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Magnetische Stoffe
Magnetfelder haben eine Wirkung auf sämtliche Werkstoffe. Doch nicht alle Materialien wirken auf Magnete mit gleicher Intensität oder werden von ihnen in gleicher Weise beeinflusst. So ist zu unterscheiden zwischen:
- ferromagnetischen Stoffen
- diamagnetischen Stoffen
- paramagnetischen Stoffen
Welche Stoffe werden von Magneten angezogen?
Diamagnetische Stoffe, zu denen unter anderem Zink, Kupfer und Wasser gehören, haften nicht an Magneten und werden von diesen sogar leicht abgestoßen. Das liegt daran, dass ihre Permeabilität – also ihre Fähigkeit zur Aufnahme und Weiterleitung magnetischer Felder – besonders gering ist.
Paramagnetische Stoffe wie Aluminium, Platin und Sauerstoff werden von Permanent- oder Elektromagneten leicht angezogen, können jedoch selbst nicht magnetisiert und damit nicht als Magnete genutzt werden. Ihre Permeabilitätszahl liegt leicht über 1 – das auf sie einwirkende Magnetfeld wird also nur minimal verstärkt.
Ferromagnetische Gegenstände haften hingegen selbst an Magneten und werden zudem als magnetisierbare Stoffe bezeichnet, da sie durch Kontakt mit einem Magneten selbst zu einem solchen werden. Sie weisen eine Permeabilität auf, die deutlich über 1, in einigen Fällen sogar bei mehr als 1.000 liegt. Daher sind sie imstande, die Flussdichte eines magnetischen Felds deutlich zu verstärken. Sie gelten als klassische magnetische Stoffe.
Unterschieden wird weiterhin zwischen magnetisch weichen und magnetisch harten Stoffen. Erstere sind leicht zu magnetisieren, verlieren ihre eigenen magnetischen Eigenschaften aber schnell wieder, wenn das externe magnetische Feld entfernt wird. Hartmagnetische erfahren nur eine minimale Entmagnetisierung, nachdem sie einmal magnetisiert wurden. Solche Stoffe, die eine hohe Remanenz aufweisen – also eine langanhaltende, starke Restmagnetisierung –, werden selbst als Dauermagneten bezeichnet.
Welche Stoffe magnetisch sind, ist insbesondere abhängig von deren Permeabilität. Eine besonders hohe Durchlässigkeit für Magnetfelder weisen bei einer Temperatur von circa 20 Grad Celsius zum Beispiel folgende Metalle auf:
- Eisen
- Nickel
- Cobalt
- Erbium
- Gadolinium
- Holmium
- Terbium
- Dysprosium
Wie wirken Magnete auf magnetische Stoffe?
Ferromagnetische Stoffe enthalten kleinste Elementarmagnete, die sich in einzelnen Bereichen innerhalb eines Körpers – den sogenannten weißschen Bezirken – magnetisch gleich ausrichten. Allerdings sind diese Domänen in nicht-magnetisierten Stoffen nicht miteinander im Einklang. Die unterschiedlichen Ausrichtungen der Elementarmagnete in den weißschen Bezirken sorgen dafür, dass sich die bestehenden magnetischen Felder gegenseitig aufheben.
Gelangt nun ein externer Magnet in die Nähe eines magnetischen Körpers, wenden sich die einzelnen Domänen und die darin enthalten Elementarmagnete diesem zu. Die Wände zwischen den schrumpfenden weißschen Bezirken klappen um und der ferromagnetische Körper wird, aufgrund seiner neu geordneten Elementarmagnetstruktur, selbst zu einem Magneten.
Erkennbar ist dieser Vorgang auch, wenn man sich die in und um den magnetischen Körper verlaufenden Feldlinien genauer ansieht. Sichtbar werden diese, wenn Eisenspäne auf einem Blatt oder einem Karton auf besagtem Körper positioniert werden.
Zunächst ungeordnet, entstehen mit der Magnetisierung zwei Magnetpole – ein Nord- und ein Südpol – an denen jeweils eine besonders hohe Feldstärke durch eine hohe Dichte an Eisenspänen erkennbar ist. Vom Nordpol aus verlaufen die geschlossenen Feldlinien in Kurven zum Südpol des neu entstandenen Magneten. Führt man die beiden Magneten nun zusammen und richtet sie dabei in ihrem Kraftfluss gleich aus, werden ihre Kräfte gebündelt und zu einem gemeinsamen Magnetfeld verstärkt.