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Magnetisme
Visualisierung eines von einem Magneten erzeugten Magnetfelds mit Eisenspäne
Ferrofluid im Magnetfeld

Magnetismus ist ein Physik Phänomen, das sich manifestiert in Kraftwirkung zwischen Magnete oder andere magnetisierte oder magnetisierbare Gegenstände und hat eine Kraftwirkung beim Bewegen elektrische Aufladungen, wie in stromführend Rohre. Die Krafteinwirkung erfolgt mittels a Magnetfeld, die von den Objekten selbst oder anderweitig generiert wird.[1][2]

Bereits im Antike es wurde entdeckt, dass Magnetitkristalle magnetisch sein. Magnetit ist, sowie Magnesium benannt nach Magnesia, ein Gebiet in Thessalien in dem antikes Griechenland. Verantwortlich für den Magnetismus von Magnetit ist das Vorhandensein von Eisen. Viele Eisenlegierungen weisen Magnetismus auf. Neben Eisen, Nickel, Kobalt und Gadolinium magnetische Eigenschaften.

Es gibt natürliche und künstliche Magnete (zum Beispiel Alnico, Fernico, Ferrite). Alle Magnete haben zwei Polen dass die Arktis und der Südpol werden genannt. Der Nordpol eines Magneten stößt den Nordpol eines anderen Magneten ab und zieht den Südpol eines anderen Magneten an. Auch zwei Südpole stoßen sich gegenseitig ab. Da die Erde auch ein Magnetfeld hat, mit seinem magnetischen Südpol in der Nähe des geografischen Nordpols und seinem magnetischen Nordpol in der Nähe des geografischen Südpols, nimmt ein frei drehender Magnet immer die Nord-Süd-Richtung an. Daraus leiten sich die Namen der Pole eines Magneten ab. Übrigens, der Einfachheit halber, aber etwas verwirrend, ist der Südpol des "Erdmagneten" der magnetischer Nordpol genannt und der Nordpol des "Erdmagneten" de magnetischer Südpol. Dies wird selten in Betracht gezogen, aber schließlich zeigt der Nordpol einer Kompassnadel nach Norden, sodass er von einem eigentlich magnetischen Südpol angezogen wird.

Ein verwandtes Phänomen ist Elektromagnetismus, Magnetismus erzeugt von a elektrischer Strom. Im Wesentlichen wird jeder Magnetismus sowohl durch rotierende als auch durch rotierende elektrische Ladungen in Kreisströmen verursacht.

Hintergrund

Bei näherer Betrachtung scheint jeder Magnetismus in natürlich magnetischen oder magnetisierbaren Materialien sowie Elektromagnetismus durch bewegte elektrische Ladungen verursacht zu werden.James Maxwell aufbauend auf Forschungen von u.a. Nikola Tesla und später Michael Faraday, gab bereits im 19. Jahrhundert eine besonders elegante mathematische Formulierung des Zusammenhangs zwischen Elektrizität und Magnetismus, die Heavyside wurde später auf nur vier gekürzt Differentialgleichung, das Maxwell-Gleichungen, mit dem alle gängigen makroskopischen elektrischen und magnetischen Phänomene beschrieben werden können.

Die Magnetismustheorie schließt sogenannte magnetische Monopole nicht aus: Magnete, die nur aus einem Nordpol – oder einem Südpol – bestehen. Der Magnetismus solcher Monopole wäre jedoch von einer ganz anderen Größenordnung als der oben erwähnte Magnetismus, der immer noch von bewegten elektrischen Ladungen herrührt. Bisher wurden diese magnetischen Monopole jedoch weder gefunden noch weisen sie Hinweise auf eine wirklich isolierte Existenz auf.

Magnetfeld

sehen Magnetfeld für den Hauptartikel zu diesem Thema.

Frei angeordnete Magnete im Raum scheinen durch ihren Magnetismus einen Einfluss zu haben, so dass sie eine gewisse Wirkung haben Richtung akzeptieren und ein gewisses Leistung in diese Richtung durchlaufen. Offenbar für jeden Punkt des Platz an eine magnetische Kraft gebunden (a Feld) mit Richtung und Größe. Diese Vektorfeld ist der Magnetfeld. Das Feld wird beschrieben durch die MagnetflußdichteB ebenfalls magnetische Induktion genannt, oder durch die magnetische Feldstärke huh, auch der H-Feld namens.

wo μ, de magnetische Permeabilität, ist eine Eigenschaft der Materie am Ort des Feldes.

Die magnetische Flussdichte B wird gemessen im SI-Einheit Tesla, die mit den Bodeneinheiten verbunden ist über: 1 Tesla = 1 Vs/m2. In der Vergangenheit wurde der verwendet cgs-Einheit Gauss, 1 Gauss = 0,0001 Tesla. Das magnetische Feldstärkehuh wird in der Einheit A/m gemessen, früher in der cgs-Einheit oersted, mit: 1 Oersted = 1000/4π A/m, fast 80 A/m.

Das Magnetfeld wird also von Magneten verursacht, Elektromagnete und elektrisch fließen.

Magnetisches Verhalten von Materialien

Wird ein Material einem Magnetfeld ausgesetzt, kann es auf unterschiedliche Weise darauf reagieren. Man unterscheidet:

Wenn man im allgemeinen Sprachgebrauch sagt, dass ein Material magnetisch ist, meint man normalerweise, dass es ferromagnetisches (oder manchmal ferrimagnetisches) Verhalten zeigt. Die auftretenden Kräfte bei dia- und paramagnetischem Verhalten sind viel kleiner und das Material weist bei diesem Verhalten kein eigenes spontanes Magnetfeld auf. Sie können daher grob als unmagnetisch angesehen werden: Diamagnetische Materialien neigen dazu, die Feldlinien aus ihrem Inneren zu verdrängen, während ferro-, ferri- und paramagnetische Materialien sie mehr oder weniger bündeln.

Magnetismus in Materialien

Die bekannteste Form des Magnetismus ist Ferromagnetismus die, wie der Name schon sagt, in Eisen erzeugt werden kann, sowie in einer Reihe anderer Metall und in großer Zahl Legierungen.

Es gibt vier ferromagnetische Elemente, nämlich Eisen, Nickel, Kobalt, Gadolinium. Neodym und Dysprosium sind bei sehr niedrigen Temperaturen ferromagnetisch. Es gibt jedoch noch viel mehr ferromagnetische Legierungen, aber es gibt auch gesinterte Materialien, die magnetisch sind, wie z Ferrit.

Eisen kann sein magnetisiert durch Einbringen des Materials in ein magnetisches Feld, zum Beispiel erzeugt durch a Solenoid, eine Spule aus leitfähigem Draht, durch die ein Gleichstrom fließt.

Eine Seite eines Magneten heißt Arktis, das andere Südpol. Nord- und Südpol ziehen sich mit einer Anziehungskraft an, die mit dem Quadrat der Entfernung zwischen ihnen abnimmt. Gleichnamige Pole (Nord-Nord und Süd-Süd) stoßen sich jedoch ab.

Feldlinien sind imaginäre Linien, die die Richtung des Magnetfelds an einem bestimmten Punkt angeben. Sie können in Magneten visualisiert werden, indem man ein Blatt Papier auf einen Magneten legt und einige feine Eisenspäne darauf streut - dies gruppiert sich entlang der Feldlinien und macht sie sichtbar.

Bei ferromagnetischen Materialien entsteht die magnetische Wirkung dadurch, dass Elektronenbahnen in den Atomen beginnen, sich parallel zueinander auszurichten, so dass der Magnetismus einzelner Atome nicht mehr ausgemittelt, sondern verstärkt wird. Beim Erhitzen eines Magneten geht diese Orientierung wieder verloren und das Objekt wird entmagnetisiert. Die Temperatur, bei der dies auftritt, hängt von der Art des Materials ab und beträgt Curie-Temperatur erwähnt. Oberhalb dieser Temperatur verhält sich das Material paramagnetisch.

Neben festen magnetischen Materialien gibt es auch magnetische Flüssigkeiten. Dies sind Flüssigkeiten mit magnetischen Partikeln in Suspension damit sie auf ein magnetisches Feld reagieren. Sie können unterteilt werden in magnetorheologische Flüssigkeiten, bei dem die Viskosität Änderungen und Ferrofluide die sich in das höchste Magnetfeld begeben.

Elektromagnetismus

Um einen leitenden Draht herum, wo a elektrischer Strom geht weiter, wird a (elektro)magnetisch Feld angehoben. Für die Aufgeregten magnetischer Fluss gilt:

Darin steht:

Φ der magnetische Fluss ausgedrückt in weber
l das Induktivität im Henry
ich die aktuelle in Ampere

Ein starkes Magnetfeld wird durch hohe Ströme und eine große Induktivität bestimmt. Hohe Ströme sind nicht immer zulässig, daher wird ein starkes Magnetfeld durch eine hohe Induktivität in Form von a . erreicht Spule.

Erdmagnetfeld

sehen Erdmagnetfeld für den Hauptartikel zu diesem Thema.

Auch der Boden wirkt wie ein großer Magnet mit Feldlinien das des (magnetischen) Arktis zum Südpol gehen. Es wird angenommen, dass im Inneren der Erde große elektrische Ströme fließen, die diesen Magnetismus verursachen. Zu bestimmten Zeiten kehrt sich die Richtung dieser Ströme um und mit dieser Drehung kehrt die Erde den Pol um: die magnetischer Nord- und Südpol Plätze tauschen. Der Name dieses Prozesses ist Inversion des Erdmagnetfeldes. Dieser Prozess ist seit der Entstehung der Erde viele Male passiert, wie zum Beispiel Messungen des Magnetisierungsrichtung von Sedimentgesteinen unterschiedlichen Alters. Dieser Polwechsel würde auch mit der Extinktionswelle im Dauerwelle und der in der Kreide.

Anwendungen des Magnetismus

Elektromotoren und Generatoren

Magnete sind die Basis für

Elektromagnetische Strahlung

Im elektromagnetische Strahlung es entsteht sowohl ein oszillierendes elektrisches als auch ein oszillierendes magnetisches Feld. Diese Felder sind von Natur aus verknüpft. Siehe auch die Maxwells Gesetze.

Kompass

EIN Kompass ist ein Messgerät, das die Richtung des Magnetfeld bestimmt werden kann. Da die Erde über ein Magnetfeld verfügt, kann die Richtung des Nordpols dieses Feldes mit einem Kompass ermittelt werden. Ein Kompass besteht aus einer frei hängenden Magnetnadel, die mit ihrem magnetischen Nordpol auf den magnetischen Südpol der Erde zeigt, denn Nord und Süd ziehen sich an. Der magnetische Südpol der Erde wird als Norden bezeichnet, weil der magnetische Nordpol des Kompass nach Norden zeigt. Der magnetische Nordpol der Erde wird als Süden bezeichnet.

Siehe auch: Standardkompass.

Supraleitende Magnete

Eine besondere Form des Magnetismus wird durch einen Schwermagneten erreicht, der mit a supraleitendSolenoid. Dadurch können stärkere Magnetfelder ohne signifikante Joule-Verluste durch elektrischer Wiederstand. Ist das Magnetfeld jedoch zu stark, durchdringt es auch die supraleitenden Drähte des Elektromagneten. Mit diesen inneren Magnetfeldern verschwinden die supraleitenden Eigenschaften solcher Materialien. Der Supraleiter kehrt in den "Normalzustand" zurück und gewinnt damit wieder elektrischen Widerstand. Der laufende Strom erzeugt dann viel Wärme, was auch die (weniger) supraleitenden Drähte noch wärmer macht. Dies führt wiederum dazu, dass das Kühlmittel (meist flüssig Helium) kocht und verdampft. All diese Phänomene werden als "Quenching" bezeichnet. Dies begrenzt die Anwendbarkeit dieser supraleitenden Magnete.

Magnetschwebetechnik

Es gibt Züge, die (ohne Räder) auf einer Magnetschiene fahren schweben, das Magnetschwebebahnen, sogenannt Magnetschwebebahnen. Auf der Welt gibt es drei Unternehmen, die solche Züge herstellen (in Japan, im Deutschland und in China), aber aus wirtschaftlichen Gründen und technischen Komplikationen wird diese Transporttechnik noch wenig genutzt.

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