Grundlagen des Magnetismus und Elektromagnetismus

Grundlagen des Magnetismus

Körper mit magnetischen Eigenschaften werden als Magnete bezeichnet.

Klassen von Magneten

Es gibt verschiedene Arten von Magneten:

• Natürliche Magnete: Diese kommen in der Natur vor und besitzen natürliche magnetische Eigenschaften.
• Künstliche Magnete: Diese erhalten ihre Magnetisierung durch ferromagnetische Materialien.

Zeitliche Einteilung

• Temporäre Magnete: Die magnetischen Eigenschaften gehen verloren, wenn die Ursache der Magnetisierung nicht mehr auf sie einwirkt.
• Permanente Magnete: Diese behalten ihre Eigenschaften bei, auch wenn die äußere Magnetisierung aufhört zu wirken.

Herstellung von Magneten

• Reiben: Durch das Reiben eines Stahlstabs mit einem Magneten kann man beobachten, wie der Stab magnetische Eigenschaften erwirbt und beispielsweise Eisenspäne anzieht.
• Kontakt: Wenn man eine Eisennadel mit einem Magnetpol in physischen Kontakt bringt, werden sowohl der Magnet als auch die Nadel von Eisenspänen angezogen. Auch wenn man den Magneten entfernt, bleiben die Eigenschaften der Nadel oft erhalten.
• Einfluss (Induktion): Ein Magnet in der Nähe eines Eisenstabs zieht Nägel an, die sich im Umfeld befinden. Wenn der Magnet getrennt wird, behält der Stab seine magnetischen Eigenschaften und zieht weiterhin Nägel an.

Die Pole eines Magneten

Ein Magnet hat zwei Pole an den Enden, wo die maximale Anziehungskraft herrscht. In der Mitte hingegen ist die Kraft gleich Null; dieser Bereich wird als neutrale Linie bezeichnet.

Wechselwirkungen zwischen Polen

Nähert man einen Magneten einem Kompass an, so stoßen sich gleichnamige Pole (z. B. Nordpol und Nordpol) ab. Bringt man den Nordpol eines Magneten zum Südpol der Nadel, ziehen sie sich an. Zwischen zwei Magneten wirkt bei gleichen Polen eine abstoßende Kraft, während bei unterschiedlichen Polen eine Anziehungskraft auftritt.

Das Magnetfeld

Das Magnetfeld ist die Störung des Raumes um einen Magneten herum, in dem sich magnetische Kräfte auf andere Körper manifestieren.

Feldlinien

In Bereichen, in denen die Feldlinien eng beieinander liegen, ist die Intensität des magnetischen Feldes besonders intensiv. Wo sie weiter voneinander getrennt sind, ist die Intensität geringer. Die Feldlinien verlassen den Nordpol, durchqueren den Raum, treten am Südpol wieder in den Magneten ein und setzen sich im Inneren bis zum Nordpol fort.

Magnetfeld eines geraden Leiters

Die magnetischen Feldlinien, die durch einen geradlinigen Leiter erzeugt werden, bilden konzentrische Kreise um den Leiter über seine gesamte Länge.

Magnetfeld eines kreisförmigen Leiters

Bei einem kreisförmigen Leiter entstehen die Feldlinien ebenfalls in Form von konzentrischen Kreisen um den Leiter sowie im Zentrum der Schleife.

Die Spule (Solenoid)

Eine Spule (oft auch als Solenoid oder Steuerventil-Komponente bezeichnet) besteht aus einem Leiterdraht, der auf ein isolierendes Material gewickelt ist.

Der Elektromagnet

Ein Elektromagnet ist eine Drahtspule, in die ein weicher Eisenkern eingeführt wurde.

Induzierte Ströme

Die Richtung des induzierten Stroms hängt davon ab, welcher Pol in die Spule eingeführt oder daraus entfernt wird. Ein induzierter Strom wird in der Leitung erzeugt, solange sich der Magnet, die Spule (Choke) oder beide bewegen. Sobald die Bewegung stoppt, fließt kein induzierter Strom mehr, selbst wenn der Magnet sehr stark ist. Die elektromagnetische Induktion ist das Phänomen, bei dem ein sich änderndes Magnetfeld einen elektrischen Strom in einem Stromkreis erzeugt.