Dies ist ein Zusammenfassung zum Thema "Magnetische Permeabilität" aus Klasse 12 am Gymnasium. Behandelt werden unter anderem die Themen magnetische Feldstärke, magnetische Permeabilität und relative Permeabilität, magnetische Suszeptibilität sowie Ferromagneten, Paramagneten und Diamagneten.
Magnetische Permeabilität
Vorbetrachtungen
Magnetischer Fluss
= Gesamtheit aller Feldlinien
Magnetische Flussdichte
= Richtung und Dichte des magnetischen Flusses
Magnetische Feldstärke
Magnetische FeldstärkeH (= magnetische Erregung)
ordnet als vektorielle Größe jedem Raumpunkt eine Stärke und Richtung des durch die magnetische Spannung erzeugten Magnetfeldes zu
(Sie hängt über die Materialgleichungen der Elektrodynamik [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] mit der magnetischen Flussdichte B zusammen.)
Die Einheit der magnetischen Feldstärke ist das Ampere pro Meter:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Magnetische Permeabilität& relative Permeabilität
Magnetische Permeabilität μ (auch magnetische Leitfähigkeit)
Durchlässigkeit von Materie für magnetische Felder
Gibt an, um welchen Faktor die magnetische Flussdichte durch den Einfluss des Materials erhöht bzw. verringert wird
= ist das Verhältnis der magnetischen Flussdichte B zur magnetischen Feldstärke H:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Magnetische Feldkonstante μ0
= Magnetische Permeabilität des Vakuums, da sich auch dort Magnetfelder einstellen oder elektromagnetische Felder ausbreiten können.
Permeabilitätszahl μr
früher auch als relative Permeabilität bezeichnet, ist das Verhältnis
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Magnetische Flussdichte B in Anwesenheit eines Stoffes mit der Permeabilität μ im Gegensatz zur magnetischen Flussdichte des Vakuums B0:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Das Magnetfeld wiederum ist die Summe aus dem äußeren einfallenden Magnetfeld H0 (welches ebenfalls im Vakuum vorliegen würde) und der Magnetisierung M:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Dieses Magnetfeld in Anwesenheit des Stoffes erhält man ebenfalls durch Multiplikation des Vakuumfeldes mit der Permeabilität μ:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Somit gilt für die Magnetisierung:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Die Magnetisierung M eines Stoffes bei einem einfallenden (Vakuum-) Magnetfeld H0 ist also:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Man nennt den Faktor (μ - 1) auch die magnetischeSuszeptibilität χ und es folgt:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Magnetische Suszeptibilität
Magnetische Suszeptibilität (v. lat. susceptibilitas „Übernahmefähigkeit“)
beschreibt, wie gut ein magnetischer Fluss ein Material durchdringen kann (ähnlich Permeabilität)
=Magnetisierbarkeit von Materie in einem externen Magnetfeld
Abhängig von Ort, Frequenz des Magnetfeldes, vorhergehende Magnetisierung
Permeabilität gibt Gesamtheit des Flusses im Inneren an
– Suszeptibilität nur von der Materie übernommener Anteil des magnetischen Flusses
Vergleich εr mit μr –Permittivität und Permeabilität
Permittivität ε (von lat.: permittere = erlauben, überlassen, durchlassen), auch dielektrische Leitfähigkeit oder dielektrische Funktion genannt
= Durchlässigkeit eines Materials für elektrische Felder
Permittivität im Vakuum, da sich auch im Vakuum elektrische Felder einstellen oder elektromagnetische Felder ausbreiten können.
Relative Permittivität Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten eines Mediums, auch Permittivitäts- oder Dielektrizitätszahl genannt
= Verhältnis seiner PermittivitätAbbildung in dieser Leseprobe nicht enthaltenzu der des Vakuums (elektrische Feldkonstante Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten):
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Maß für die feldschwächenden Effekte der dielektrischen Polarisation des Mediums
Zusammenhang elektrischen Suszeptibilität: χ = εr – 1
(gibt an, wie gut ein elektrischer Fluss ein Material durchdringen kann)
Ferromagneten, Paramagneten, Diamagneten
Ferromagneten
- stark anziehend durch gleiche Ausrichtung wie das äußere Magnetfeld + Wechselwirkung der Elektronenspins
- Eisen, Nickel, Kobalt (Eisen µ bis 10.000)
- Ferromagnetische Legierungen & Verbindungen bei niedrigen Temperaturen ferromagnetisch
- Teilweise magnetisch nach Abschaltung des Magnetfeldes = Remanenz
- Bei hohen Temperaturen alles Para weil Energie Elektronen höher als Austauschwechselwirkung
- Permeabilität >>1 (bis max 150.000)
Paramagneten
- leicht anziehend durch gleiche Ausrichtung wie das äußere Magnetfeld
- Alkalimetalle einzelnes ungepaartes Elektron
- Erdalkalimetalle, Seltene Erden, Stickstoffdioxid, Sauerstoff, Magnetit
- Einige Millionen mal schwächer als Ferro
- Permeabilität >1
Diamagneten
- leicht abstoßend durch entgegengesetzte Ausrichtung wie das äußere Magnetfeld
- Berylliu, Bismut, Blei, Bor, Cadmium, Gold, Kohlenstoff, Kupfer, Silber, Wasser, Zink
- Nur in Supraleitern stark „perfekte Diamagnete“ µ=0
- Magnetisierung verdrängt die magnetische Flussdichte im Innenraum komplett (magnetischer Fluss dringt nicht in Supraleiter ein), Magnetisierung gleich groß aber entgegengesetzt wie äußeres Feld
- Permeabilität <1
Alle Stoffe sind leicht diamagnetisch:
- Lenz’sche Regel: Wirkung wirkt der Ursache äußeres Magnetfeld entgegen
- Alle Stoffe besitzen Gesamtspin aus einzelnen Elektronenspins
heben sich meistens paarweise auf = diamagnetisch
- Ungerade Anzahl Atome = nicht aufheben
- verbleibender Gesamtspin des ungepaarten Elektrons = paraferro
- Gesamtspin richtet sich an äußerem Magnetfeld aus
- Effekte wesentlich stärker als Kreisströme durch Lenz’sche Regel
- Austauschwechselwirkung = Stabilisierung des Elektronenspins = ferro
- Ferro = spontane gleiche Ausrichtung der magnetischen Momente
Quellen
- Heribert Stroppe, Physik für Studierende der Natur- und Ingenieurwissenschaften, Fachbuchverlag Leipzig 2008
- Bergmann, Schäfer: Lehrbuch der Experimentalphysik Band 2, Elektromagnetismus, Walter de Gruyter Verlag 1999
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- Quote paper
- Philipp Hänicke (Author), 2015, Magnetische Permeabilität, Munich, GRIN Verlag, https://www.hausarbeiten.de/document/341310
