zn) | 0,999 988 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Schwefel (S) | 0,999 990 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Wasser (H2O) | 0,999 991 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Kupfer (Cu) | 0,999 994 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Helium (He) | 0,999 998 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Stickstoff (N) | 0,999.999 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Paramagnetische Stoffe μr>1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Vakuum | 1,000 000 000 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Wasserstoff (H) | 1,000 000 008 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Luft | 1,000 000 400 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Sauerstoff (O2) | 1,000 001 800 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Natrium (Na) | 1,000 007 200 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Magnesium (Mg) | 1,000 012 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Lithium (Li) | 1,000 014 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Aluminium (Al) | 1,000 022 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Wolfram (W) | 1,000 068 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Platin (Pt) | 1,000 260 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Palladium (Pd) | 1,000 690 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Mangan (Mn) | 1,001 000 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Eisenchlorid | 1,003 758 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Ferromagnetische Stoffe μr>>1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Die drei ferromagnetischen Elemente |
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chemische Verbindungen, welche die drei Elemente enthalten |
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Supermalloy/Permalloy weichmagnetische Legierungen zur magnetischen Abschirmung |
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Ferrite sind
elektrisch schlecht oder nicht leitende ferrimagnetische keramische
Werkstoffe (Hämatit/Magnetit) Typbezeichnungen bei Ferriten: N<100kHz; M<1,6MHz; K<30MHz; U<100MHz; T=Übertrager μr=4-15.000 |
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Ferrit T38 | 10 000 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Ferrit N30 | 4 300 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Ferrit N27 | 2 700 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Ferrit U60 | 8 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Heuslerschen Verbindungen ausschließlich aus nicht-ferromagnetischen Bestandteilen |
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MnZn(Fe2O4)2 | 2500 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Cu75,6Mn14,3Al10,1 | 48-80 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Bei tiefen Temperaturen zusätzlich die Elemente (Metalle der seltenen Erden) |
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Gd (Gadolinium) | paramagnetisch (unter Tc<289K ferromagnetisch) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Dy (Dysprosium) | paramagnetisch (unter Tc<85K ferromagnetisch) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Ho (Holmium) | paramagnetisch (unter Tc<20K ferromagnetisch) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Gezielte Beimengungen von Stoffen führt zu gewünschten magnetischen Eigenschaften |
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Kohlenstoff | Erhöhung der Koerzitivfeldstärke | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Silizium | Erhöhung des spez. elektrischen Widerstandes, Verringerung der Wirbelstromverluste | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Chrom oder Nickel | Hohe Permeabilitätskonstanz | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Mangan | Erhöung der Permeabilität | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Kobalt | Erhöhung der Curietemperatur | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Molybdän | Erhöhung der Anfangspermeabilität | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Aluminium | Erhöhung des spez. elektrischen Widerstandes, Verringerung der Wirbelstromverluste | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Ein ferromagnetisches Material wird von magnetischen Nordpol sowie Südpol in gleicher Weise angezogen. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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In weichmagnetischen Materialien verliert sich die Magnetisierung zum größten Teil sofort. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Dagegen hartmagnetische Materialien können zu Permanentmagneten magnetisiert werden. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Die Polarisierung eines Dauermagneten verschwindet schon deutlich unterhalb der Curie-Temperatur. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Buchtipp |
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Begriffserklärungen Magnetismus |
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Die Durchflutung | |
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Θ = I · N | Ein stromdurchflossener Leiter baut ein Magnetfeld
auf, das senkrecht zum Stromfluss steht. Der Durchflutung ist der griechische Buchstabe groß Θ zugeordnet. Die Einheit wird in [A] Ampere angegeben. |
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Die magnetische Feldstärke | |
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H=Θ/lm | Die Kraft des Magnetfeldes kann in der Mitte eines Ringleiters
gemessen werden. Wird bei gleicher Durchflutung
der Durchmesser des Leiterringes verkleinert, dann liegen die Magnetfeldlinien
näher zusammen. In der Ringmitte erhöht sich somit die Feldstärke.
Bei der Berechnung nimmt man eine mittlere Feldlinienlänge lm
an. Die Einheit wird in [A/m] Ampere pro Meter angegeben. |
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Domänenwände | |
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eV/cm² | Abgrenzung zwischen verschiedenen Domänen aus
unterschiedlich ausgerichteten Elementarmagneten. Man unterscheidet zwischen Blochwand und Néelwand. |
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Weiss’scher Bezirk | |
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Bereich (Domäne) in einem ferromagnetischen Stoff, bestehend aus mehreren gleich ausgerichteten Elementarmagneten. Jeder Bezirk hat eine etwas andere Magnetisierungsrichtung. Durch ein externes Magnetfeld können die Elementarmagnete in den Weiss’schen Bezirken gleich ausgerichtet werden. | |
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Elementarmagnet | |
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Kleinste magnetische Einheit in einem ferromagnetischen Material. Benachbarte Elementarmagnete bilden die Weiss’schen Bezirke. | |
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Energieprodukt | |
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BH | Die maximal gespeicherte magnetische Energie in einem Magneten.
Das Energieprodukt kann also auch als Energiedichte (Energie pro
Volumen) betrachtet werden. Das Energieprodukt bildet sich aus der Flussdichte
B und Feldstärke H. Einheit: [MGOe] Mega-Gauss-Oersted oder auch [kJ/m³] Kilojoule pro Kubikmeter. |
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Der magnetische Fluss | |
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Φ | Die Gesamtzahl der Feldlinien eines Permanent- oder Elektromagneten
wird magnetischer Fluss genannt. Einheit ist [Vs] Voltsekunde oder nach den deutschen Physikers Weber Wb. |
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Die magnetische Flussdichte | |
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B=μ·(N/l)·I | Umgangssprachlich manchmal auch Magnetfeld genannt. Bei der magnetischen Flussdichte wird die Feldliniendichte bezeichnet, die eine bestimmte Fläche senkrecht durchsetzt. Die Einheit ist [Vs/m²] oder [T], zu Ehren des Physikers Tesla. Im Zentrum von Spulen, die von Strom mit der Stromstärke I durchflossen werden, die Windungszahl N, die Länge l und die Permeabilität μ haben, herrscht folgende magnetische Flussdichte: B=μ·(N/l)·I |
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Die magnetische Energie | |
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E=0,5·L·I² | Jedes Magnetfeld enthält Energie. Die Gesamtenergie des Magnetfelds einer stromdurchflossenen Spule beträgt die Hälfte aus dem Produkt der Induktivität und der Stromstärke im Quadrat. Die Masseinheit ist J (Joule). |
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Die Permeabilität | |
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μ | Werden unterschiedliche Werkstoffe in ein konstantes Magnetfeld eingebracht, dann lassen sich verschiedene magnetische Flussdichten messen. Die Permeabilität (Durchlässigkeit) für die Feldlinien kann stärker oder schwächer ausgeprägt sein. Die Flussdichte liefert entsprechend größere oder kleinere Werte. Diese besondere magnetische Eigenschaft der Werkstoffe wird durch die relative Permeabilität oder Permeabilitätszahl charakterisiert. |
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Die Permeabilitätszahl | |
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μr | Die Permeabilitätszahl μr eines
Stoffes gibt an, vielviel mal größer die magnetische Flussdichte
gegenüber Vakuum bei gleicher Durchflutung
Θ ist.
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Suszeptibilität | |
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Χm | Die magnetische Suszeptibilität ist eine physikalische Größe, die die magnetisierbarkeit von Materie in einem externen Magnetfeld angibt. Die Suszeptibilität einheitenlos. |
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Permanentmagnet | |
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Magnet aus ferromagnetischem Material, das seine Magnetisierung auch ohne ein externes Magnetfeld behält. Aufgebaut aus Elementarmagneten. | |
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Die Remanenz | |
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BR | Unter Remanenz versteht man die Magnetisierung, welche nach Abschalten eines äußeren Magnetfeldes in einem ferromagnetischen Stoff verbleibt. |
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Koerzitivfeldstärke Hc | |
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HC | Mit der Koerzitivfeldstärke bezeichnet man die Feldstärke, die notwendig ist, um einen Magneten wieder vollständig zu entmagnetisieren. |
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Koerzivität | |
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Widerstand eines Magneten gegen Umpolungsversuche . Hartmagnete haben eine grosse Koerzivität, lassen sich also nur sehr schwer um - oder entmagnetisieren. | |
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Die Curie-Temperatur | |
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TC | Temperatur, ab der die Elementarmagnete in den Domänen nicht mehr gleichmässig angeordnet sind, d.h. der Magnet seine Magnetisierung verliert. Die Curie-Temperatur von magnetischen Materialien ist sehr unterschiedlich; bei Nickel beträgt sie 360 Grad Celsius, bei Kobalt 1121 Grad Celsius. |
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Néel-Temperatur | |
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TN | Die Néel-Temperatur ist die Temperatur, oberhalb derer ein antiferromagnetischer Stoff paramagnetisch wird. |
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Supraleiter | |
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Supraleiter sind elektrische Leiter deren spezifischer Widerstand bei Gleichspannung gegen Null tendiert. Supraleiter verdrängen Feldlinien die von einem äußeren Magnet angelegt werden. | |
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Sättigung | |
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Wird ein ferromagnetischer Körper magnetisiert, so steigt
die Magnetisierung zunächst annähernd proportional zur Stärke
des magnetisierenden Feldes an. Irgendwann jedoch sind alle Elementarmagnete gleich ausgerichtet und die Magnetisierung, die von den Elementarmagneten ausgeht, steigt nicht weiter. Dieser Punkt wird Sättigung genannt. Wegen der magnetischen Sättigung kann es keine beliebig starken Permanentmagnete geben. |
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Stand 26.11.2011
Anregungen und Kritik bitte ins Forum!
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