Wie funktioniert ein Magnet?
Kurze Antwort: Jedes Elektron verhält sich wie ein winziger Magnet (durch seinen Spin). In den meisten Materialien zeigen diese Magnete in alle Richtungen und heben sich auf. In einem Permanentmagneten zeigen sie größtenteils in dieselbe Richtung, festgehalten durch die Kristallstruktur. Zusammen bilden sie ein Magnetfeld mit Nord- und Südpol. Dieses Feld zieht ferromagnetische Materialien an (Eisen, Stahl, Nickel, Kobalt) und zieht andere Magnete an oder stößt sie ab.
Schritt für Schritt: vom Atom zum Magneten
- Elektronen: Jedes Elektron hat durch seinen Spin ein magnetisches Moment. In Atomen wie Eisen, Kobalt und Neodym heben sich diese Momente nicht vollständig auf; ein solches Atom ist selbst ein kleiner Magnet.
- Domänen: In ferromagnetischen Materialien richten sich benachbarte Atome von selbst aneinander aus, in Bereichen von einigen Mikrometern: magnetische Domänen (Weiss-Bezirke).
- Unmagnetisiert: In einem gewöhnlichen Stück Eisen zeigen die Domänen in verschiedene Richtungen. Von außen merkt man nichts.
- Magnetisieren: Ein starkes äußeres Feld dreht alle Domänen in dieselbe Richtung.
- Permanent: In Weicheisen fallen die Domänen danach zurück, in einem Permanentmagneten hält die Kristallstruktur sie fest. Wie gut das gelingt, heißt Koerzitivfeldstärke.
Warum zieht ein Magnet Stahl an?
Stahl ist selbst kein Magnet, aber ferromagnetisch. Gelangt er in das Feld eines Magneten, richten sich die Domänen im Stahl vorübergehend nach diesem Feld aus. Der Stahl wird dann selbst zu einem (vorübergehenden) Magneten mit einem entgegengesetzten Pol zum Magneten hin, und so ziehen sie sich an. Entfernen Sie den Magneten, fällt der Stahl größtenteils zurück.
Auf welche Materialien wirkt ein Magnet?
| Ja (ferromagnetisch) | Nicht oder kaum |
|---|---|
| Eisen, Stahl, Gusseisen | Aluminium, Kupfer, Messing, Zink |
| Nickel, Kobalt | Gold, Silber, Blei, Titan |
| ferritischer Edelstahl (z. B. 430) | austenitischer Edelstahl (304, 316) |
| manche Münzen mit Stahlkern | Holz, Glas, Kunststoff, Papier |
Aluminium und Kupfer sind nicht magnetisch, aber ein bewegter Magnet erzeugt darin Wirbelströme, die ihn abbremsen. Lassen Sie einen Neodym-Magneten durch ein Kupferrohr fallen, fällt er auffallend langsam.
Warum ist Neodym so stark?
Die Verbindung Nd₂Fe₁₄B kombiniert viel Eisen (hohe Magnetisierung) mit Neodym, das die Magnetisierung stark in einer Kristallrichtung festhält. Dadurch hat Neodym die höchste Energiedichte aller Permanentmagnete: 5 bis 10 Mal mehr als Ferrit. Siehe Wie stark ist ein Neodym-Magnet?
Permanentmagnet oder Elektromagnet?
- Permanentmagnet: wirkt immer, ohne Strom. Beispiele: Neodym, Ferrit, AlNiCo, Samarium-Kobalt.
- Elektromagnet: eine Spule mit Eisenkern, die nur magnetisch ist, wenn Strom fließt. Ein- und ausschaltbar, z. B. in Relais, Türschlössern und Hebemagneten.
Häufig gestellte Fragen
Kann ein Magnet durch Gebrauch seine Kraft verlieren?
Nein, ein Magnet verbraucht keine Energie, wenn er etwas festhält. Siehe Warum verlieren Magnete ihre Kraft?
Warum hat ein Magnet immer zwei Pole?
Weil das Feld aus geschlossenen Schleifen besteht: Es tritt am Nordpol aus und am Südpol wieder ein. Brechen Sie einen Magneten durch, erhalten Sie zwei Magnete mit jeweils einem Nord- und einem Südpol.
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