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Patrick
Anmeldungsdatum: 05.07.2006
Beiträge: 417
Wohnort: Nieder-Wöllstadt
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 Patrick Verfasst am: 29. Sep 2007 08:09 Titel: Elektromagnet? Permanentmagnet? |
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Hallo, ich suche nach den Gründen zur Entstehung von magnetischen Feldern. Wieso ist es so, dass wenn man Strom durch einen Leiter fließen
lässt, dass dann der Leiter magnetisiert wird? Was ist hier der genaue Grund? Und wieso sind die Stoffe Eisen, Kobalt und Nickel magnetisch?
Kann man auch die Entstehung von Magnetfeldern mathematisch beweisen? Ich suche nach genauen Gründen! |
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schnudl
Moderator
Anmeldungsdatum: 15.11.2005
Beiträge: 6979
Wohnort: Wien
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| schnudl Verfasst am: 29. Sep 2007 10:35 Titel: |
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| Zitat: | Hallo, ich suche nach den Gründen zur Entstehung von magnetischen Feldern. Wieso ist es so, dass wenn man Strom durch einen Leiter fließen
lässt, dass dann der Leiter magnetisiert wird? Was ist hier der genaue Grund? Und wieso sind die Stoffe Eisen, Kobalt und Nickel magnetisch? |
Der leiter wird i.A. nicht magnetisiert, ausser er besteht aus einem magnetisierbaren Material wie zB Eisen. Es entsteht ein Feld um den Leiter, das wolltest du sagen.
Die Magnetisierbarkeit von Stoffen beruht auf der Ausrichtung von atomaren Dipolen im angelegten Feld, wobei die vielen kleinen ausgerichteten "Magnetnadeln" ein zusätzliches Feld erzeugen und das äussere entweder stärken (Paramagnet) oder schwächen (Diamagnet). Viele Atomsorten haben zB unaufgefüllte Hüllen und besitzen deshalb ein resultierendes magnetisches Moment, da sich die Elektronenspins nicht zu Null ergänzen (hat auch mit dem Pauli Prinzip zu tun). Jedes magnetische Moment beschreibt aber einen Dipol, ganz entsprechend einer Kompassnadel.
Im Grunde genommen ist die Tatsache, dass Ströme überhaupt Magnetfelder und damit wiederum Kräfte auf andere Ströme bewirken ein empirisch gefundenes Naturgesetz, welches nicht weiter "bewiesen" werden kann.
Allerdings will ich dir auch nicht vorenthalten, dass man versuchen kann, die Existenz des Magnetfeldes als relativistischen Effekt zu deuten:
Da die bewegten Elektronen in einem Leiter eine Lorentzkontraktion erfahren, sieht ein dazu paralleler Leiter einen gewissen negativen Ladungsüberschuss und es kommt zu einer Anziehung paralleler Ströme, was ja wiederum ein Magnetfeld beschreibt. Soviel ich weiss, ist diese Interpretation aber nicht ganz wasserdicht, und es bedarf weiterer Zusatzannahmen damit sie hält.
Ich glaube, man fährt ganz gut damit, die Existenz von Magnetfeldern einfach als Naturgesetz hinzumehmen, genauso, wie man es für elektrische Felder tut. In der Speziellen Relativitätstheorie werden die beiden Grössen E und B sowieso gleich behandelt und der Unterschied "verschwimmt", da man dann nur noch vom elektromagnetischen Feldstärketensor spricht. Insbesondere kann man dann zB. zeigen, dass bei einem Wechsel des Bezugssystems zu einem magnetischen Feld auch ein elektrisches Feld dazukommt, und umgekehrt.
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Wenn du eine weise Antwort verlangst, musst du vernünftig fragen (Goethe) |
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Patrick
Anmeldungsdatum: 05.07.2006
Beiträge: 417
Wohnort: Nieder-Wöllstadt
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| Patrick Verfasst am: 29. Sep 2007 17:00 Titel: |
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Danke für die Antwort, aber ich will wissen, wie man das magnetische Feld
um einen Permanentmagneten mathematisch bestimmen kann. Wie würde
die Bestimmungsgleichung für die magnetischen Feldlinien aussehen? |
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schnudl
Moderator
Anmeldungsdatum: 15.11.2005
Beiträge: 6979
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| schnudl Verfasst am: 29. Sep 2007 20:21 Titel: |
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Ich glaube nicht, dass es dafür analytische Lösungen gibt, ausser vielleicht für die ganz einfachen Geometrien, wie zB ein gleichmässig magnetisierter Rotationsellipsoid. Das Fernfeld eines magnetischen Dipols lässt sich ganz gut durch die Dipolnäherung annähern. Ansonsten muss man wahrscheinlich mit der Methode der finiten Elemente rechnen. Eine "exakte Formel" gibt es für das Nahfeld aber nicht. Die Bestimmungsgleichunge wären jedenfalls die Gleichungen der Magnetostatik:
 = \mu_0 \vec H + \vec M(\vec H))
Letztere Gleichung beschreibt die Materialeigenschaft (die Magnetisierbarkeit) und ist i.A. als Kurve gegeben.
Da bei Permanentmagneten normalerweise kein Strom fliesst wäre dies
)
Ausgehend von diesen Gleichungen kann man theoretisch jeden Magneten berechnen, wenn man grade nichts besseres zu tun hat. Es ist mit Sicherheit nicht einfach.
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