Inhaltsverzeichnis
Ferromagnetismus
Lernziele
- Sie kennen 5 Kennzeichnen eines Ferromagneten und wenden diese richtig an
Ein nettes Spielzeug
Sicher kennen Sie alle die starken Magnete (Supermagnete). Im Hintergrundbild oben sind die kleinen glänzenden Kügelchen solche Supermagnete. Damit lassen sich wunderschöne, geometrische Objekte formen. Sie behalten ihre magnetische Eigenschaft über längere Zeit bei. Doch woher kommt diese Eigenschaft?
Die 5 Kennzeichen eines Ferromagneten
Beim heutigen Kurs lernen Sie 5 Begriffe kennen, die bei einem Ferromagneten und später auch beim Elektromagnetismus eine zentrale rolle spielen. Da Sie an Ihrer Hand 5 Finger haben, lohnt es sich doch, diese Begriffe an den Fingern Ihrer Hand zu merken.
Der Daumen beginnt mit einem D wie «Dipol»
Im Gegensatz zur Elektrostatik, wo die einzelnen Ladungen getrennt werden können, treten die Magnetpole stets zusammen auf. Es ist unmöglich, den magnetischen Nordpol von einem magnetischen Südpol zu trennen. Selbst wenn ich einen Magneten in der Mitte halbiere, weisen beide Magnetstücke beide Pole auf. Deshalb sagt man: Magnete sind Dipole.
Den Nordpol malt man in Europa typischerweise rot an, Südpole werden grün dargestellt. In der deutschen Sprache gibt es dafür eine einfache Eselsbrücke: Nord und rot haben je ein o im Wort drin; Süd und grün je ein ü.
In der Abbildung mit den beiden Stabmagneten erkennen Sie zudem, dass sich gleichnamige Pole abstossen, wohingegen sich ungleichnamige Pole anziehen (das ist ganz analog zu den Ladungen in der Elektrostatik).
Der Zeigefinger gibt eine Richtung an
Magnete wirken auf Ihre Umgebung. Wie bei der Elektrostatik werden diese Kräfte ohne sichtbare Verbindung übertragen. Deshalb wird dieser Einfluss ganz analog zur Elektrostatik auch mit einem Feld beschrieben: dem sog. Magnetfeld. Die Richtung des Magnetfeldes (ausserhalb eines Magneten) zeigt von Nord nach Süd (N ist im Alphabet vor dem S; So können Sie es sich gut merken). Das ist die Richtung die eine Kompassnadel angibt.
Der 3. Finger unser Mittelfinger erinnert uns ans Material
Magnete wirken auf die wenigsten Stoffe ein. So weisen Plastik und Holz keinerlei ferromagnetische Wirkung auf. Auch bei den Metallen sind es nur wenige. Genau genommen sind nur 3 (ahh, wir haben ja den 3. Finger…) der heute bekannten Elemente ferromagnetisch, und zwar Eisen (Fe), Nickel (Ni) und Kobalt (Co). Die Supermagnete sind eine spezielle Legierung aus Neodym, Eisen und Bor. Doch das müssen Sie sich jetzt nicht merken. </WRAP>
Unser Ringfinger trägt den Ring
Folgende Eigenschaft ist eng mit der Dipoleigenschaft der Magnete verknüpft. Da Magnetpole nicht isoliert werden können und stets mit dem anderen Pol auftreten, gibt es für die Magnetfeldlinien keinen Startpunkt und keinen Endpunkt. Magnetfeldlinien sind stets geschlossen (wie ein Ring…). D.h., dass auch in einem Stabmagneten drin Feldlinien verlaufen, wie es schematisch in folgender Abbildung gezeigt wird:
Der k(l)eine Finger erinnert uns an keine Materialübertragung
Wenn ich einen Stab elektrisch auflade, übertrage ich, mikroskopisch betrachtet, kleine Teilchen auf ihn oder entferne welche von ihm: die Elektronen. Wenn ich einen ferromagnetischen Stoff magnetisiere, übertrage ich rein gar nichts auf ihn. Ich richte lediglich, die bereits vorhandenen Elementarmagnete aus. Sie können es sich vielleicht am Besten an diesem Experiment vorstellen. Jeder ferromagnetische Stoff weist in seinem Innern kleine Kompassnadeln (Elementarmagnete) auf. Diese sind bei einem Eisennagel ungerichtet und deshalb nach aussen hin unmagnetisch:
Wie in der Abbildung nebenan gibt es bei einem Eisennagel sehr wohl kleine Bereiche (Weiss'sche Bezirke), die alle die gleiche magnetische Ausrichtung aufweisen. Doch heben sich die Magnetfelder all dieser Bezirke über alles betrachtet auf.
Stelle ich dieses Experiment in ein starkes Magnetfeld, werden sich die Kompassnadeln alle gleich ausrichten. Der Eisennagel wird dadurch magnetisiert.