Magnetismus

Magnetismus ist die Kraftwirkung zwischen magnetisierten Materialien (Magnete). Jedes Elementarteilchen von Materialien besitzt ein magnetisches Moment, den so genannten Spin. Magnetisieren eines Materials ist die parallele Ausrichtung der magnetischen Momente der einzelnen Moleküle eines Materials. Normalerweise liegen in so genannten ferromagnetischen Werkstoffen, z.B. Eisen, Bezirke parallel ausgerichteter Bereiche, die Weißsche Bezirke, vor. Unter dem Einfluss eines Magnetfeldes ordnen sich die Weißschen Bezirke parallel an, und das Material wird so zum Magneten. Der Magnetismus verschwindet nicht, wenn das äußere Magnetfeld abgeschaltet wird.

In vielen Bereichen der Technik - vom Kraftfahrzeug bis hin zum PC - sind magnetische Materialien nicht mehr wegzudenken. Das gilt auch für Anwendungen in der magnetischen Sensorik und Informationstechnik. Hier konnten durch die Entdeckung des GMR-Effekts (Giant Magnetoresistance Effect) große Erfolge erzielt werden, was zu einer Erhöhung der Speicherdichte von Festplatten führte.

Magnetische Feldlinien verlaufen außerhalb des Magneten vom Nordpol zum Südpol, innerhalb des Magneten vom Südpol zum Nordpol.

Magnetische Feldlinien zwischen den Polen eines Stabmagneten

Außer durch magnetische Materialien werden Magnetfelder auch durch elektrische Ströme hervorgerufen. In einem stromdurchflossenen Leiter treten magnetische Kräfte auf. Dieser Elektromagnetismus wird in der Elektrotechnik vielfältig genutzt, z.B. bei Elektromagneten, Motoren, Transformatoren und Datenspeicherung. Elektromagnetische Felder können sich auch als elektromagnetische Wellen im Raum ausbreiten.

Die magnetische Feldstärke, angegeben in A/m und die magnetische Flussdichte (Tesla) beschreiben die Stärke eines Magnetfeldes. Das Produkt aus Strom und Windungszahl einer stromdurchflossenen Spule ist die magnetische Durchflutung. Die magnetische Flussdichte wird zur Berechnung der induzierten Spannung (Induktion) und der Lorentzkraft verwendet. Die Permeabilität dient als materialabhängiger Umrechnungsfaktor zwischen den beiden Feldgrößen. Die Stärke von Magnetfeldern kann mit Hallsonden gemessen werden. Der Raum, in dem sich ein magnetisches Feld ausbreitet ist der magnetische Kreis.

Magnetfeldlinien durch Induktion

Jeden stromführenden Leiter umgibt ein Magnetfeld, dessen Stärke abhängig ist vom Stromfluss und der magnetischen Leitfähigkeit des ihn umgebenden Materials. Die Richtung des magnetischen Feldes hängt von der Stromrichtung ab und ist in Bezug auf die Stromrichtung rechtsdrehend.

Bei den magnetischen Werkstoffen werden drei unterschiedliche Werkstoffgruppen unterschieden: Ferromagnetische, paramagnetische und diamagnetische Werkstoffe. Ferromagnetische Werkstoffe (Eisen, Nickel, Kobalt) verstärken ein äußeres Magnetfeld sehr stark. Paramagnetische Werkstoffe (z.B. Luft, Aluminium) verstärken ein äußeres Magnetfeld ganz geringfügig. Diamagnetische Werkstoffe (z.B. Wasser, Kupfer) schwächen ein äußeres Magnetfeld.

Bei der Magnetisierung ferromagnetischer Werkstoffe beschreibt die Hystereseschleife den Zusammenhang zwischen Flussdichte und Feldstärke. Bei dem Feldabbau eines magnetisierten Werkstoffes bleibt eine Restmagnetisierung, Remanenz, erhalten, die erst durch ein Gegenfeld von der Größe der Koerzitivfeldstärke verschwindet.