Magnetismus

Einfach erklärt versteht man unter Magnetismus eine unsichtbare physische Kraft, die auf Materie oder Stoffe wie zum Beispiel Eisen wirkt. Im Bereich der Physik fasst der Begriff sämtliche Teilgebiete zusammen, die Magneten und Magnetfelder studieren. Forschungen zum Thema Magnetismus untersuchen dementsprechend die Eigenschaften von Magneten (zum Beispiel Anziehung oder Abstoßung) und die Phänomene, die damit in Verbindung stehen. Als Maßeinheit für den Magnetismus wird in der Physik das Tesla (Einheit) verwendet.

Eine kurze Geschichte des Magnetismus

Natürliche Magnete bestehen aus Eisen, Sauerstoff sowie Eisenhydroxid und entstehen auf natürliche Weise durch Vulkanismus. Magnetismus wird mindestens seit Erfindung des Kompasses gewinnbringend genutzt – um 1100 herum.

Erste systematische Versuche, um Magnetkraft zu bestimmen, wurden allerdings nicht vor 1269 durchgeführt. Pierre de Maricourt untersuchte, wann Magnetpole sich gegenseitig anziehen oder abstoßen und hielt seine Ergebnisse schriftlich fest. Diese Experimente bildeten das Fundament, auf dem die Magnetismus-Forschung späterer Jahre aufbaute.

Interessanter Fakt: Auch Licht sowie Magnetismus haben eine Beziehung, denn genaugenommen setzt sich Licht aus schwingenden, elektrischen und magnetischen Feldern zusammen.

Erste Einführung in den Magnetismus: Die Grundlagen

Vieles rund um Magnetismus wird bereits in der Grundschule gelehrt. Ein Magnet hat grundsätzlich zwei Pole: den Nordpol (üblicherweise in Rot dargestellt) und den Südpol (normalerweise blau). Außerhalb des Magneten laufen die Feldlinien immer vom Nordpol zum Südpol, und zwar in drei Dimensionen. Einfach erklärt erhält ein Magnet durch diese Bewegungen (bzw. elektrische Strömungen) seine Kraft. Die Feldlinien stellen den Magnetismus, also die Kraft des Magneten und seine Stärke, graphisch dar.

Ein Objekt muss sich innerhalb dieses Feldes befinden, damit es der Magnet beeinflussen kann. Einzelne Teilbereiche der Physik untersuchen verschiedene Arten von Magneten und Magnetismus, darunter:

  • Magnetite (Erscheinungsform des Magnetismus in der Natur)
  • Dauer- oder Permanentmagnete (z. B. Stabmagnete)
  • Temporäre Magnete
  • Elektromagnete

Für die Erstellung von Dauermagneten und zum Erzeugen von Magnetismus kommen gewöhnlich Eisenoxid, Samarium, Kobalt und Neodym zum Einsatz. Neodym Magnete gehören zu den stärksten Magneten der Welt und haben eine beachtliche Lebensdauer. Schätzungen zufolge verlieren Sie nur alle 100 Jahre etwa 5 % ihres Magnetismus. Werden diese jedoch falsch gelagert oder zu hohen Temperaturen ausgesetzt, können Sie ihre magnetische Wirkung verlieren. Dies ist etwa bei 80°C der Fall. Es gibt jedoch spezielle Ausnahmen, die auch höhere Temperaturen vertragen.

Elektromagnete bestehen hauptsächlich aus Kupferspulen. Heutzutage ist es möglich, starke Elektromagnete künstlich herzustellen, indem durch Spulen Strom hindurchgeleitet wird. Daraufhin bildet sich ein Magnetfeld um jeden Leiter, durch den der Strom fließt und man spricht vom Effekt des elektrischen Magnetismus. Dabei lassen sich Überhitzungsprobleme, die durch Magnetismus und Elektrizität entstehen können, mithilfe von Supraleitern vermeiden.

Welche Arten von Magnetismus gibt es?

Um die magnetischen Eigenschaften von einzelnen Materien zu beschreiben, unterscheidet man zwischen drei Kategorien:

  • Diamagnetismus: Der Stoff hat keine magnetische Wirkung und wird sogar leicht abgestoßen.
  • Paramagnetismus: Der Stoff wird nur schwach angezogen.
  • Ferromagnetismus: Der Stoff ist einer starken magnetischen Anziehungskraft ausgesetzt.
Magnete wirken nur auf bestimmte, magnetisierbare Rohstoffe – genauer gesagt auf ferromagnetische Materialien wie:
  • Eisen
  • Stahl
  • Nickel
  • Kobalt

Wenn ein nicht magnetisierter Ferromagnet mit einem externen Feld in Berührung kommt und sich dieses danach ausschaltet, behält der Ferromagnet eine positive oder negative Magnetisierung. In solchen Fällen bewirkt der Magnetismus eine sogenannte Hysterese (Änderung der Wirkung nach Änderung der Ursache). Die negative bzw. positive Magnetisierung, die bei diesem Vorgang zurückbleibt, nennt man in der Physik auch remanenten Magnetismus.

Info: Auch die Abschirmung von Magnetismus ist möglich. Bei der magnetischen Abschirmung werden Feldlinien durch bestimmte Materialien umgeleitet oder von Bereichen ausgeschlossen. Unter anderem kommen MU-Metalle, Weicheisen und Vitroperm infrage.

Anwendungen von Magnetismus im Alltag

Heutzutage ist Magnetismus nicht nur in der Physik allgegenwärtig. Im täglichen Leben finden wir Magnete in allen möglichen Formen und Stellen, darunter:
  • Kraftfahrzeuge
  • Festplatten
  • Stromwandler
  • Baustellengeräte

Starke Magnetfelder ermöglichen die Erforschung von Materien auf atomarer Ebene. In Kombination mit Spins verwenden Mediziner die Magnetresonanztomografie (kurz MRT), um innere Organe und Gewebestrukturen zu untersuchen. Des Weiteren lassen sich magnetische Kräfte in elektrische Kräfte umwandeln – und umgekehrt.

Während die Position von Elektronen die magnetische Eigenschaft eines Materials beeinflusst, erzeugt die Bewegung von Elektronen in eine Richtung wiederum Elektrizität. Daher spielt Magnetismus im Bereich der Elektrotechnik ebenfalls eine wichtige Rolle. Beispielsweise haben Ingenieure die magnetische Levitation genutzt, um Hochgeschwindigkeitszüge wie die Magnetschwebebahn Transrapid zu bauen.

Als Forschungsgebiet der Physik liefert Magnetismus auch Erklärungen dazu, wie sich Planeten im Weltall bewegen. Im Prinzip stellt unsere Erde einen riesigen Magneten dar: Sie besitzt einen Nord- bzw. Südpol und ist von einem natürlichen Erdmagnetfeld umgeben. Durch die Ausrichtung des Magnetfeldes der Erde lässt sich erklären, weshalb die Nadel bei einem Kompass stets nach Norden zeigt.


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