Nachdem ich über die Arten des Magnetismus gesprochen habe, will ich versuchen auch noch ein bißchen über Anwendungen von magnetischen Eigenschaften zu sprechen.
Levitierender Diamagnet
Diamagnetismus war die Eigenschaft, einem äußeren Magnetfeld entgegenzuwirken. Man kann sich vorstellen, einen kleinen diamagnetischen Körper in ein starkes Magnetfeld zu legen. Dann wird im kleinen Körper ein entgegengesetztes Magnetfeld “induziert”, man hat quasi einen Effekt ähnlich dem, den man erfährt, wenn man versucht die gleichen Pole zweier Stabmagneten aneinenderzuhalten.
Wenn man jetzt das äußere Magnetfeld geschickt wählt, kann man den Diamagnet schweben lassen. Die abstoßende Kraft zwischen den entgegengesetzten Magnetfeldern muss groß genug sein, um das Gewicht des Körper zu tragen, außerdem sollte das äußere Magnetfeld nicht in parallelen Feldlinien verlaufen, denn sonst würde ein leichtes Auslenken des Diamagnet ihn aus der stabilen Schwebelage herausholen. Stattdessen sollte das äußere Magnetfeld so gebogen sein, dass eine Auslenkung ein induziertes Magnetfeld verursacht, das den schwebenden Körper in aus stabile Lage zurückdrängt.
So kann das dann aussehen:
Ein paar nette Experimente, man sieht z.B. bei 0:18 wie eine Auslenkung aus der Gleichgewichtslage den levitierenden Körper dazu bringt, darauf zu reagieren. Scheinbar werden Magnetfeld so induziert, dass er dann um die Gleichgewichtslage dreht.
Wenn man jetzt ernsthaft damit arbeiten will, muss man den besten Diamagneten nehmen, den man finden kann. Und das ist der Supraleiter. Durch den Meißner-Ochsenfeld-Effekt verdrängt er jedes Magnetfeld perfekt. So kann man etwas großes schweben lassen – beispielsweise eine ganze Bahn. Das wird beispielsweise bei einem japanischen Schwebebahnsystem eingesetzt. Der deutsche Transrapid arbeitet aber anders und benutzt ferromagnetische Schienen und Elektromagneten am Zug.
Permanentmagnete
Permanentmagnete sind ferromagnetische Materialien. Das bedeutet also, dass Atome im Kristallgitter des Magneten eine magnetische Eigenschaft, den Spin, tragen und dieser sich im äußeren Magnetfeld ausrichten lässt (wie ein elementar kleiner Stabmagnet); außerdem bewegen sich die Spins innerhalb von Bezirken im Material gemeinsam und behalten diese Richtung nach Abschalten des äußeren Magnetfeldes bei. Ein Permanentmagnet behält diese Richtung bei “Zimmerbedingungen” bei.
Ein besonders guter Permanentmagnet besteht aus Gittern mit den Elementen Neodym, Bor und Eisen. Das Gitter ist so besonders, weil es magnetisch anisotrop ist, das heißt dass eine Eigenschaft sich je nach Raumrichtung unterschiedlich verhält. In diesem Fall ist es natürlich eine magnetische Anisotropie – es existiert eine Vorzugsrichtung, in die der Spin gerne zeigt und aus der er schwer herauszubewegen ist. Außerdem kann der NdFeB-Magnet besonders viel magnetische Energie speichern. Ein reiner NdFeB-Magnet ist bereits bei 80 °C entmagnetisierbar – aber durch Einlagerung fremder Atome kann man das >200°C steigern. Bei der Entmagnetisierung klappen wieder die Spins in ihren Bezirken wieder in andere Richtungen. Bei höheren Temperaturen fällt das leichter, weil die Atome im Gitter sich stärker bewegen.
Und wenn man es richtig aufbaut, kann man damit auch Physik-Experiment aufbauen.
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