Magnetismus einfach erklärt
Sie haben bestimmt schon einmal das Gefühl gehabt, zwei Magnete aneinander zu halten und zu sehen, wie sich die Magnete anziehen oder gegeneinander drücken. Magnetismus ist der wissenschaftliche Begriff für die Wechselwirkung, die zwischen zwei Magneten stattfindet. Aber mit Magnetismus kann man noch mehr machen, es gibt viele Anwendungsmöglichkeiten für Magnete.
Magnetresonanztomographie und andere Anwendungen
Magnete sind eine weitere Komponente, die in der Wissenschaft und Forschung eine wichtige Rolle spielt. Um geladene Teilchen aus Teilchenbeschleunigern abzulenken, werden zum Beispiel sehr starke Elektromagnete eingesetzt. Der Magnetismus findet auch in der Medizin Anwendung. In diesem Zusammenhang ist zum Beispiel der Einsatz der Magnetresonanztomographie hilfreich, um Bilder aus dem Inneren des Körpers zu erstellen.
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Elektrizität
Eines der Teilgebiete der Physik ist die Elektrik oder Elektrizität. Elektrische Ladungen, elektrisch geladene Stoffe, Magnetismus, elektrische Ströme und ihre Auswirkungen, die Prinzipien elektrischer Schaltkreise, die Erzeugung und Umwandlung elektrischer Energie, elektrische Schaltkreise und Bauteile sind alles Themen, die in diesem Buch behandelt werden.
Zusammenhang
Die ersten Aufzeichnungen über Magnetismus finden sich im frühen China und im antiken Griechenland. Dort wurden magnetische Steine durch eine Technik zu Kompassnadeln verarbeitet, die sich nach dem Magnetfeld der Erde ausrichteten. Dadurch waren diese Nadeln sehr nützlich für die Navigation. Seit Anbeginn der Zeit weiß der Mensch, dass es im Universum etwas gibt, das magnetische Eigenschaften besitzt. Allerdings wurde erst im 19. Jahrhundert eine zufriedenstellende Erklärung dafür entwickelt. Jahrhundert eine befriedigende Erklärung dafür gefunden. Außerdem wurde damals erkannt, dass es einen Zusammenhang zwischen magnetischem und elektrischem Strom gibt.
Bundesregierung
Magnete und die Erforschung des Magnetismus beginnen oft auf der Primärebene. Die Verwendung eines Magneten, um eine begrenzte Anzahl von Gegenständen anzuziehen, ist für Kinder akzeptabel. Das Thema wird jedoch frühestens in der fünften oder sechsten Klasse ernsthaft behandelt. In diesem Abschnitt werden die magnetischen Feldlinien näher untersucht. Die Berechnung des Magnetfeldes wird jedoch erst viel später durchgeführt. Wie viel später, hängt davon ab, in welchem Zustand sich die Bundesregierung befindet.
Beispiele
Es gibt drei physikalisch unterschiedliche Erscheinungsformen des Magnetismus, die als Dia-, Para- und Ferromagnetismus bekannt sind, wobei letzterer nur in kondensierter Materie vorkommt. Diese Erscheinungsformen werden zusammenfassend als Magnetismus bezeichnet. Die Eigenschaften, die oft als „magnetisch“ bezeichnet werden, sind in der Regel ferromagnetischer Natur. Die ferromagnetischen Eigenschaften werden nun mit Hilfe einiger konkreter Beispiele aufgeschlüsselt.
Verbesserungspotenzial
Das Studium des Ferromagnetismus ist für die Wissenschaft von großem Nutzen. So spielt er zum Beispiel in elektrischen Generatoren, Transformatoren oder Relais eine sehr wichtige Rolle, und auch bei der Speicherung und Verarbeitung von Daten spielt er eine große Rolle. In diesem Bereich besteht noch ein erhebliches Verbesserungspotenzial hinsichtlich der Energieerhaltung und der Verkleinerung. Einer der Gründe, warum der Ferromagnetismus in den letzten Jahren wieder zu einem äußerst attraktiven und viel beschäftigten Forschungsgebiet geworden ist, liegt in diesem besonderen Phänomen.
Kraftwirkung
Magnetismus ist eine Kraftwirkung, die sich als physikalisches Phänomen darstellt und als Magnetismus bezeichnet wird. Diese Kräfte entstehen, wenn Magnete mit magnetisierbaren Gegenständen in Kontakt gebracht werden. Anders ausgedrückt: Magnete bewirken, dass Kräfte auf ferromagnetisches Material ausgeübt werden. Damit sind alle Chemikalien gemeint, die entweder Eisen, Kobalt oder Nickel enthalten.
Magnete für den Kühlschrank
Wenn Sie ein Bild am Kühlschrank anbringen oder ein Poster über Magnetismus an die Tafel im naturwissenschaftlichen Unterricht hängen möchten, können Sie für beides Magnete verwenden. Da der Magnetismus in diesem Buch auf eine für Jugendliche verständliche Weise behandelt wird, solltest du dich jetzt fragen, was Magnetismus ist und wie Magnete wirklich funktionieren. Wenn das der Fall ist, findest du die Antworten weiter unten.
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Anziehungskraft
Ein Metallstück, das die Fähigkeit hat, andere Metallstücke anzuziehen, wird als Magnet bezeichnet. Damit diese Gegenstände magnetisch sind, muss das ihnen zugrundeliegende Material jedoch entweder Eisen, Kobalt oder Nickel sein. Wenn etwas magnetisiert wird, bedeutet das, dass es eine magnetische Eigenschaft annimmt. Mit anderen Worten: Ein Magnet ist für die Anziehungskraft verantwortlich. Magnetismus ist ein physikalisches Phänomen, das man sehen kann.
Metallgegenstände
Magnete können eine Vielzahl unterschiedlicher Formen annehmen. Die gängigsten Magnete, die im Unterricht verwendet werden, sind Stabmagnete und Hufeisenmagnete. Sie bieten die besten Voraussetzungen für die Durchführung von Versuchen. Da ein solcher Magnet aus Metalldraht besteht, ist er in der Lage, bestimmte Metallgegenstände, wie z.B. eine Büroklammer, anzuziehen.
Beweglichkeit
Die Beweglichkeit der Elektronen ist ebenfalls für die Erzeugung dieses Magneten verantwortlich. Der Unterschied liegt darin, dass sich die Elektronen sozusagen um ihre eigene Achse drehen. Dieses Phänomen wird von Physikern als Spin bezeichnet. Die Elektronen „bewegen“ sich auf eine Weise, die sie dazu veranlasst, ein Magnetfeld zu erzeugen, und diese „Bewegung“ beinhaltet eine Drehung um die eigene Achse der Elektronen, die automatisch und ohne das Vorhandensein eines Stroms erfolgt.
Relativitätstheorie
Elektromagnetismus ist ein Begriff, der die komplexen Wechselwirkungen zwischen Magnetismus und rein elektrischen Phänomenen beschreibt. Nach der speziellen Relativitätstheorie können Magnetfelder, die durch elektrische Ströme erzeugt werden, als Ergebnis elektrostatischer Kräfte zwischen Ladungen betrachtet werden. Die Theorie beruht auf der Beobachtung, dass ein elektrischer Strom die relative Bewegung von Teilchen mit entgegengesetzten Ladungen darstellt, deren Ladungsdichten durch die Lorentz-Kontraktion unterschiedlich beeinflusst werden. Die Tatsache, dass geladene Elementarteilchen, die jeweils einen Eigendrehimpuls (Spin) besitzen, auch ein magnetisches Moment aufweisen, erklärt, warum ihnen unter anderem Ferromagnetismus zugeschrieben werden kann. Die Theorie der relativistischen Quantenmechanik wird zur Erklärung herangezogen.
Grundbestandteile
Die magnetischen Eigenschaften von Festkörpern sind das Ergebnis eines kooperativen Phänomens. Die makroskopische Magnetisierung setzt sich aus den Beiträgen der verschiedenen Bausteine zusammen, die zum Aufbau des Festkörpers verwendet werden, und diese Beiträge werden addiert, um die endgültige Magnetisierung zu bilden. In vielen Arten von Materie besitzen die Grundbestandteile oder Bausteine bereits ein magnetisches Moment. Allerdings weisen nur einige wenige dieser Materialien eine makroskopische Magnetisierung auf, obwohl ihre Bestandteile solche magnetischen Momente besitzen. In der Regel ist die Summe der einzelnen Momente gleich dem Gesamtmoment Null. Nur in dem unwahrscheinlichen Fall, dass dies nicht der Fall ist, d. h. dass sich die einzelnen Beiträge in der Gesamtheit nicht aufheben, liegt eine makroskopische Magnetisierung vor.
Ferromagnetismus
Der Begriff „Ferromagnetismus“ wurde zur Beschreibung dieses Phänomens verwendet, als man entdeckte, dass verunreinigtes Eisen und Eisenverbindungen magnetische Eigenschaften aufweisen, die im Laufe der Zeit bestehen bleiben. Nickel, Kobalt und bestimmte Metalllegierungen weisen bei Raumtemperatur nicht nur ferromagnetische Eigenschaften auf, sondern können auch magnetisiert werden. Erreicht die Temperatur jedoch einen bestimmten Schwellenwert, wird die thermische Bewegung der Atome zu stark, und die Ferromagnete verwandeln sich in Paramagnete. Andererseits verwandeln sich viele Paramagnete in Ferromagnete, wenn sie unter eine bestimmte Temperatur abgekühlt werden.
Da der Ferromagnetismus Kräfte erzeugt, die weitaus stärker sind als die des Paramagnetismus, wird er in der Praxis häufig eingesetzt, oft in Kombination mit Elektromagneten. Allerdings sind nicht alle Ferromagnete in der Lage, als Dauermagnete zu funktionieren. Das liegt daran, dass die parallele Anordnung der Weiss’schen Domänen z.B. in reinem Eisen sehr schnell zerstört werden kann. Jeder, der schon einmal einen Eisennagel magnetisiert hat, kennt den folgenden Effekt: Entfernt man den Nagel aus dem Magneten, behält er seine magnetischen Eigenschaften höchstens für ein paar Sekunden.
Fazit
Das Vorhandensein eines Magnetfeldes ist für fast alle Phänomene verantwortlich, die mit Magnetismus in Verbindung gebracht werden. Magnetische Felder werden durch ein anderes Phänomen verursacht.
