Barkhausen-Effekt
Der magnetische Barkhausen-Effekt (auch Barkhausensprünge genannt) wurde erstmals 1917 durch den deutschen Physiker Heinrich Georg Barkhausen nachgewiesen. Er beschreibt die diskontinuierliche Änderung der Magnetisierung von ferromagnetischen Werkstoffen, die sich in einem stetig ändernden, äußeren Magnetfeld befinden. Barkhausen konnte den nach ihm benannten Effekt mittels akustischer Signale kenntlich machen, weshalb man auch vom sogenannten Barkhausen-Rauschen spricht.
Was ist der Barkhausen-Effekt?
In ferromagnetischen Werkstoffen befinden sich viele kleine Elementarmagnete, also Bereiche, die durch eine einheitliche Magnetisierungsrichtung gekennzeichnet sind: Die sogenannten Weißschen Bezirke. Diese werden durch die Bloch-Wände voneinander getrennt.
Wenn man nun die Feldstärke des äußeren Magnetfelds langsam erhöht, steigt die Magnetisierung des Werkstoffs nicht in einer stetig kontinuierlichen Kurve, sondern in Sprüngen, den Barkhausensprüngen. Im ersten Schritt verschieben sich die Bloch-Wände und springen von einem Gitterfehler (Unregelmäßigkeiten in einem periodischen Kristallgitter) zum Nächsten. Wenn die Feldstärke weiter verstärkt wird, klappen die magnetischen Momente kompletter Weißscher Bezirke auf einmal um und verschmelzen miteinander. Die Magnetisierungskurve gleicht damit eher einer Treppenkurve. Die sprunghaften Änderungen können durch ein Experiment hörbar gemacht werden (Barkhausen-Effekt).
Wie funktioniert das Experiment zum Nachweisen des Barkhausen-Effekts?
In ein sich änderndes Magnetfeld wird eine mit einer Spule umgebene Probe hineinbewegt. An die Induktionsspule werden Kopfhörer bzw. ein Verstärker mit Lautsprecher angeschlossen. Bei den sukzessiven, sprunghaften Änderungen der Magnetisierung im Material wird jedes Mal ein kleiner Strom messbar (abhängig von der Größe des Weißschen Bezirkes, der seine Richtung geändert hat).
Erfasst der Verstärker diese Barkhausensprünge, ist ein leises Knacken bzw. Rauschen zu vernehmen. Darüber hinaus lässt sich der Barkhausen-Effekt zusätzlich über ein Oszilloskop sichtbar machen.