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Magnetismus


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Magnetismus ist ein physikalisches Phänomen durch das Gegenstände/Teilchen anziehende oder Kräfte und/oder Momente auf andere Gegenstände/Teilchen ausüben können. Magnetismus durch die Bewegung von elektrischen Ladungen oder durch den Spin der Elementarteilchen.

Der Magnetismus von Festkörpern hat seinen Ursprung im Magnetismus der Ionen und Elektronen aus denen er aufgebaut ist. Im Sinne spricht man nur dann von einem Material wenn die elementaren magnetischen Momente so sind dass sie sich zumindest nicht vollständig kompensieren der Stoff also eine makroskopische Magnetisierung aufweist. Bekannte Beispiele sind die ferromagnetischen Metalle Eisen Nickel und Kobalt oder auch das Mineral Magnetit . Aber auch wenn ein Stoff keine Magnetisierung aufweist kann er von Magnetfeldern beeinflusst solche Effekte sind in der regel jedoch zu schwach um sie im Alltag beobachten können.


Magnetfeld um einen Stabmagneten

Inhaltsverzeichnis

Grundlagen

Magnetfelder

Magnetische Kräfte werden durch die Bewegung Ladungen erzeugt. Die Geschwindigkeit (in Betrag und sowie die Größe (Betrag und Vorzeichen) der Ladungen bestimmen die Stärke und Richtung der Kräfte. Die Entstehung und das Verhalten der die diesen Kräften zugrunde liegen werden durch Maxwellgleichungen beschrieben. Anders als beim elektrischen Feld gibt es beim Magnetfeld keine magnetische (magnetischer Monopol) als Quellen des Feldes . Das Magnetfeld ist also quellenfrei. Im zu den Feldlinien elektrischer Felder die an elektrischen Ladungen und enden können (in der Elektrostatik ist das sogar stets der Fall) magnetische Feldlinien also stets geschlossen.

Magnetische Dipole

Wenn sich Ladungsträger auf einer geschlossenen bewegen zeigen die Feldlinien des Magnetfeldes im der Bahn alle in dieselbe Richtung. Das nennt man magnetischen Dipol . Das Produkt aus Ladungsträgerstrom und von umflossener Fläche nennt man magnetisches Dipolmoment oder kurz magnetisches Moment . Die beiden Pole eines magnetischen Dipols auch Nordpol und Südpol genannt. Wenn ein magnetischer Dipol in Magnetfeld gebracht wird strebt er danach sich diesem Feld auszurichten. Dieser Effekt wird zum beim magnetischen Kompass ausgenutzt in dem sich die Kompassnadel magnetischer Dipol nach dem Erdmagnetfeld ausrichtet.

Magnetische Monopole

Von Paul A. M. Dirac stammte die Spekulation es gäbe magnetische Diese Spekulation hat vor allem den Vorteil der Nachweis eines einzigen magnetischen Monopols erklären warum die elektrische Ladung stets nur in Vielfachen der Elementarladung auftritt. Trotz intensiver Bemühungen konnte bisher die Existenz eines solchen Teilchens nicht nachgewiesen

Magnetismus in Materie

Magnetisches Moment von Elementarteilchen

Elementarteilchen besitzen ein jeweils charakteristischs Magnetisches Moment <math>\mu</math>.

Magnetisches Moment <math>\mu</math> einiger Elementarteilchen
Elementarteilchen Bezeichnung <math>\mu / (\rm{JT^{-1}})</math>
Elektron <math>\mu_{\rm e}</math> <math>-9 284.764.12(80) \times 10^{-24}</math>
Proton <math>\mu_{\rm p}</math> <math> 1 410.606.71(12) \times 10^{-26}</math>
Neutron <math>\mu_{\rm N}</math> <math>-0 966.236.45(24) \times 10^{-26}</math>

Magnetisches Moment von Atomen

Das magnetische Moment eines Atoms setzt sich zusammen aus Beitrag der Elektronenhülle (Hüllenmoment) und dem im viel schwächeren Kernbeitrag (Kernmoment).

Zum Hüllenmoment tragen das Bahnmoment das dem Bahndrehimpuls der Elektronen verknüpft ist und das durch den Elektronenspin bestimmte Spinmoment bei. Die Summe der Momente der Elektronen einer voll gefüllten (Sub-)Schale jeweils Null sodass Atome die keine teilgefüllten besitzen kein permamentes Hüllenmoment aufweisen. Im äußeren wird jedoch ein magnetisches Moment induziert das Entstehung entgegenwirkt (abstoßende Kraft im inhomogenen Magnetfeld). Atome mit dieser nennt man diamagnetisch . Atome mit teilgefüllten Schalen weisen hingegen permamentes Hüllenmoment auf. Solche Atome heißen paramagnetisch . Auch wenn das Kernmoment sehr klein läßt es sich nicht nur nachweisen ( NMR ) sondern auch praktisch anwenden (z.B. Kernspintomografie ).

Magnetismus von Festkörpern

Beim Magnetismus von Festkörpern handelt es um ein kooperatives Phänomen. Selbst wenn die (Atome Ionen (quasifreie) Elektronen ) aus denen der Festkörper aufgebaut ist nichtverschwindende magnetische Momente tragen nur wenige Materialien eine makroskopische Magnetisierung auf. In der Regel sind die magnetischen Momente so ausgerichtet dass sie sich kompensieren. Der Grund dafür ist dass die die die magnetischen Eigenschaften der Atome bestimmen zur chemischen Bindung beitragen. Bei der Verteilung Elektronen auf die neuen Bindungszustände wird die Orientierung der Elektronen durch die Austauschwechselwirkung bestimmt. Diese ist in der Regel eine parallele Ausrichtung der magnetischen Momente energetisch Eine Ausnahme davon stellen z.B. die Übergangsmetalle Eisen Nickel und Kobalt dar. Solche Stoffe nennt man ferromagnetisch (von lat. ferrum Eisen). Ab einer bestimmten Temperatur der Curie-Temperatur (nach Marie Curie Nobelpreis Physik 1903 1911) überwiegt die thermische Energie die Energie Austauschwechselwirkung und die ferromagnetische Ordnung wird aufgebrochen. Festkörper geht dann in die paramagneische Phase Zu Domänen im Ferromagneten siehe auch Ferromagnetismus .

Die ferromagnetische Ordnung ist ein Spezialfall magnetischen Ordnung. Neben dem ungeordneten Zustand gibt noch andere Formen der magnetischen Ordnung darunter Antiferromagnetismus und Spindichtewellen.

Elektromagnetismus

Eine konstante Bewegung von Ladunsträgern bewirkt magnetisches Feld das folgenden Regeln folgt:

  • Für einen elektrischen Strom der durch Draht fließt lässt sich die Richtung des mit Hilfe der "Rechte-Hand-Regel" bestimmen: Wenn die Hand als Anschauungsmodell genommen wird symbolisiert der die konventionelle/technische Stromrichtung (entgegen dem Elektronenfluss) und übrigen Finger zeigen die Richtung an in das Magnetfeld den Draht umgibt.

  • Für einen Kreisstrom gilt: wenn die der rechten Hand in Richtung des Elektronenflusses sind zeigt der Daumen in Richtung des Nordpols.

  • Eine andere Regel hierzu ist die Rechtsschraubenregel.

  • Messung von magnetischen Feldern ist mit Hallsonden möglich.

In elektrische Leitern die sich durch magnetisches Feld bewegen wird eine Spannung und ein Stromfluss Induziert .

Zeitlich veränderliche Bewegung von Ladungsträgern resultiert einer differenzialen Veränderung im Elektrostatischen und Magnetischen Feld ihrer Umgebung. Man von elektromagnetischen Wellen wenn die Frequenz der Veränderung sich in gegebenen Medien Licht (egal ob sichtbar oder unsichtbar) und Rundfunk sind die bekanntesten Formen dieses Prinzipes. auch in der Metallverarbeitung (Induktionsöfen) und zum von sogar nichtleitenden Substanzen kommt diese Form Elektromagnetismus zur Anwendung ( Mikrowellenherd ).

Andere zum Thema passende Wiki:

Magnetismus jenseits der Naturwissenschaften

Umgangssprachlich wird der Begriff Magnetismus auch menschliche Verhaltensweisen gebraucht. Man spricht davon dass von einer Person oder Sache magnetisch angezogen wird.

Der Arzt Franz Anton Mesmer entwickelte eine Theorie die 1784 von der französischen Akademie der Wissenschaften und verworfen wurde nach der ein Fluidum Mesmer als Magnetismus animalis bezeichnete von Mensch zu Mensch übertragbar und bei der Hypnose und bestimmten Heilverfahren ( Mesmersche Streichungen ) eine Rolle spielen sollte.

siehe auch Durchflutung



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