Grundlagen des Magnetismus: Geschichte und Anwendungen

Grundlagen des Magnetismus

Magnetismus: Eine der ältesten bekannten Naturerscheinungen, die seit Jahrtausenden bekannt ist und auf Mineralvorkommen wie Magnetit zurückzuführen ist.

Entdeckung und Geschichte

Entdeckung: Die Chinesen waren wahrscheinlich die Entdecker des Erdmagnetismus, was als Folge der technologischen Erfindung der Himmelsrichtungen (Kompass) geschah.

Magnetische Phänomene: Die wissenschaftliche Untersuchung begann im Jahr 1820. Jahrhunderte zuvor führten Entdeckungen dazu, dass elektrische Ströme magnetische Effekte hervorrufen.

Definitionen und Materialien

Magnete bestehen aus einem Material namens Magnetit, welches die Eigenschaft besitzt, Eisen anzuziehen. Diese Eigenschaft wird als Magnetismus bezeichnet.

• Paramagnetismus: Stoffe, deren magnetische Domänen leicht orientierbar sind und die sich einfach magnetisieren lassen.
• Diamagnetismus: Stoffe, die nur schwer oder gar nicht magnetisierbar sind.
• Ferromagnetische Materialien: Materialien wie Eisen, Kobalt und Nickel, die extrem stark paramagnetisch wirken.

Arten von Magneten

• a) Alnico: Diese werden durch Schmelzen und Synthese hergestellt.
• b) Ferrit: Diese bestehen aus Barium und Strontium.
• c) Seltene Erden: Metallische Werkstoffe mit einer Kraft, die 6 bis 10 Mal stärker ist als die herkömmlicher magnetischer Materialien.

Merkmale von Magneten

Magnete besitzen einen Nordpol und einen Südpol. Dies kann mit einem einfachen Kompass nachgewiesen werden, wobei die Kompassnadel in Richtung des magnetischen Nordpols der Erde zeigt.

Polarität von Permanentmagneten: Man kann einen Magneten an einem feinen Faden aufhängen, sodass er frei rotieren kann, um sich am terrestrischen Magnetfeld auszurichten.

Elektrische Theorie des Magnetismus

Im Jahr 1820 beobachtete der dänische Physiker Hans Christian Ørsted, dass eine Magnetnadel in eine bestimmte Richtung abgelenkt wurde, wenn sie sich in der Nähe eines Leiters befand, durch den elektrischer Strom floss. Er beobachtete die Auswirkungen dieser Erfahrung, bei der ein Magnetkompass abgelenkt wird.

Physikalische Größen und Formeln

Magnetfeld: Die Region des Raumes, in der magnetische Phänomene auftreten.

Magnetkraft: Sie ändert die Geschwindigkeit, aber nicht den Betrag der Ladung, weshalb sie keine Arbeit verrichtet.

Die Formel lautet: F = q * v * B * sin(β)

Wobei q die elektrische Ladung, v die Geschwindigkeit, B der Magnetfeldvektor und β (Beta) der Winkel zwischen dem Geschwindigkeitsvektor und dem Magnetfeldvektor ist.

Messgeräte und Anwendungen

• Galvanometer: Ein Wandler, der eine Drehung einer Nadel als Reaktion auf den durch seine Spule fließenden elektrischen Strom erzeugt.
• Voltmeter: Ein Instrument zur Messung der Potenzialdifferenz zwischen zwei Punkten eines elektrischen Schaltkreises.
• Amperemeter: Ein Instrument zur Messung der Stromstärke, die durch einen Stromkreis fließt.
• Zyklotron: Ein Teilchenbeschleuniger, der von Ernest Lawrence und M. Stanley Livingston in Berkeley im Jahr 1939 gebaut wurde.
• Kathodenstrahlröhre: Eine Anzeige-Erfindung von William Crookes aus dem Jahr 1875.