Magnetisierung

Magnetisierung

Physikalische Größe
Name Magnetisierung
Formelzeichen $ \vec{M} $
Größen- und
Einheitensystem
Einheit Dimension
SI A·m−1 L−1 $ \cdot $ I
Vereinfachter Vergleich der magnetischen Flussdichte von
ferromagnetischen (μf),
paramagnetischen (μp) und
diamagnetischen Materialien (μd)
zu Vakuum (μ0)

Die Magnetisierung $ M $ ist eine physikalische Größe zur Charakterisierung des magnetischen Zustands eines Materials. Sie berechnet sich als das magnetische Moment $ \vec m $ pro Volumen $ V $:

$ \vec {M} = \frac{d\vec m}{dV} $

Die Magnetisierung beschreibt den Zusammenhang zwischen der magnetischen Flussdichte $ \vec{B} $ und der magnetischen Feldstärke $ \vec{H} $:

$ \vec B = \mu_0 \left( \vec H + \vec M \right)\ = \mu \vec H $

Dabei ist $ \mu_0 $ die magnetische Feldkonstante und $ \mu $ die Permeabilität. In diamagnetischen Materialien ist $ \mu < \mu_0 $, die Magnetisierung ist dem erzeugenden Feld entgegengerichtet; in paramagnetischem Material ist $ \mu > \mu_0 $, Magnetisierung und Feld sind gleich gerichtet.

Auch die – praktisch wichtigste – ferromagnetische Magnetisierung ist gleich gerichtet wie das Feld, aber wesentlich größer als paramagnetische Magnetisierung und nicht proportional der Feldstärke $ H $ (vgl. Skizze rechts), d.h. $ \mu $ ist hier keine Konstante, sondern selbst von $ H $ abhängig. Ein ferromagnetischer Körper kann permanentmagnetisch sein.

Jede Magnetisierung kommt durch die Ausrichtung von Elementarmagneten zustande. Da ein Körper nur endliche viele Elementarmagnete enthält, gibt es eine Sättigungsmagnetisierung, die auch in einem beliebig starken äußeren Feld nicht überschritten werden kann. Große praktische Bedeutung hat dies beim Ferromagnetismus (siehe Sättigung).

Beschreibung durch die Suszeptibilität

Die Magnetisierung kann auch durch die magnetische Feldstärke und die magnetische Suszeptibilität $ \chi_\text{m} $ beschrieben werden:

$ \vec{M} = \chi_\text{m} \cdot \vec{H} $

Die Suszeptibilität ist dimensionslos und kann Werte von -1 bis nahezu unendlich annehmen. Die Magnetisierung kann also der magnetischen Flussdichte entgegengerichtet sein.

Magnetisierung eines Nagels

Magnetisierung eines Nagels mit Hilfe eines äußeren Magnetfeldes

Ein Nagel aus Eisen, dessen magnetische Domänen anfänglich zufällige Richtungen haben, kann durch ein äußeres Feld magnetisiert werden. Dabei ändern Domänen ihre Richtung und manche Domänen vergrößern sich auf Kosten benachbarter Domänen. Insgesamt ergibt dies eine Magnetisierung, die ungefähr parallel zum äußeren Feld verläuft. Diese Umlagerung der magnetischen Domänen kann z.B. durch externe Stöße oder Vibrationen erleichtert werden. Aufgrund der ferromagnetischen Eigenschaften behält der Nagel seine Magnetisierung teilweise auch noch nach Entfernen des äußeren Feldes bei.[1]

Magnetisierung in der Geologie/Mineralogie

Mineralien und Gesteine können bei ihrer Entstehung auf verschiedene Arten eine bleibende Magnetisierung erhalten, wobei das Magnetfeld der Erde jeweils die Polarisierung vorgibt:

  • Thermisch remanente Magnetisierung (TRM): Die magnetische Ausrichtung der Mineralien in einer Schmelze wird durch Abkühlen unter die Curie-Temperatur fixiert.
  • Chemisch remanente Magnetisierung (CRM): Mineralien, welche durch eine chemische Reaktion (z. B. Oxidation, Reduktion) zu magnetisierbaren Mineralien werden, richten sich bei der Umwandlung aus.
  • Detritisch remanente Magnetisierung (DRM): magnetisierbare Mineralkörner richten sich bei der Sedimentation in der Wassersäule nach dem Magnetfeld der Erde aus und lagern sich mit dieser Ausrichtung auf dem Sediment ab.
  • Postdetritisch remanente Magnetisierung (pDRM): Mineralien richten sich nach der Ablagerung im unverfestigten Sediment aus.

Literatur

  • Horst Stöcker: Taschenbuch der Physik. 4. Auflage. Harri Deutsch, Frankfurt am Main 2000, ISBN 3-8171-1628-4.
  • Günter Springer: Fachkunde Elektrotechnik. 18. Auflage. Europa-Lehrmittel, Wuppertal 1989, ISBN 3-8085-3018-9.
  • Hans Fischer: Werkstoffe in der Elektrotechnik. 2. Auflage. Carl Hanser, München, Wien 1982, ISBN 3-446-13553-7.
  • Horst Kuchling: Taschenbuch der Physik. 4. Auflage. Harri Deutsch, Frankfurt am Main 1982, ISBN 3-87144-097-3.

Siehe auch

Weblinks

Einzelnachweise

  1. Richard Feynman, Robert Leighton, Matthew Sands: The Feynman Lectures on Physics, Volume II. Addison-Wesley, 2006, ISBN 0-8053-9047-2 (Kapitel 37: Magnetic Materials).

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