• Pauli-Prinzip
• Physikalische Eigenschaften der Neodym-Magneten

Permeabilität

Laut Definition ist die magnetische Permeabilität ist eine physikalische Einheit, die das Formelzeichen µ besitzt. Sie ähnelt der Suszeptibilität und gibt an, wie durchlässig ein Material für die magnetische Flussdichte ist. Diese wird von einem Stoff mit hoher Permeabilität verstärkt, da .er magnetisierbar ist. Der Widerstand eines solchen Stoffes ist dementsprechend gering. Stoffe mit hoher magnetischer Durchlässigkeit sind beispielsweise Eisen und andere ferromagnetische Werkstoffe. Mit Hilfe der Permeabilität wird der Zusammenhang zwischen einem Magnetfeld und der magnetischen Flussdichte hergestellt.

Mit der Permeabilität rechnen

Ein Magnetfeld (magnetische Feldstärke) (H) wird mithilfe der magnetischen Permeabilität (µ) und der magnetischen Flussdichte (B) beschrieben. Das sieht wie folgt aus:

(1)

Die magnetische Feldkonstante ist die Skalierung für die magnetische Permeabilität. Diese hat das Formelzeichen µ0 und unterliegt folgender Gesetzmäßigkeit:

(2)

Über diese magnetische Feldkonstante und eine materialspezifische relative magnetische Permeabilität (auch absolute Permeabilität genannt) wird die sogenannte magnetische Permeabilität berechnet:

(3)

Per Definition gilt im Vakuum:

Mit (4) und (1) ergibt sich demnach:

(5)

Aus dieser Gesetzmäßigkeit folgt, dass die magnetische Flussdichte einer Materie besonders dann sehr groß ist, wenn die magnetische Permeabilität ebenfalls sehr groß ist. Dies bestätigt das Faktum, dass Materie Magnetfelder derart beeinflusst, dass sich eine von der materialspezifischen Permeabilität abhängige magnetische Flussdichte in der Materie ausbildet.

Die magnetische Flussdichte berechnen

Multipliziert man die Flussdichte im luftleeren Raum – also einem Vakuum – mit der relativen magnetischen Permeabilität, so erhält man die magnetische Flussdichte. Diese stellt sich durch den Einfluss des Materials im Material ein. Daraus folgt auch, dass das Material das Magnetfeld dann verstärkt, wenn die Permeabilitätszahl >1 ist. Ist der Wert hingegen <1, wird das Magnetfeld wiederum abgeschwächt. In der Literatur wird die relative Permeabilität oft vereinfacht mit dem Buchstaben µ ohne Index angegeben.

Welche Stoffe haben welche magnetische Permeabilität?

1.Ferromagnetische Materialien

Ferromagnetische Stoffe (z. B. Eisen) haben eine relative magnetische Permeabilität >1. Diese kommt dadurch zustande, dass sie aus einzelnen Atomen bestehen, welche wiederum Elektronenspins haben. Sie besitzen die Eigenschaft, sich nach einem äußeren Magnetfeld auszurichten, wodurch sich im Außenraum ein neues Magnetfeld ausbildet. Dieses kann mitunter sehr viele Größenordnungen stärker sein als das Magnetfeld, welches zur Ausrichtung der Elektronenspins nötig war. In ferromagnetischen Materialien stabilisieret die sogenannte Austauschwechselwirkung die Ausrichtung der Elektronenspins. Dadurch wird die relative magnetische Permeabilität sehr groß. In ganz speziellen Materialien, wie in amorphen Stoffen (z. B. metallisches Glas), beträgt die Permeabilitätszahl über 100.000. Bei Eisen wiederum beläuft sie sich auf etwa 10.000.

2.Paramagnete

Paramagnete magnetisieren sich in einem externen Magnetfeld so, dass sich das Magnetfeld in ihrem Inneren verstärkt. Sie haben daher ebenfalls ausrichtbare Elektronenspins. Allerdings stabilisieren sich diese nicht über die sogenannte Austauschwechselwirkung. Deshalb verstärkt Paramagnetismus ein Magnetfeld nur leicht. Das ist auch der Grund, warum die relative Permeabilität nur ein paar Tausendstel bis 100.000stel über dem Wert 1 liegt.

3.Diamagnetische Materialien

Diamagnetische Materialien sind Stoffe, die weder para- noch ferromagnetisch sind. Sie haben wiederum eine relative magnetische Permeabilität <1 und schwächen das äußere Magnetfeld ab. Im Inneren eines Diamagneten gibt es keine Elektronenspins, die sich ausrichten. Stattdessen induziert das Eindringen des äußeren Magnetfeldes in das Material einen elektrischen Strom. Dieser ist – getreu der sogenannten Lenzschen Regel – der eigentlichen Ursache entgegen gerichtet: Das Magnetfeld des induzierten Stroms schwächt das äußere Magnetfeld damit ab. Eigentlich tritt Diamagnetismus in grundsätzlich jeder Materie auf, beispielsweise auch in Para- und Ferromagneten. Jedoch wird der Effekt durch die Elementarmagneten deutlich überlagert, da die sich ausrichten können.

4.Supraleiter

Einen permearen Sonderfall bilden die Supraleiter: Sie haben eine Permeabilität von 0, wodurch die magnetische Flussdichte in ihrem Inneren vollkommen eliminiert wird. Das heißt, dass ein Supraleiter einen magnetischen Fluss nicht hindurchlässt. Deshalb verlaufen die Feldlinien um einen Supraleiter herum. Supraleiter werden aus diesem Grund auch gerne als perfekte Diamagnete bezeichnet. Es gibt in diesem Zusammenhang interessante Versuche: So schweben Supraleiter beispielsweise in einem Magnetfeld.