Glossar Magnetismus, Fokus auf Magnetherstellung

Glossar Magnetismus, Fokus auf Magnetherstellung
Curie-Temperatur (Tc): Temperatur, ab der die Elementarmagnete in den Domänen
nicht mehr gleichmässig angeordnet sind, d.h. der Magnet seine Magnetisierung verliert. Die Curie-Temperatur von magnetischen Materialien ist sehr unterschiedlich; bei
Nickel beträgt sie 360 Grad Celsius, bei Kobalt 1121 Grad Celsius.
Dipol: Struktur aus zwei entgegengesetzten Polen, z.B. Nord- und Südpol beim
Magneten, oder ganz allgemein Plus- und Minuspol. Ein Permanentmagnet besitzt
immer eine gerade Anzahl Dipole (gleich viele Nord- wie Südpole).
Domänenwände: Abgrenzung zwischen verschiedenen Domänen (=Weiss'schen
Bezirken) mit unterschiedlich ausgerichteten Elementarmagneten.
Domain wall pinning: Effekt während des Magnetisierungs-, aber auch Entmagnetisierungsprozesses: Domänenwände bleiben an Fremdkörpern im Stoff hängen und
können nicht einfach zur Seite geschoben werden. Fremdkörper können z.B. Kohlenstoff oder andere Fremdatome sein. Bei der Magnetisierung ist dieser Effekt eher
hinderlich, weil dadurch die Vergrösserung der Domänen behindert wird. Nach Wegfall des äusseren Magnetfeldes allerdings verhindern die Fremdkörper ein Zurückwandern der Domänenwände und damit eine Entmagnetisierung. Domain wall pinning hat somit grossen Einfluss auf die Koerzivität eines Magneten.
Elementarmagnet: kleinste magnetische Einheit in einem ferromagnetischen Material. Benachbarte Elementarmagnete richten sich meist gleich aus und bilden die
Weiss’schen Bezirke.
Energieprodukt (BH)max: Die magnetische Energie, die in einem Magneten gespeichert ist, kommt durch die potentielle Energie aller ausgerichteten Elementarmagnete
zu Stande. Je grösser das Energieprodukt ist, desto grösser sind auch die magnetischen Kräfte, die von dem Magneten ausgehen. Masseinheit: MGOe (Mega-GaussOersted) oder auch Kilojoule kJ/m3. Das Energieprodukt kann also auch als Energiedichte (Energie pro Volumen) betrachtet werden.
Feldlinien: Hilfsmittel zur Veranschaulichung von magnetischen Feldern. Je dichter
die Feldlinien dargestellt werden, desto grösser ist die magnetische Flussdichte (B).
Ein Neodymmagnet hat viel mehr Feldlinien pro Fläche als ein Ferritmagnet.
Ferromagnetismus: allgemein bekannteste Form des Magnetismus. Charakterisiert
durch eine S-förmige Hysteresekurve. Die bekanntesten ferromagnetischen Materialien sind Eisen, Kobalt und Nickel.
Hartmagnetisch: Stoff mit hoher Koerzivität. Verwendet für Permanentmagnete.
Gegenteil von weichmagnetisch.
Hysterese: („Hinterherhinken“) Wenn das externe Magnetfeld wegfällt, behält der
ferromagnetische Stoff einen Teil seiner Magnetisierung (Remanenz). Man nennt die
Hysterese auch den Verharrungseffekt: die Wirkung bleibt bestehen, auch nachdem
die Ursache weggefallen ist.
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C. Egli
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Hysterese ist ein schwer definierbarer Begriff; am besten schaut man sich eine
Hysteresekurve an, um die Zusammenhänge zu verstehen. Eine Analogie ist eine
Spiralfeder, die, einmal zu weit gedehnt, nicht mehr von selbst in ihren Ursprungszustand zurückfedern kann (analog zu Remanenz). Es braucht externe Kräfte, um sie
wieder in die ursprüngliche Form zu bringen (analog zu Koerzivität).
Koerzivität: (von lateinisch coecere=zwingen) Widerstand eines Magneten gegen
Umpolungsversuche (gegen ein entgegengerichtetes Magnetfeld). Hartmagnete haben eine grosse Koerzivität, lassen sich also nur sehr schwer um- oder entmagnetisieren.
Koerzitivfeld HC: eine bestimmte Magnetfeldstärke (H), die nötig ist, um einen einst
gesättigten Permanentmagneten komplett zu entmagnetisieren. Muss bei hartmagnetischen Stoffen sehr gross sein.
Magnetfeld (H): Synonym: magnetische Feldstärke. Feld aus elektromagnetischer
Energie. Masseinheit: A/m (Ampère pro Meter).
Magnetische Energie (Wm): Energie eines Magnetfeldes. In jedem Permanentmagneten ist eine bestimmte Menge magnetischer Energie gespeichert. Wenn ein Magnet ein Stück Eisen anzieht, so wird Arbeit verrichtet. Die magnetische Energie im
Magneten wird um diese Arbeit kleiner, aber nur, bis der Magnet wieder entfernt wird.
Dies benötigt Energie, die wieder in den Magneten fliesst. Die magnetische Energie
nimmt daher nicht mit der Zeit ab. Eine gute Analogie ist wiederum die Spiralfeder:
Sie erhält potentielle Energie, wenn sie gedehnt wird, und gibt sie wieder ab, wenn
sie losgelassen wird. Masseinheit: J (Joule).
Magnetische Flussdichte (B): Anzahl der Feldlinien pro Flächeneinheit. Je grösser
die magnetische Flussdichte ist, desto dichter werden die Feldlinien eines Magneten
dargestellt. Die Flussdichte läuft in konzentrischen Kreisen in den Aussenraum weiter. Masseinheit: T (Tesla) = Vs/m2
Magnetischer Fluss (Φ Phi): magnetische Flussdichte mal Fläche (B x A). Masseinheit: Vs (Voltsekunden).
Magnetische Sättigung: Wird ein ferromagnetischer Körper magnetisiert, so steigt
die Magnetisierung zunächst annähernd proportional zur Stärke des magnetisierenden Feldes an. Irgendwann jedoch sind alle Elementarmagnete gleich ausgerichtet
und die Magnetisierung, die von den Elementarmagneten ausgeht, steigt nicht weiter. Dieser Punkt wird Sättigung genannt. Wegen der magnetischen Sättigung kann
es keine beliebig starken Permanentmagnete geben.
Magnetisierung: Die Magnetisierung wird durch eine parallele Ausrichtung der Elementarmagnete eines ferromagnetischen Materials erreicht. Dazu muss das Material
einem äusseren Magnetfeld ausgesetzt werden. Nach einer Magnetisierung wird das
zuvor unmagnetische ferromagnetische Material magnetisch, der externe Magnet
„vererbt“ also quasi seine Magnetisierung an ein anderes Material. Die Magnetisierung kann durch harte Schläge, hohe Temperaturen oder entgegengesetzt polarisierte magnetische Felder wieder zerstört werden (Entmagnetisierung).
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Permanentmagnet: Magnet aus ferromagnetischem Material, das seine Magnetisierung auch ohne ein externes Magnetfeld behält. Aufgebaut aus Elementarmagneten.
Permeabilität (μ my): Durchlässigkeit/magnetische Leitfähigkeit eines Stoffes für die
magnetische Flussdichte (B). Zusammenhang zwischen Flussdichte und Magnetfeld:
μ = B/H. Stoffe mit hoher Permeabilität werden selbst magnetisiert und verstärken
somit die Flussdichte. μ setzt sich zusammen aus der magnetischen Feldkonstante
μ0 (4 π 10-7) und dem materialabhängigen μ r: μ = μ0 x μ r.
μ r =1 heisst: Magnetfeld bleibt gleich, μ r >1 heisst: externes Magnetfeld wird verstärkt durch den Stoff.
Die Permeabilität ändert sich im Laufe des Magnetisierungsprozesses (siehe Hysterese- und Permeabilitätskurve). Masseinheit: Vs/Am (Voltsekunden pro Ampèremeter).
Remanenz (BR): (von lateinisch remanere=zurückbleiben) B-Feld, das in einem ferromagnetischen Stoff verbleibt, nachdem ein äusseres Magnetfeld entfernt wurde. Ist
bei Hartmagneten sehr hoch, bei Weichmagneten sehr klein. Masseinheit: T (Tesla).
Weichmagnetisch: Stoff mit niedriger Koerzivität (Hc<10A/m). Verwendet für Anwendungen mit wechselndem Magnetfeld (z.B. Transformatoren).
Weiss’scher Bezirk: Bereich (Domäne) in einem ferromagnetischen Stoff, bestehend aus mehreren gleich ausgerichteten Elementarmagneten. Jeder Bezirk hat eine
etwas andere Magnetisierungsrichtung. Die resultierende Magnetisierung eines Stoffes hängt davon ab, wie die Domänen verteilt sind. Durch ein starkes externes Magnetfeld können die Elementarmagnete in allen Weiss’schen Bezirken im Stoff gleich
ausgerichtet werden.
Quellen:
• http://www.mechatronikernetz.de
• http://www.de.wikipedia.org (diverse Artikel)
• http://www.supermagnete.ch/magnetism_terms.php
• Foliensatz und Auskünfte R. B., Physiklehrer
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