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Magnetfeldlinien um einen Stabmagneten

Eisenspäne verstreut auf Papier, das den magnetische Feldlinien um einen Stabmagneten

EIN Magnet (Altgriechisch , Lithographie Magnes, "Brick out Magnesia", sieh es dir an MineralMagnetit) ist ein Objekt das a Magnetfeld produziert.

EIN Dauermagnet besteht aus magnetisch oder magnetisiertes Material, das aufgrund dieses Magnetismus Objekte von dat ferromagnetisch zieht Material an und zieht andere Magnete an oder Abstoßung. Dieses Phänomen wird durch ein generiertes Objekt verursacht Magnetfeld. Ein Magnet hat zwei Stellen (Polen) wo die magnetische Wirkung am stärksten ist und somit auch Dipol erwähnt. Durch die Erdmagnetfeld ein frei hängender Magnet weist auf die geomagnetischer Nordpol.^[1] Diese Stelle auf dem Magneten wird als Nordpol bezeichnet.

Magnetische Materialien umfassen Eisen, Nickel und Kobalt. Sie bestehen aus magnetischen Atomen, die ihre magnetische Eigenschaft aus zwei Valenzelektronen mit einer Parallele Spinne.

EIN vorübergehend Magnet ist ein Magnet, dessen Magnetfeld allein und unmittelbar durch ein äußeres Magnetfeld ohne nennenswerte Memory-Effekte verursacht wird.

Neben Permanent- und temporären Magneten gibt es auch Elektromagnete: elektronische Bauteile, die ein magnetisches Feld erzeugen, wenn ein Strom durch sie fließt.

Grundlagen

Aufgrund der Maxwells drittes Gesetz Magnetfelder werden durch bewegte elektrische Ladungen erzeugt (elektrischer Strom) und durch Ändern elektrische Verschiebung. Bei sogenannten Magneten gehen wir normalerweise nicht von einer langfristigen Änderung der elektrischen Verschiebung aus und das Magnetfeld wird durch bewegte Ladungen erzeugt. Das können Bewegungen von Elektronen im kleinen Maßstab sein (Gegenden von Weiss in einem Permanentmagneten sind typischerweise nicht größer als 1 Mikrometer), aber auch makroskopische elektrische Ströme durch einen leitenden Draht, der in einem Elektromagneten oft kreisförmig oder spiralförmig gewickelt ist.

Richtung und Stärke magnetischer Kräfte lassen sich bestimmen mit Feldlinien visualisiert. Aufgrund des zweiten Maxwellschen Gesetzes ist das Magnetfeld Divergenz frei; das heißt, die Feldlinien sind geschlossene Kurven, die sich im Inneren des Magneten fortsetzen. Ein Magnet bringt a Magnetfeld und wird auch von diesem Magnetfeld durchströmt. Die Flächen, die von der überwiegenden Mehrheit des Magnetfelds durchquert werden, werden als bezeichnet Polen des Magneten; konventionell treten die Feldlinien am "Südpol" (meist grün dargestellt) in den Magneten ein und die Feldlinien verlassen den Magneten am "Nordpol" (rot).

Es wird unterschieden zwischen Permanentmagnete und Elektromagnete. In beiden Fällen werden die magnetisch aktiven Substanzen exprimiert.

Magnetische Monopole (einzelner Nord- oder Südpol ohne Gegenstück) sind derzeit spekulativer Natur. Ihre Existenz wurde nie experimentell nachgewiesen. Aktuelle Experimente^[2][3] könnte dies jedoch ändern.

Attraktion

Ein Hufeisenmagnet mit einer Schutzplatte über den Polen

Zwei Magnete üben eine Kraft aufeinander aus. Zum Beispiel ziehen sich zwei gleich orientierte magnetische Dipole an, die in einer Linie liegen, während sich entgegengesetzt orientierte Dipole abstoßen: Dies wird als "gleiche Pole stoßen sich ab, entgegengesetzte Pole ziehen sich an". Diese Kräfte lassen sich erklären durch die Lorentzkraft dass es Magnetfeld von einem Magneten zum Elektronen vom anderen Magneten.

Ein separater Magnet zieht ferromagnetische Materialien wie Eisen an, auch wenn diese Materialien nicht vorher magnetisiert wurden. Sowohl der Nord- als auch der Südpol des Magneten üben in diesem Fall eine Anziehungskraft aus, niemals eine Abstoßung. Dies lässt sich damit erklären, dass das Feld des Magneten das Material temporär magnetisiert, immer in dem Sinne, dass sich der temporäre Dipol so ausrichtet, dass er angezogen wird.

Auch andere Materialien können angezogen werden (Paramagnetismus) oder veräußert (Diamagnetismus), aber diese Kräfte sind um viele Größenordnungen schwächer als die typische Anziehungskraft ferromagnetischer Objekte. Wasser ist diamagnetisch, daher werden die meisten Lebewesen von sehr starken Magneten leicht abgestoßen.

EIN Hufeisenmagnet ist ein magnetisierter gebogener Eisenstab, bei dem beide Pole in die gleiche Richtung zeigen. Dies ist eine praktische Form, um mehr oder weniger flache Eisenstücke gleichzeitig mit beiden Polen anzuziehen. Außerdem kann so ein Permanentmagnet besser geschützt werden gegen Entmagnetisierung indem Sie sie mit einer Platte aus ferromagnetischem Material aufbewahren, die beide Pole berührt.

Dauermagnet

Kombination aus Hysterese und Sättigung von Magnetismus im ferromagnetisch Material. Die horizontale Achse zeigt die externe Feldstärke, die vertikale Achse den Magnetisierungsgrad des Ferromagneten.

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Permanentmagnete behalten ihre magnetischen Eigenschaften nach der Magnetisierung lange Zeit. Sie bestehen derzeit aus MetallLegierungenEisen, Nickel und Aluminium, mit Zusätzen von Kobalt, Mangan und Kupfer oder Keramik mit magnetischen Eigenschaften (wie Barium- oder Strontiumhexaferrit). Durch die Verwendung dieser Substanzen Sintern kann man ausgehen Lanthanoide (seltene Erden), wie Samarium-Kobalt oder Neodym-Eisen-bohrenbesonders starke Permanentmagnete herstellen. Permanentmagnete werden verwendet in Dynamos, Zirkel (die Magnetnadel), in Elektromotoren, im Messgeräte, wie Drehspulzähler, im Sprecher und Kopfhörer und in vielen anderen modernen Geräten, wie z Festplatten, Sensoren und Metallabfallabscheider.

Die Funktion eines Permanentmagneten basiert auf Hysteresed.h. die Magnetisierung des Ferromagneten zu einem bestimmten Zeitpunkt hängt nicht nur von der momentanen äußeren magnetischen Feldstärke ab, sondern auch von der äußeren Feldstärke in der Vergangenheit.

Das Anlegen eines externen Magnetfelds sorgt für die magnetische Ausrichtung eines Teils des Gegenden von Weiss im Ferromagneten. Ein stärkeres Magnetfeld richtet eine größere Anzahl von Weiss-Gebieten aus, bis eine Sättigung eintritt, wenn die meisten oder alle Weiss-Gebiete entsprechend dem externen Magnetfeld ausgerichtet sind. Eine weitere Verstärkung des Feldes hat keinen Einfluss auf die Magnetisierung, was dann total ist.

Wenn sich das externe Magnetfeld allmählich umkehrt, orientieren sich die Weiss-Regionen allmählich neu. Die Magnetisierungsänderung tritt jedoch nicht nahe der Magnetfeldstärke Null auf, sondern erst, nachdem das umgekehrte Magnetfeld eine gewisse Stärke wiedererlangt hat. Somit "erinnern" sich die meisten Bereiche von Weiss in Abwesenheit eines externen Magnetfelds an die letzte Ausrichtung des externen Felds, bevor es nachließ.

In dem 60er Jahre der Memory-Effekt kleiner ringförmiger Ferritmagnete wurde buchstäblich für den Bau relativ schnell zugänglicher Computerspeicher. Tonbänder, Videokassetten, Disketten und Festplatten verwendet Ferromagnetismus, um analoge oder digitale Informationen dauerhaft zu speichern.

Temporärer Magnet

Die meisten Stoffe enthalten sich bewegende Elektronen und unterliegen daher einem Einfluss externer Magnetfelder. Am stärksten ist dieser Effekt bei ferromagnetischen Materialien, die sich sofort in einen Magneten verwandeln. Ein unmagnetisiertes Eisenstück in der Nähe eines Permanentmagneten wird selbst zu einem Magneten mit gleicher Orientierung, sodass der Permanentmagnet das Eisenstück anzieht.

Bei nicht ferromagnetischen Materialien ist die temporäre magnetische Wirkung viel schwächer. Einerseits sind manche Materialien bei Temperaturen nicht zu hoch paramagnetisch: Die einzelnen Moleküle sind kleine Magnete und auf das äußere Feld gerichtet. Paramagnetische Materialien werden von einem Permanentmagneten leicht angezogen, obwohl der Effekt zu gering ist, um im Alltag wahrnehmbar zu sein. Paramagnetismus tritt in Materialien auf, die ungepaarte Elektronen habe, wie Platin und Sauerstoff.^[4]

Andererseits sind alle Materialien diamagnetisch: das äußere Feld beeinflusst die Bahngeschwindigkeit der Elektronen und macht sie a Gegenteil ein Magnetfeld erzeugen. Diamagnetismus ist noch schwächer als Paramagnetismus und kann daher nur in Materialien nachgewiesen werden, die keinen Paramagnetismus aufweisen, wie z Diamant, führen und Stickstoff-. Diamagnetische Materialien werden von einem Permanentmagneten sehr leicht abgestoßen.^[4]

Elektromagnet

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Elektromagnete bestehen in der Regel aus einem oder mehreren stromdurchflossenen spülen mit einem Kern von a weichmagnetisches Material, im einfachsten Fall aus weiches Eisen. Diese Anordnung führt zu einem starken Magnetfeld, sehen Elektromagnetismus. Elektromagnete werden in vielen kleinen und großen technischen Anlagen eingesetzt. Beispiele werden von außen aktiviert Elektromotoren und elektrische Generatoren, Relais, Schütze, Zug-, Hebe- und Schlagmagnete und elektrische Türöffner.

Elektromagnetische Filter ermöglichen die Abscheidung von ferromagnetischen Feststoffen aus Flüssigkeiten. Diese festen Partikel bestehen hauptsächlich aus Eisenoxide. In Wasserkreislaufsystemen werden beispielsweise ferromagnetische Feststoffe aus dem Kondenswasser von Kraftwerken und dem Kreislaufwasser von Fernwärmenetzen gefiltert.

Die Erde als Magnet

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Die Erde verhält sich wie ein großer Magnet, dessen Dipol parallel zur bei ca. 9,5° Erdachse.^[5] Der genaue Mechanismus der Entstehung des Erdmagnetismus ist noch Gegenstand von Diskussionen und Forschungen, aber es ist sicher, dass die Zusammensetzung der innerer Kern von Nickel und Eisen spielt eine Rolle.

Da die Definition des Nord- und Südpols eines Magneten historisch in Bezug auf die Richtung aufgezeichnet wurde, in die eine Kompassnadel zeigt, wurde der Name für die Erde selbst umgekehrt: die geomagnetischer Nordpol, d. h. der magnetische Pol der Erde, der sich in der Nähe des geografischen Nordpols befindet, ist der Südpol der Erde als Magnet.

Natürliche Permanentmagnete

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Das ferromagnetische Mineral Magnetit kann durch einen nahen Blitzeinschlag zu einem Dauermagneten werden. Solche Steine, bereits beschrieben in der Antike, hatten die nützliche Eigenschaft, in die gleiche Richtung zu zeigen, während sie sich frei drehten. Diese frühen Versionen des magnetischen Kompass bekamen den Namen auf Niederländisch Segelsteine. Bis zur Entdeckung des Elektromagnetismus waren Segelsteine ​​die einzige praktische Möglichkeit, eine Kompassnadel zu magnetisieren.

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