Material im magnetischen Feld: Unterschied zwischen den Versionen

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In der Plastikwanne bewegt sich das Schiffchen auf den Magnet zu. Im Kochtopf bleibt es an der Stelle stehen.
 
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*Viele Gegenstände enthalten [[Schwere,_Elektrische_und_Magnetische_Wechselwirkung_(Gravitation,_Elektrostatik,_Magnetostatik)#Entstehung_der_Ursachen_/_Ladungen|Elementarmagnete]], die durch ein äußeres Magnetfeld ausgerichtet werden. Durch das Magnetfeld werden die  magnetischen Dipole ausgerichtet und so der Gegenstand magnetisch polarisiert (influenziert). Je nach Materialeigenschaft des Gegenstandes kann die magnetische Polarisation ohne das äußere Magnetfeld mehr oder weniger lange anhalten.
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*Innerhalb des magnetisierten Gegenstandes bildet sich ein magnetisches Gegenfeld aus. An den Rändern entstehen Magnetpole. Durch die Polarisierung wird das Magnetfeld im Gegenstand schwächer.
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:Quellen des Magnetfeldes sind an magnetisierte Gegenstände gebundene Pole, denen man eine magnetische Ladung zuschreiben kann.
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*Die Energie ist nun im schwächeren Magnetfeld und im magnetisierten Gegenstand gespeichert.
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Die Veränderungen auf der Möleküle des Gegenstandes sind, je nach Eigenschaft des Materials, unterschiedlich:
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*Bei Leitern verschieben sich die beweglichen Hüllenelektronen.
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*Bei Isolatoren verschieben sich die Atomhüllen der einzelnen Atome.
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*Bei Materialien, deren einzelne Moleküle bereits eine elektrische Asymetrie aufweisen und deshalb ein Dipol sind, drehen sich die Moleküle und richten sich aus.
  
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===Permeabilitätszahl und magnetische Polarisation===
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Material im elektrischen oder magnetischen Feld:
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Es gibt zwei Möglichkeiten, die Stärke der [https://de.wikipedia.org/wiki/Magnetische_Polarisation magnetischen Polarisation] (Magnetisierung<ref>Die magnetische Polarisierung <math>\vec J</math> und die Magnetisierung <math>\vec M</math> eines Gegenstandes sind zwei eng miteinander verbundene Größen. Beide sind parallel und unterscheiden sich nur im Betrag durch die magnetische Feldkonstante: <math>\vec J = \mu_0 \, \vec M</math></ref> oder Influenz) von Material zu beschreiben.
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:<math> \vec B = \mu_0 \vec H + \vec J \qquad \left[ = \mu_0 \left(\vec H + \vec M\right) \right]</math>
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*Einmal mit der Permeabilitätszahl: Verhältnis der Feldstärke mit und ohne Material.<br>Die Feldstärke sinkt auf <math>1/\mu_r</math>-el.
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*Oder man beschreibt, um welchen Betrag sich die Feldstärke absolut geändert hat. Der fehlende Betrag gibt an, wie stark das Material polarisiert ist:
  
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:<math>\vec{D} = \varepsilon_0 \vec{E} + \vec{P}</math>
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Die Magnetisierungslinien beschreiben den magnetischen Polarisierungszustand und verlaufen innerhalb des Gegenstandes vom Südpol zum Nordpol.
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(Wie man sieht, hat man die Magnetisierung anders festgelegt als die Polarisierung.)
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Deshalb beginnen die Magnetisierungslinien dort, wo die Feldlinien enden. Magnetisierungslinien enden dort, wo Feldlinien beginnen.
  
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In vielen Fällen ist die Magnetisierung oder die Polarisierung parallel zur Feldstärke, dann kann man die Flussdichte auch mit einem Faktor, der sogenannten relativen Permeabilität oder der relativen Permittivität beschreiben:  
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:<math> \vec B = \mu_0 \, \mu_r \, \vec H \ </math>
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Bild:Permanentmagnet Übersicht Feld.png|Zwischen den Polen eines Ringmagneten befindet sich ein magnetisches Feld.
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:<math> \vec D = \varepsilon_0 \, \varepsilon_r \, \vec E \ </math>
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Bild:Permanentmagnet Übersicht Linien.png|Näherungsweise wird das Feld als homogen angenommen.
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Bild:Permanentmagnet Übersicht mit Materie.png|Ein magnetisierbarer Gegenstand wird durch Ausrichtung der Elementarmagnete [[Schwere, Elektrische und Magnetische Wechselwirkung (Gravitation, Elektrostatik, Magnetostatik)#Elektrische und magnetische Influenz.5B7.5D|polarisiert]].
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Bild:Permanentmagnet Übersicht mit Materie Polarisation NS.png|Der Gegenstand ist magnetisiert, an den Oberflächen des Gegenstandes befinden sich magnetische Pole...
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Bild:Permanentmagnet Übersicht mit Materie Gegenfeld.png|...und es bildet sich innerhalb des Gegenstandes ein magnetisches Gegenfeld aus.
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Bild:Permanentmagnet Übersicht mit Materie Linie Mur ohneM0.png|Die Permeabilitätszahl<math>\mu_r</math> gibt an auf welchen Bruchteil die Feldstärke im Gegenstand abnimmt.
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Bild:Permanentmagnet Übersicht mit Materie Linien Mur J.png|Die magnetische Flussdichte B bleibt im gesamten Bereich konstant.
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Bild:Felder_Weicheisen_Faradayscher_Käfig.png|Hält man ein Stück Weicheisen in das Feld eines Ringmagneten, so ist das Innere nahezu feldfrei.
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==Fußnoten==
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==Links==
 
==Links==
 
*[http://www.wmi.badw-muenchen.de/teaching/Lecturenotes/index.html Skript Magnetismus] Prof. Gross, Walther-Meißner-Institut (WMI), Bayerische Akademie der Wissenschaften, Chair for Technical Physics (E23), Technische Universität München
 
*[http://www.wmi.badw-muenchen.de/teaching/Lecturenotes/index.html Skript Magnetismus] Prof. Gross, Walther-Meißner-Institut (WMI), Bayerische Akademie der Wissenschaften, Chair for Technical Physics (E23), Technische Universität München

Version vom 16. Mai 2026, 20:42 Uhr

(Kursstufe > Grundlagen elektrischer, magnetischer und schwerer Felder)

Versuche

Die schwebende Büroklammer

Magnetfeld Schwebende Büroklammer.jpg
Aufbau

Eine Büroklammer wird vom Magnetfeld eines Dauermagneten in der Schwebe gehalten. Dann werden verschiedene Gegenstände zwischen die Klammer und den Magneten gebracht.

Beobachtung

Bei folgenden Gegenständen passiert nichts: eine Hand, ein Holzbrett, eine Aluminiumplatte, eine Glasplatte.

Hält man dagegen die eiserne Kehrschaufel dazwischen, so fällt die Büroklammer runter!

Ein Schiffchen im Kochtopf

Aufbau

Auf ein Stück Styropor wird ein Stück Eisen gelegt.

Zunächst schwimmt das "Schiffchen" auf dem Wasser in einer Plastikwanne. Außerhalb der Wanne halten wir an verschiedene Stellen einen Dauermagnet.

Wir wiederholen den Versuch und lassen diesmal das Schiffchen in einem Kochtopf schwimmen.

Beobachtung

In der Plastikwanne bewegt sich das Schiffchen auf den Magnet zu. Im Kochtopf bleibt es an der Stelle stehen.

Spule mit Eisenkern???

Ergebnisse

  • Das Magnetfeld kann in weichmagnetische Stoffe nicht tief eindringen, es wird abgeschirmt.
Dies geschieht, weil das Weicheisen so stark magnetisiert wird, das sich innerhalb ein magnetisches Gegenfeld ausbildet, welches das äußere Feld aufhebt.
Felder Weicheisen Faradayscher Käfig.png
  • Viele Gegenstände enthalten Elementarmagnete, die durch ein äußeres Magnetfeld ausgerichtet werden. Durch das Magnetfeld werden die magnetischen Dipole ausgerichtet und so der Gegenstand magnetisch polarisiert (influenziert). Je nach Materialeigenschaft des Gegenstandes kann die magnetische Polarisation ohne das äußere Magnetfeld mehr oder weniger lange anhalten.
  • Innerhalb des magnetisierten Gegenstandes bildet sich ein magnetisches Gegenfeld aus. An den Rändern entstehen Magnetpole. Durch die Polarisierung wird das Magnetfeld im Gegenstand schwächer.
Quellen des Magnetfeldes sind an magnetisierte Gegenstände gebundene Pole, denen man eine magnetische Ladung zuschreiben kann.
  • Die Energie ist nun im schwächeren Magnetfeld und im magnetisierten Gegenstand gespeichert.

Molekulare Veränderungen

Die Veränderungen auf der Möleküle des Gegenstandes sind, je nach Eigenschaft des Materials, unterschiedlich:

  • Bei Leitern verschieben sich die beweglichen Hüllenelektronen.
  • Bei Isolatoren verschieben sich die Atomhüllen der einzelnen Atome.
  • Bei Materialien, deren einzelne Moleküle bereits eine elektrische Asymetrie aufweisen und deshalb ein Dipol sind, drehen sich die Moleküle und richten sich aus.

Permeabilitätszahl und magnetische Polarisation

Es gibt zwei Möglichkeiten, die Stärke der magnetischen Polarisation (Magnetisierung[1] oder Influenz) von Material zu beschreiben.

  • Einmal mit der Permeabilitätszahl: Verhältnis der Feldstärke mit und ohne Material.
    Die Feldstärke sinkt auf [math]1/\mu_r[/math]-el.
  • Oder man beschreibt, um welchen Betrag sich die Feldstärke absolut geändert hat. Der fehlende Betrag gibt an, wie stark das Material polarisiert ist:

Die Magnetisierungslinien beschreiben den magnetischen Polarisierungszustand und verlaufen innerhalb des Gegenstandes vom Südpol zum Nordpol.

Deshalb beginnen die Magnetisierungslinien dort, wo die Feldlinien enden. Magnetisierungslinien enden dort, wo Feldlinien beginnen.

  • Zwischen den Polen eines Ringmagneten befindet sich ein magnetisches Feld.

  • Näherungsweise wird das Feld als homogen angenommen.

  • Leer.jpg

  • Ein magnetisierbarer Gegenstand wird durch Ausrichtung der Elementarmagnete polarisiert.

  • Der Gegenstand ist magnetisiert, an den Oberflächen des Gegenstandes befinden sich magnetische Pole...

  • ...und es bildet sich innerhalb des Gegenstandes ein magnetisches Gegenfeld aus.

  • Die Permeabilitätszahl[math]\mu_r[/math] gibt an auf welchen Bruchteil die Feldstärke im Gegenstand abnimmt.

  • Die magnetische Flussdichte B bleibt im gesamten Bereich konstant.

  • Hält man ein Stück Weicheisen in das Feld eines Ringmagneten, so ist das Innere nahezu feldfrei.

Fußnoten

  1. ↑ Die magnetische Polarisierung [math]\vec J[/math] und die Magnetisierung [math]\vec M[/math] eines Gegenstandes sind zwei eng miteinander verbundene Größen. Beide sind parallel und unterscheiden sich nur im Betrag durch die magnetische Feldkonstante: [math]\vec J = \mu_0 \, \vec M[/math]

Links

  • Skript Magnetismus Prof. Gross, Walther-Meißner-Institut (WMI), Bayerische Akademie der Wissenschaften, Chair for Technical Physics (E23), Technische Universität München
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