Physik compact, Basiswissen 7, Schulbuch

57 15.4 Materie im magnetischen Feld Bemerkung: n r wird als Permeabilitätszahl bezeichnet. Sie ist ein Maß für die Magnetisierbarkeit eines Stoffes. Das Produkt n 0 · n r = nennt man Permeabilität. Bemerkung: Die Größe H = B  / ( n 0 · n r ) wird in der Elektro- technik als magnetische Feldstärke bezeichnet. Beachte: Da I und B offenbar nicht linear zusammen­ hängen, ist n r keine Konstante! In den Tabellen wird daher n r , max angegeben. Das Magnetisieren eines Eisenkernes ist nur teilweise reversibel, da das Vergrößern der Bereiche mit annä- hernd parallelem Magnetfeld irreversibel ist. Daher bleibt beim Abschalten des Spulenstromes ein Rest- magnetismus bestehen. Die Stärke des Restmagne- tismus nennt man remanente Induktion oder Rema- nenz (vgl. Abb. 57.1). Um den Eisenkern gänzlich zu entmagnetisieren, kann man einen entgegengesetzt gerichteten Strom der Stärke I C durch die Spule fließen lassen, der ein magnetisches Feld aufbaut, das dem remanten Feld entgegengesetzt ist. Dieses zur Entmagnetisierung benötigte Feld wird als Koerzitivkraft bzw. Koerzi- tivfeldstärke bezeichnet. Das Magnetfeld des Eisenkerns ist am stärksten, wenn alle atomaren Magnetfelder zumMagnetfeld der Spu- le parallel ausgerichtet sind (Sättigungsmagnetisie- rung). A1 Warum ist man an Legierungen mit einer mög- lichst hohen Sättigungsmagnetisierung interessiert? Einsatzmöglichkeiten von Magneten: WeichmagnetischeWerkstoffe sind dadurch geken- nzeichnet, dass beim Umkehren des Magnetfeldes (Umkehren der Stromrichtung) wenig Energie nötig ist. Weicheisenkerne werden beispielsweise bei Spu- len in der Hochfrequenztechnik verwendet (Beispiel: Dynamax, eine FeNi-Legierung). HartmagnetischeWerkstoffe zeichnen sich dadurch aus, dass beim Abschalten des Spulenstromes das Magnetfeld weitgehend erhalten bleibt. Für ihre Mag- netisierung ist vergleichsweise viel Energie nötig. Der- artige Legierungen werden daher auch Permanent- magnete genannt. (Beispiel: AlNiCo-Verbindungen – beispielsweise magnetischer Türverschluss.) Weitere Arten des Magnetismus Ferromagnetische Erscheinungen können nur imFest- körper eintreten, da nur im Festkörper ganze Bereiche paralleleMagnetfelder bilden können. Allerdings kann ein äußeres Magnetfeld auch in Flüssigkeiten und Ga- sen und in vielen Festkörpern geringfügig verstärkt werden, wenn sich die atomaren Magnetfelder in den Atomen nicht aufheben (zB unpaarige Elektronen in der Atomhülle). Dieser Vorgang heißt Paramagnetis- mus (paramagnetism) . Alle Stoffe weisen zudem die Eigenschaft auf, dass sich die atomaren Magnetfelder zunächst entgegengesetzt dem äußeren Magnetfeld einstellen ( Diamagnetis- mus, diamagnetism, vergleiche Lenz´sche Regel). Bei paramagnetischen und ferromagnetischen Stoffen überwiegt aber der Para- bzw. Ferromagnetismus. Bemerkung: n r ist für para- und diamagnetische Stoffe in guter Näherung konstant. Es gilt: n r > 1   Paramagnetismus n r >> 1   Ferromagnetismus n r < 1   Diamagnetismus B …magnetische Induktion n r …relative Permeabilität n 0 …magnetische Feldkonstante N …Windungszahl der Spule I …Stromstärke l …Spulenlänge Stoff n r , max Stoff n r , max Fe 2 · 10 5 Co 10 3 Ni 10 4 Ni-Fe 3 · 10 5 Maximale relative Permeabilitätszahlen von Fe, Ni, Co und einer Legierung Stoff n r Sauerstoff, flüssig, –181 °C 1,0036 Sauerstoff, 20 °C 1,0000018 Aluminium 1,000024 Wasser 0,99999095 Kupfer 0,99999035 Wismut 0,999843 Relative Permeabilität für paramagnetische und diamag- netische Stoffe. Da die Abweichungen von 1 gering sind, wird aus praktischen Gründen oft n r – 1 = l (magnetische Suszeptibilität) angegeben. Induktion B Stromstärke I Neukurve Remanenz I C -I C Abb. 57.1 I-B-Diagramm einer Spule mit Eisenkern (Hysterese). Die Neukurve tritt nur beim ersten Magnetisieren auf. Nur zu Prüfzweck n – Eigentum des Verlags öbv