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• Energieprodukt

Elementarmagnete

Um die Magnetisierung ferromagnetischer Materialien wie beispielsweise Eisen zu veranschaulichen, entwarf der deutsche Physiker Wilhelm Weber im 19. Jahrhundert ein spezielles Erklärungsmodell. Dieses Modell skizzierte die magnetische Wirkung bildlich mit Hilfe vieler kleiner Elementarmagnete (vergleichbar mit winzigen Stabmagneten), die erst durch gemeinsame Ausrichtung in die gleiche Richtung ein von außen messbares Magnetfeld erzeugen sollten. Dass sich bestimmte Atome dank ihres magnetischen Dipolmoments tatsächlich wie Elementarmagnete verhalten, wurde erst wesentlich später herausgefunden.

Was ist aus heutiger Sicht unter einem Elementarmagnet zu verstehen?

Zur Erklärung magnetischer Einheiten hat die Physik den Begriff der Elementarmagnete beibehalten. Sie sind als Atome in einem Gitternetz realisiert. Jedes dieser Atome besitzt Elektronen-Orbitale (ausgehend von der Aufenthaltswahrscheinlichkeit eines Elektrons im Atom), die wiederum einen spezifischen Spin beinhalten. Dieser Spin ist letztendlich verantwortlich für den Magnetismus.

Die Anordnung der Elementarmagnete spielt in Bezug auf das Verhalten des Magnetfeldes eine besondere Rolle. Sind sie alle in verschiedene Richtungen ausgerichtet, heben sich die Magnetfelder der einzelnen Elementarmagnete gegenseitig auf und der Körper enthält keine magnetische Kraft. Wenn die Elementarmagnete hingegen alle in eine gemeinsame Richtung zeigen, kann man ein Magnetfeld messen. Der Körper ist dann also magnetisiert. Aber wie lassen sich Elementarmagnete beeinflussen?

Wie richten sich Elementarmagnete aus?

Es existieren verschiedene Ausgangsmöglichkeiten, die auf Elementarmagnete einzuwirken. Durch Heranführen eines äußeren Magnetfelds richten sich die Elementarmagnete parallel aus und verstärken daraufhin das äußere Feld (Paramagnetismus). Sollten die Elementarmagnete schon von sich aus gemeinsame Richtungstendenzen aufweisen, ergibt sich in speziellen Bereichen, den Weißschen Bezirken, manchmal spontan eine vollständige Ausrichtung. Diese Reaktion kann bei einem Ferromagneten durch ein äußeres Magnetfeld noch stärker ausfallen (Austauschwechselwirkung). Selbst nach Abschalten des äußeren Feldes bleibt dann eine Remanenz übrig, die nur durch Erwärmung (Curietemperatur) oder Erschütterung verloren geht. Da die magnetischen Eigenschaften von Materie auf die Elementarmagnete zurückzuführen sind, stützt sich die Wirkungsweise vieler Geräte innerhalb der Forschung auf diese Anschauung – so auch zum Beispiel bei der Kernspintomographie.