Magnetismus: Hysterese, Selbstinduktion & Wirbelströme

Magnetische Hysterese bei ferromagnetischen Stoffen

Die magnetische Hysterese beschreibt das Phänomen, bei dem die magnetische Induktion (B) der Änderung der magnetischen Feldstärke (H) verzögert folgt. Bei ferromagnetischen Substanzen zeigt sich dieser Effekt in der sogenannten Hysteresekurve.

Merkmale der Magnetisierungskurve

• Punkt OB: Residuale Magnetisierung (Remanenz).
• Punkt OD: Koerzitivkraft (H_c), die aufgewendet werden muss, um den Restmagnetismus zu beseitigen.
• Kurve AB: Bereich, in dem die Induktion bei sinkender Feldstärke langsamer abnimmt.

Selbst wenn die Feldstärke H = 0 erreicht, bleibt eine Restmagnetisierung im Stoff erhalten – eine Eigenschaft, die beispielsweise für das Magnetisieren von Werkzeugen weit verbreitet ist. Der Zyklus schließt sich über die Abschnitte EF und FG, wobei der Nullpunkt aufgrund der Hysterese nicht erneut durchlaufen wird.

Selbstinduktion (Autoinduktion)

Die Selbstinduktion tritt in einem Solenoid (Spule) auf, wenn sich die elektrische Stromstärke ändert. Diese Änderung bewirkt eine Variation des magnetischen Flusses, was wiederum eine induzierte elektromotorische Kraft (EMK) erzeugt. Diese Kraft wirkt der ursprünglichen Stromänderung entgegen.

Ein klassisches Beispiel ist die Funkenbildung an einer Zündkerze beim Öffnen eines Spulenkreises, wie er in Motoren, Reaktanzen oder Transformatoren vorkommt.

Wirbelströme (Foucault-Ströme)

Wirbelströme (Foucault-Ströme) werden induziert, um der Änderung des magnetischen Flusses entgegenzuwirken. Wenn sich der Fluss durch eine massive metallische Masse ändert, entstehen im Inneren elektrische Ströme.

Auswirkungen der Foucault-Ströme

Bei der Entstehung dieser Ströme sind zwei Aspekte wesentlich: Die Energie geht durch den Joule-Effekt als Wärme verloren, während gleichzeitig neue induzierte Ströme entstehen. Hitze ist hierbei oft der größte Nachteil.

Anwendungsbereiche und Vermeidung

• Schädliche Auswirkungen: In Transformatoren wird der Kern zur Vermeidung von Verlusten nicht aus einem einzigen Stück gefertigt, sondern aus mehreren isolierten Platten (Lamellen) zusammengesetzt.
• Vorteilhafte Anwendungen: Nutzung in elektrischen Induktionsöfen und beim Kochen mit Induktion.