Materie im magnetischen Feld
(Kursstufe > Das elektrische Feld)
Inhaltsverzeichnis
Versuche
Kondensator mit Dielektrikum
Faradayscher Käfig
- MIT Video einer Vorlesung von Walter Lewin. (
Lecture 5: Electrostatic Shielding (Faraday Cage)) Ab 43:00 Influenzierter Gegenstand, Radio und Mensch im Faradaykäfig.
Ergebnisse
- 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 elektrischen Feldes sind freie elektrische Ladungen und an polarisierte Gegenstände gebundene Polarisationsladungen.
- Die Energie ist nun im schwächeren Feld und im polarisierten 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.
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.
Fußnoten
- ↑ 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 der Uni Würzburg: Dielektrika im Feld
- Skript: Lecture7 Polarization (Cornell University, Ithaca, New York)
- Wikipedia: Elektret Elektrisches Analogon zu Dauermagneten. Materie wird dauerhaft elektrisch polarisiert.
- Herstellung von Elektreten und Elektretmikrofone (FL-electronic / Neuklang Mühlenpfordtstr.5 38106 Braunschweig)
