Elektromagnetismus verstehen: Grundlagen, Flussdichte & Magnetisierung

Magnetische Materialien & Magnetisierung

Ein Material wird magnetisch, wenn seine atomaren Dipole (Elektronenspins) geordnet ausgerichtet sind. Jedes ferromagnetische Metall (Eisen, Nickel, Cobalt, Seltene Erden) lässt sich magnetisieren:

• Temporär: Reiben an einem Permanentmagneten (einseitig) → Domänen richten sich aus. Hält kurz.
• Permanent: Starke äußere Feldstärke (z. B. Spule mit Strom) → Domänen bleiben ausgerichtet. Härte des Materials (Koerzitivfeldstärke) bestimmt Beständigkeit.

Magnetische Größen & Einheiten

Fluss Φ = B · A · cos(θ) (A = Fläche, θ = Winkel zwischen Fluchtrichtung & Flächennormalen). Bei N Windungen: Ψ = N·Φ (Flussverknüpfung).

Magnetische Felder erzeugen & nutzen

• Dauermagnete: NdFeB (stärkste), SmCo, AlNiCo, Ferrit.
• Elektromagnete: Stromdurchflossene Spule → B = μ·n·I (n = Windungen/m). Kern aus Weicheisen verstärkt B um Faktor μ_r (100–100.000).
• Anwendungen: Motoren, Generatoren, Transformatoren, Relais, Lautsprecher, MRT, Maglev, Teilchenbeschleuniger.

Wichtige Gesetze

• Gaußsches Gesetz für Magnetismus: ∇·B = 0 (keine magnetischen Monopole, Feldlinien immer geschlossen).
• Amperesches Gesetz: ∮ H·dl = I_{eingeschlossen}.
• Faraday'sches Induktionsgesetz: ∮ E·dl = -dΦ/dt (siehe nächstes Artikel).
• Lorentz-Kraft: F = q(v × B) – Grundlage für Motor & Generator.

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