Grundlagen des Magnetismus und Elektromagnetismus

Das Magnetfeld

Ein Magnetfeld ist ein Raumbereich, in dem eine bewegte elektrische Ladung q mit einer Geschwindigkeit v eine Kraft erfährt. Diese Kraft ist senkrecht und proportional zur Geschwindigkeit und zum Feld, das als magnetische Induktion oder magnetische Flussdichte bezeichnet wird.

Eigenschaften von Magnetfeldlinien

Anhand der magnetischen Feldlinien lässt sich das Magnetfeld an einem bestimmten Punkt grob abschätzen, wenn man folgende Eigenschaften berücksichtigt:

• Magnetfeldlinien sind immer geschlossene Schleifen. Sie verlaufen von Nord nach Süd außerhalb des Magneten und von Süd nach Nord innerhalb des Magneten.
• Magnetfeldlinien schneiden sich niemals.
• Die magnetischen Linien verschiedener Magnete ziehen sich an oder stoßen sich ab: Linien mit gleicher Richtung stoßen sich ab, während sich Linien mit entgegengesetzter Richtung anziehen.

Das Biot-Savart-Gesetz

Das Biot-Savart-Gesetz wird verwendet, um den Gesamtwert des Magnetfeldes zu berechnen, das von einem elektrischen Strom in einem Stromkreis erzeugt wird. Dies geschieht durch die Summierung der Beiträge unendlich kleiner Stromelemente. Mathematisch wird diese Summe als Integral über den gesamten Stromkreis C ausgedrückt.

Das Ampèresche Gesetz

Grundsätzlich wird das Ampèresche Gesetz verwendet, um die Magnetfelder zu berechnen, die von einem kontinuierlichen elektrischen Strom erzeugt werden. Es setzt den elektrischen Strom mit dem von ihm erzeugten Magnetfeld in Beziehung. Es wird zum Beispiel verwendet, um das Feld um einen theoretisch unendlich langen, geraden Leiter zu berechnen.

Das Faradaysche Induktionsgesetz

Faraday beobachtete, dass die Intensität des induzierten Stroms umso größer ist, je schneller sich die Anzahl der Kraftlinien ändert, die den Stromkreis durchdringen. (In unserem Fall: Je höher die Geschwindigkeit des Magneten oder der Spule, desto größer ist der Strom, der in letzterer erzeugt wird.) Diese experimentelle Tatsache wird im Gesetz ausgedrückt, das besagt: Die in einem Stromkreis induzierte elektromotorische Kraft E ist direkt proportional zur Geschwindigkeit, mit der sich der magnetische Fluss durch den Stromkreis ändert.

Ferromagnetische Materialien

Ferromagnetismus ist ein physikalisches Phänomen, bei dem eine magnetische Ordnung aller magnetischen Momente der Probe in die gleiche Richtung auftritt. Ein ferromagnetisches Material ist ein Stoff, der Ferromagnetismus aufweisen kann. Die ferromagnetische Wechselwirkung ist die magnetische Wechselwirkung, die bewirkt, dass magnetische Momente dazu neigen, sich in die gleiche Richtung auszurichten. Dies breitet sich in einem Festkörper aus, um Ferromagnetismus zu erreichen.

Ferromagnetische Materialien sind Stoffe, die durch die Anwendung eines äußeren Magnetfeldes dauerhaft magnetisiert werden können. Dieses externe Feld kann entweder von einem natürlichen Magneten oder einem Elektromagneten stammen. Die wichtigsten ferromagnetischen Materialien sind Eisen, Nickel, Kobalt und deren Legierungen.

Diamagnetische Materialien

Im Elektromagnetismus ist Diamagnetismus eine Eigenschaft von Materialien, von Magneten abgestoßen zu werden. Es ist das Gegenteil von Ferromagnetismus, bei dem Materialien von Magneten angezogen werden. Das Phänomen des Diamagnetismus wurde im September 1845 von Michael Faraday entdeckt und erstmals benannt, als er sah, wie ein Stück Wismut von den Polen eines Magneten abgestoßen wurde. Dies deutete darauf hin, dass das äußere Feld des Magneten einen magnetischen Dipol im Wismut in die entgegengesetzte Richtung induzierte. Diamagnetische Materialien werden nicht von Magneten angezogen, sondern abgestoßen und können nicht zu Dauermagneten werden.