Dauermagnete

Vor Jahrhunderten wurde entdeckt, dass bestimmte Arten von Mineralgestein ungewöhnliche Anziehungseigenschaften für das Metall Eisen besitzen. Ein bestimmtes Mineral namens Magnetstein , oder Magnetit , wird in sehr alten historischen Aufzeichnungen (vor etwa 2500 Jahren in Europa und viel früher im Fernen Osten) als Kuriosität erwähnt.

Später wurde es in der Navigation eingesetzt, da sich herausstellte, dass ein Stück dieses ungewöhnlichen Gesteins, wenn es frei rotiert (an einer Schnur oder auf einem Schwimmer im Wasser aufgehängt), sich in Nord-Süd-Richtung ausrichtet. .

Eine 1269 von Peter Peregrinus durchgeführte wissenschaftliche Studie ergab, dass Stahl mit dieser ungewöhnlichen Eigenschaft ähnlich „aufgeladen“ werden kann, nachdem er an einem der „Pole“ eines Magnetsteins gerieben wurde.

Im Gegensatz zu elektrischen Ladungen (wie sie beobachtet werden, wenn Bernstein gegen Stoff gerieben wird), besaßen magnetische Gegenstände zwei gegensätzliche Pole, die nach ihrer Selbstorientierung zur Erde als „Norden“ und „Süden“ bezeichnet werden. Wie Peregrinus herausfand, war es unmöglich, einen dieser Pole allein zu isolieren, indem er ein Stück Magnetstein in zwei Hälften zerschnitt:Jedes resultierende Stück besaß sein eigenes Paar Pole:

Wie bei elektrischen Ladungen gab es nur zwei Arten von Polen:Nord und Süd (analog positiv und negativ). Genau wie bei elektrischen Ladungen stoßen sich gleiche Pole ab, während sich entgegengesetzte Pole anziehen. Diese Kraft, die durch statische Elektrizität verursacht wird, breitete sich unsichtbar über den Raum aus und konnte sogar Gegenstände wie Papier und Holz mit geringer Auswirkung auf die Festigkeit durchdringen.

Der Philosoph und Wissenschaftler Rene Descartes stellte fest, dass dieses unsichtbare „Feld“ kartiert werden kann, indem man einen Magneten unter ein flaches Stück Stoff oder Holz legt und Eisenspäne darüber streut. Die Feilspäne richten sich nach dem Magnetfeld aus und „bilden“ seine Form ab. Das Ergebnis zeigt, wie sich das Feld ungebrochen von einem Pol eines Magneten zum anderen fortsetzt:

Wie bei jeder Art von Feld (elektrisch, magnetisch, gravitativ) wird die Gesamtmenge oder Wirkung des Feldes als Fluss bezeichnet , während der "Schub", der die Bildung des Flusses im Raum bewirkt, als Kraft bezeichnet wird . Michael Faraday prägte den Begriff „Röhre“, um sich auf eine magnetische Flusskette im Raum zu beziehen (der Begriff „Linie“ wird heute häufiger verwendet). Tatsächlich wird die Messung des magnetischen Feldflusses oft in Bezug auf die Anzahl der Feldlinien definiert, obwohl es zweifelhaft ist, dass solche Felder in einzelnen, diskreten Linien mit konstantem Wert existieren.

Moderne Theorien des Magnetismus behaupten, dass ein Magnetfeld durch eine sich bewegende elektrische Ladung erzeugt wird, und daher wird theoretisiert, dass das Magnetfeld eines sogenannten „permanenten“ Magneten wie Magnetstein das Ergebnis von Elektronen in den Atomen des sich drehenden Eisens ist gleichmäßig in die gleiche Richtung.

Ob die Elektronen in den Atomen eines Materials einer solchen gleichförmigen Drehung unterliegen oder nicht, wird durch die atomare Struktur des Materials bestimmt (ähnlich wie die elektrische Leitfähigkeit durch die Elektronenbindung in den Atomen eines Materials bestimmt wird). Daher reagieren nur bestimmte Arten von Substanzen mit Magnetfeldern und noch weniger haben die Fähigkeit, ein Magnetfeld dauerhaft aufrechtzuerhalten.

Eisen ist eine dieser Arten von Substanzen, die sich leicht magnetisieren lassen. Wenn ein Stück Eisen in die Nähe eines Permanentmagneten gebracht wird, richten die Elektronen innerhalb der Atome im Eisen ihre Spins so aus, dass sie der vom Permanentmagneten erzeugten magnetischen Feldkraft entsprechen, und das Eisen wird „magnetisiert“. Das Eisen magnetisiert sich so, dass die magnetischen Flusslinien in seine Form aufgenommen werden, die es zum Permanentmagneten hin anzieht, egal welcher Pol des Permanentmagneten dem Eisen angeboten wird:

Das zuvor unmagnetisierte Eisen wird magnetisiert, wenn es näher an den Permanentmagneten gebracht wird. Egal welcher Pol des Permanentmagneten zum Eisen hin verlängert wird, das Eisen magnetisiert sich so, dass es vom Magneten angezogen wird:

In Anlehnung an die natürlichen magnetischen Eigenschaften von Eisen (lateinisch =„Ferrum“), einem ferromagnetischen Material ist eines, das sich leicht magnetisieren lässt (die Atome seiner Bestandteile richten ihre Elektronenspins leicht so aus, dass sie einer externen Magnetfeldkraft entsprechen). Alle Materialien sind bis zu einem gewissen Grad magnetisch, und diejenigen, die nicht als ferromagnetisch (leicht magnetisiert) gelten, werden entweder als paramagnetisch . klassifiziert (leicht magnetisch) oder diamagnetisch (eigentlich schließen magnetische Felder aus). Von den beiden sind diamagnetische Materialien die seltsamsten. Bei Vorhandensein eines externen Magnetfelds werden sie sogar leicht in die entgegengesetzte Richtung magnetisiert, um das externe Feld abzustoßen!

Wenn ein ferromagnetisches Material dazu neigt, seine Magnetisierung beizubehalten, nachdem ein externes Feld entfernt wurde, spricht man von einer guten Remanenz . Dies ist natürlich eine notwendige Eigenschaft für einen Permanentmagneten.

RÜCKBLICK:

• Lodestone (auch Magnetit genannt ) ist ein natürlich vorkommendes „permanentes“ Magnetmineral. Mit „permanent“ ist gemeint, dass das Material ohne externe Hilfe ein Magnetfeld aufrechterhält. Die Eigenschaft jedes magnetischen Materials, dies zu tun, wird als Remanenz bezeichnet .
• Ferromagnetisch Materialien lassen sich leicht magnetisieren.
• Paramagnetisch Materialien werden schwieriger magnetisiert.
• diamagnetisch Materialien neigen tatsächlich dazu, externe Magnetfelder abzustoßen, indem sie in die entgegengesetzte Richtung magnetisieren.

VERWANDTE ARBEITSBLÄTTER:

• Magnetismus-Arbeitsblatt