Magnetisierung


Magnetisierung

Physikalische Größe
Name Magnetisierung
Formelzeichen der Größe $ \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)

Magnetisierung (Formelzeichen $ M $) ist eine physikalische Größe zur Charakterisierung des magnetischen Zustands eines Materials, die sich berechnet als das magnetische Moment $ \mu $ pro Volumen $ V $:

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


Außerdem steht die Magnetisierung mit der magnetischen Flussdichte $ B $ und der magnetischen Feldstärke $ H $ über folgende Gleichung im Zusammenhang:

$ \begin{align} \vec B &= \mu_0 \left(\vec H + \vec M\right)\\ &= \mu \vec H \end{align} $

Hierbei ist $ \mu_0 $ die magnetische Feldkonstante bzw. μ die Permeabilität. Ist μ kleiner als μ0, so liegt eine negative Magnetisierung vor. Ansonsten wirkt eine positive Magnetisierung, wie beispielsweise bei paramagnetischen Materialien. Ferromagnetische Magnetisierung lässt sich nicht durch eine direkte Proportionalität ausdrücken. (vgl. Skizze rechts)

Die Abhängigkeit der Magnetisierung von der Suszeptibilität

In Permanentmagneten ist eine dauerhafte Magnetisierung vorhanden (siehe auch Ferromagnetismus). In paramagnetischen Materialien ist die Magnetisierung in erster Näherung proportional zur magnetischen Feldstärke (siehe auch curiesches Gesetz) und zeigt in dieselbe Richtung. In diamagnetischen Materialien ist sie ebenfalls in erster Näherung proportional zur magnetischen Feldstärke, zeigt aber in die entgegengesetzte Richtung.

Formelmäßig ist die Magnetisierung also abhängig vom äußeren magnetischem Feld und der magnetischen Suszeptibilität:

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

Die Suszeptibilität ist einheitenlos und kann Werte von -1 bis nahezu unendlich annehmen, was bedeutet, dass die Magnetisierung sogar der magnetischen Flussdichte entgegen gerichtet sein kann.

Magnetisierung eines Nagels

Magnetisierung eines Nagels mit Hilfe eines äußeren Magnetfeldes

Ein Nagel aus Eisen, dessen magnetische Domänen anfänglich zufällig ausgerichtet sind, kann durch ein äußeres Feld magnetisiert werden. Dabei vergrößern sich manche magnetische Domäne auf Kosten benachbarter Domänen und es ergibt sich so in der Summe eine Magnetisierung, die ungefähr parallel zum äußeren Feld verläuft. Diese Änderung der magnetischen Domäne kann z.B. durch externe Stöße oder Vibrationen gesteigert 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).